pregled
EtherCAT je sistem sabirnice polja zasnovan na Ethernetu sa otvorenom arhitekturom. CAT u EtherCAT-u je akronim za Control Automation Technology. Prvobitno razvijen od strane Beckhoff Automation GmbH u Njemačkoj. EtherCAT postavlja novi standard za performanse u realnom vremenu i topološku fleksibilnost, dok istovremeno ispunjava ili čak smanjuje troškove korištenja sabirnice polja. EtherCAT takođe ima preciznu sinhronizaciju uređaja, opcionu redundantnost kabla i Funkcionalni sigurnosni protokol (SIL3).
princip
Postoji nekoliko Ethernet rješenja za pružanje funkcionalnosti u realnom vremenu: na primjer, onemogućavanje procesa pristupa CSMA/CD-u preko višeg sloja protokola i njegova zamjena sa vremenskim odsječkom ili postupkom anketiranja. Druge šeme koriste privatne prekidače i distribuiraju Ethernet pakete sa preciznom kontrolom vremena. Iako ova rješenja mogu dostaviti pakete povezanim Ethernet čvorovima relativno brzo i precizno, iskorištenost propusnog opsega je niska, posebno za tipične automatizacijske uređaje, jer čak i za vrlo male količine podataka, mora se poslati puni Ethernet okvir. Nadalje, vrijeme potrebno za preusmjeravanje na izlazni ili pogonski kontroler i za čitanje ulaznih podataka u velikoj mjeri ovisi o načinu izvršavanja. Često je potrebno koristiti podsabirnicu, posebno u modularnim I/O sistemima, koji, poput Beckhoff K-busa, ubrzavaju prijenos kroz sinhroni sistem magistrale, ali takva sinhronizacija neće izbjeći kašnjenja u prijenosu komunikacijske magistrale.
Sa EtherCAT-om, Beckhoff je uspio prevazići ova sistemska ograničenja drugih Ethernet rješenja: više nije bilo potrebno primati Ethernet pakete na svakoj tački povezivanja, dekodirati ih i kopirati u procesne podatke. Kako okviri prolaze kroz svaki uređaj, uključujući osnovni terminalni uređaj, EtherCAT čita podatke iz kontrolera stanice koji su važni za taj uređaj. Slično, ulazni podaci se mogu umetnuti u poruku dok ona prolazi. Nakon što je okvir prošao (kašnjenje za samo nekoliko bitova), slave stanica prepoznaje relevantnu komandu i obrađuje je. Ovaj proces se implementira preko hardvera u slave kontroleru i stoga je nezavisan od sistema koji radi u realnom vremenu ili performansi procesora softvera steka protokola. Posljednji EtherCAT slave u mrežnom segmentu vraća potpuno obrađenu poruku tako da se poruka vraća kao odgovorna poruka od prvog slave-a glavnom.
Iz perspektive Etherneta, segment EtherCAT magistrale je jednostavno veliki Ethernet uređaj koji prima i šalje Ethernet okvire. Međutim, ovaj "uređaj" ne sadrži niti jedan Ethernet kontroler sa nizvodnim mikroprocesorom, već samo veliki broj EtherCAT slave stanica. Kao i kod svakog Etherneta, EtherCAT ne zahtijeva prekidač za uspostavljanje komunikacije, što rezultira čistim EtherCAT sistemom.
performanse
EtherCAT dostiže novi nivo mrežnih performansi. Period osvježavanja 1000 distribuiranih I/O podataka je samo 30μs, uključujući vrijeme terminalnog ciklusa. Preko Ethernet okvira može se razmijeniti do 1486 bajtova procesnih podataka, što je ekvivalentno skoro 12.000 digitalnih volumena I/O. Ova količina podataka može se prenijeti za samo 300 μs.
Komunikacija sa 100 servo vratila je samo 100μs. Za to vrijeme, vrijednosti podešavanja i kontrolni podaci mogu biti dostavljeni svim osovinama i njihov stvarni položaj i status se mogu prijaviti. Tehnologija distribuiranog sata osigurava da vremensko odstupanje sinhronizacije između ovih osa bude manje od 1 mikrosekunde.
Sa odličnim performansama EtherCAT tehnologije, možemo realizovati metod upravljanja koji se ne može realizovati tradicionalnim sistemom sabirnice polja. Na ovaj način se preko magistrale mogu formirati i kontrolne petlje ultra-velike brzine. Funkcije koje su ranije zahtijevale izvornu namjensku hardversku podršku sada se mogu mapirati u softveru. Ogromni resursi propusnog opsega omogućavaju da se podaci o stanju prenose paralelno sa bilo kojim podacima. EtherCAT tehnologija omogućava komunikacijsku tehnologiju da odgovara modernim industrijskim PCS-ima visokih performansi. Autobusni sistem više nije usko grlo za kontrolu ideja. Isporuka podataka u distribuiranom I/O-u premašuje performanse koje se mogu postići samo lokalnim I/O sučeljima.
