pregled
EtherCAT je sustav sabirnice polja temeljen na Ethernetu s otvorenom arhitekturom. CAT u EtherCAT-u je akronim za tehnologiju automatizacije upravljanja. Izvorno razvijen od strane Beckhoff Automation GmbH u Njemačkoj. EtherCAT postavlja novi standard za performanse u stvarnom vremenu i topološku fleksibilnost, dok je također u skladu s ili čak smanjuje troškove korištenja sabirnice polja. EtherCAT također ima visokopreciznu sinkronizaciju uređaja, izbornu redundantnost kabela i Functional Security Protocol (SIL3).
načelo
Postoji nekoliko Ethernet rješenja za pružanje funkcionalnosti u stvarnom vremenu: na primjer, onemogućavanje procesa pristupa CSMA/CD putem višeg sloja protokola i njegova zamjena s vremenskim odsječkom ili postupkom anketiranja. Druge sheme koriste privatne preklopnike i distribuiraju Ethernet pakete s preciznom vremenskom kontrolom. Iako ova rješenja mogu isporučiti pakete povezanim Ethernet čvorovima relativno brzo i točno, iskorištenost propusnosti je niska, posebno za tipične uređaje za automatizaciju, jer čak i za vrlo male količine podataka mora se poslati cijeli Ethernet okvir. Nadalje, vrijeme potrebno za preusmjeravanje na izlazni ili pogonski kontroler i za čitanje ulaznih podataka uvelike ovisi o načinu izvršenja. Često je potrebno koristiti podsabirnicu, posebno u modularnim I/O sustavima, koji poput Beckhoff K-sabirnice ubrzavaju prijenos kroz sinkroni sustav sabirnice, ali takvom sinkronizacijom neće se izbjeći kašnjenja u prijenosu komunikacijske sabirnice.
Uz EtherCAT, Beckhoff je uspio prevladati ova sistemska ograničenja drugih Ethernet rješenja: više nije bilo potrebno primati Ethernet pakete na svakoj točki povezivanja, dekodirati ih i kopirati u procesne podatke. Dok okviri prolaze kroz svaki uređaj, uključujući temeljni terminalni uređaj, EtherCAT čita podatke iz kontrolera stanice koji su važni za taj uređaj. Slično, ulazni podaci mogu se umetnuti u poruku dok ona prolazi. Nakon što je okvir prošao (odgođeno samo nekoliko bitova), slave stanica prepoznaje relevantnu naredbu i obrađuje je. Ovaj se proces provodi putem hardvera u podređenom kontroleru i stoga je neovisan o sustavu koji radi u stvarnom vremenu ili performansama procesora softvera snopa protokola. Posljednji EtherCAT podređeni uređaj u segmentu mreže vraća potpuno obrađenu poruku tako da se poruka vraća kao odgovor od prvog podređenog uređaja do nadređenog.
Iz perspektive Etherneta, segment EtherCAT sabirnice jednostavno je 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 bilo kojeg drugog Etherneta, EtherCAT ne zahtijeva preklopnik za uspostavljanje komunikacije, što rezultira čistim EtherCAT sustavom.
izvođenje
EtherCAT doseže novu razinu mrežnih performansi. Razdoblje osvježavanja 1000 distribuiranih I/O podataka je samo 30 μs, uključujući vrijeme terminalnog ciklusa. Preko Ethernet okvira može se razmijeniti do 1486 bajtova procesnih podataka, što je ekvivalentno gotovo 12.000 digitalnih volumena I/O. Ova količina podataka može se prenijeti u samo 300 μs.
Komunikacija sa 100 servo osovina je samo 100μs. Tijekom tog vremena, vrijednosti postavki i kontrolni podaci mogu se dostaviti svim osima i mogu se prijaviti njihov stvarni položaj i status. Tehnologija distribuiranog sata osigurava da je odstupanje vremena sinkronizacije između ovih osi manje od 1 mikrosekunde.