Ova prednost mrežnih performansi je očigledna kod malih kontrolera sa relativno umerenom računarskom snagom. EtherCAT-ova petlja velike brzine, koja se može obaviti između dvije kontrolne petlje. Stoga, kontroler uvijek ima na raspolaganju najnovije ulazne podatke i kašnjenje izlaznog adresiranja je minimalno. Ponašanje odgovora kontrolera može se značajno poboljšati bez povećanja vlastite računske snage.
Principi EtherCAT-a su skalabilni i nisu ograničeni na 100 megabita propusnog opsega – moguće je skalirati do gigabitnog Etherneta.
EtherCAT zamjenjuje PCI:
Sa ubrzanjem razvoja minijaturizacije PC komponenti, obim industrijskog PC-a uglavnom zavisi od broja potrebnih slotova.
Upotreba propusnog opsega velike brzine Etherneta i propusnog opsega podataka EtherCAT komunikacionog hardvera (EtherCAT slave kontroler) otvorila je novu mogućnost primjene: interfejsi koji se normalno nalaze u IPC-u prebačeni su na inteligentne terminale interfejsa u EtherCAT sistemima. Pored distribuiranih I/O, osovina i kontrolnih jedinica, složeni sistemi kao što su master stanice sabirnice polja, brzi serijski interfejsi, gateway-i i drugi komunikacioni interfejsi mogu se adresirati preko Ethernet porta na računaru. Čak i drugi Ethernet uređaji bez ograničenja varijanti protokola mogu se povezati preko DVS terminala. Veličina industrijskog PC glavnog računala je sve manja, cijena je sve niža, Ethernet sučelje je dovoljno da se nosi sa svim komunikacijskim zadacima.
Koristite Ethernet umjesto PCI fieldbus uređaja (PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, AS-i, itd.) za integraciju preko distribuiranog glavnog terminala sabirnice polja. Nekorištenje glavnog sabirnice polja čuva PCI utore u PC-u.
Topologija sabirnice
Sabirnica, stablo ili zvijezda: EtherCAT podržava gotovo sve topologije. Stoga se struktura sabirnice izvedena iz sabirnica polja može koristiti i za Ethernet. Kombinacija strukture sabirnice i grane je posebno korisna za ožičenje sistema. Svi interfejsi se nalaze na spojnicama, eliminišući potrebu za dodatnim prekidačima. Naravno, možete koristiti i tradicionalnu zvjezdastu Ethernet topologiju baziranu na sviču.
Upotreba različitih kablova za prenos može maksimalno povećati fleksibilnost ožičenja. Fleksibilni i jeftini standardni Ethernet priključni kablovi mogu prenositi signale preko Ethernet načina (100baseTX) ili preko E magistrale. Optička vlakna (Pfos) se mogu koristiti za posebne primjene. Ethernet propusni opseg (kao što su različiti optički i bakreni kablovi) može se koristiti u kombinaciji sa prekidačima ili medijskim konverterima. Fizičke karakteristike Fast Ethernet-a omogućavaju da uređaji budu udaljeni 100 metara, dok E-bus može biti udaljen samo 10 metara. Brzi Ethernet ili E-bus mogu se odabrati prema zahtjevima udaljenosti. EtherCAT sistem može da primi do 65535 uređaja, tako da je ukupna veličina mreže gotovo neograničena.
Možete slobodno birati topologiju. Ožičenje ima najveću fleksibilnost: da li da koristite prekidač, da li je upotreba strukture topologije sabirnice ili strukture topologije stabla, može biti bilo koja kombinacija izbora. Automatska dodjela adresa; Ne morate postavljati IP adresu.
otvorenost
EtherCAT nije samo u potpunosti kompatibilan s Ethernetom, već ima i jedinstvenu značajku otvorenog dizajna: može koegzistirati s drugim Ethernet protokolima koji pružaju različite usluge, a svi oni koegzistiraju na istom fizičkom mediju - obično sa samo malim utjecajem na ukupne performanse mreže. Standardni Ethernet uređaji mogu se povezati na EtherCAT sistem preko terminala prekidača, što ne utiče na vrijeme ciklusa. Uređaji opremljeni tradicionalnim sučeljem sabirnice polja mogu se integrirati u mrežu preko veze na EtherCAT glavni terminal sabirnice polja. Varijanta UDP protokola omogućava da se uređaji integrišu u bilo koji slot interfejs. EtherCAT je potpuno otvoren protokol koji je priznat kao zvanična IEC specifikacija (IEC/PAS62407).