S izvrsnim performansama EtherCAT tehnologije, možemo realizirati metodu upravljanja koja se ne može realizirati tradicionalnim sustavom sabirnice polja. Na ovaj način, ultra-brze regulacijske petlje također se mogu formirati kroz sabirnicu. Funkcije koje su prije zahtijevale izvornu namjensku hardversku podršku sada se mogu mapirati u softveru. Veliki resursi propusnosti omogućuju prijenos podataka o stanju paralelno s bilo kojim podacima. Tehnologija EtherCAT omogućuje komunikacijskoj tehnologiji da odgovara modernim industrijskim računalima visokih performansi. Autobusni sustav više nije usko grlo za kontrolu ideja. Isporuka podataka u distribuiranom I/O premašuje performanse koje se mogu postići samo lokalnim I/O sučeljima.
Ova prednost performansi mreže očita je u malim kontrolerima s relativno umjerenom računalnom snagom. EtherCAT petlja velike brzine, koja se može izvesti između dvije kontrolne petlje. Stoga regulator uvijek ima na raspolaganju najnovije ulazne podatke, a kašnjenje izlaznog adresiranja je minimalno. Ponašanje odgovora kontrolera može se značajno poboljšati bez povećanja vlastite računalne snage.
EtherCAT-ova načela su skalabilna i nisu ograničena na 100 megabita propusnosti - moguće je skalirati do gigabitnog Etherneta.
EtherCAT zamjenjuje PCI:
Uz ubrzanje razvoja minijaturizacije PC komponenti, volumen industrijskog računala uglavnom ovisi o broju potrebnih utora.
Korištenje propusnosti Etherneta velike brzine i propusnosti podataka komunikacijskog hardvera EtherCAT (EtherCAT podređeni kontroler) otvorilo je novu mogućnost primjene: sučelja koja se obično nalaze u IPC-u prebačena su na terminale inteligentnih sučelja u EtherCAT sustavima. Uz distribuirane I/O, osi i upravljačke jedinice, složeni sustavi kao što su glavne stanice sabirnice polja, brza serijska sučelja, pristupnici i druga komunikacijska sučelja mogu se adresirati preko Ethernet priključka na računalu. Čak i drugi Ethernet uređaji bez ograničenja varijanti protokola mogu se spojiti preko DVS terminala. Veličina industrijskog osobnog računala sve je manja, cijena sve niža, Ethernet sučelje dovoljno je za rješavanje svih komunikacijskih zadataka.
Koristite Ethernet umjesto PCI fieldbus uređaja (PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, AS-i, itd.) za integraciju preko distribuiranog glavnog terminala fieldbus-a. Ako ne koristite master sabirnice polja, štedite PCI utore na računalu.
Topologija sabirnice
Sabirnica, stablo ili zvijezda: EtherCAT podržava gotovo sve topologije. Stoga se struktura sabirnice izvedena iz sabirnica polja također može koristiti za Ethernet. Kombinacija strukture sabirnice i grane posebno je korisna za ožičenje sustava. Sva sučelja nalaze se na spojnicama, čime se eliminira potreba za dodatnim prekidačima. Naravno, također možete koristiti tradicionalnu zvjezdastu Ethernet topologiju temeljenu na prekidaču.
Korištenje različitih kabela za prijenos može maksimalno povećati fleksibilnost ožičenja. Fleksibilni i jeftini standardni Ethernet priključni kabeli mogu prenositi signale putem Ethernet načina (100baseTX) ili putem E sabirnice. Optička vlakna (Pfos) mogu se koristiti za posebne primjene. Ethernet propusnost (kao što su različiti optički i bakreni kabeli) može se koristiti u kombinaciji s prekidačima ili konverterima medija. Fizičke značajke Fast Etherneta omogućuju uređajima da budu udaljeni 100 metara, dok E-bus može biti udaljen samo 10 metara. Brzi Ethernet ili E-bus mogu se odabrati prema zahtjevima udaljenosti. Sustav EtherCAT može primiti do 65535 uređaja, tako da je ukupna veličina mreže gotovo neograničena.
Topologiju možete slobodno odabrati. Ožičenje ima najveću fleksibilnost: hoće li se koristiti prekidač, je li korištenje strukture topologije sabirnice ili strukture topologije stabla, može biti bilo koja kombinacija izbora. Automatsko dodjeljivanje adresa; Ne morate postaviti IP adresu.
otvorenost
EtherCAT ne samo da je u potpunosti kompatibilan s Ethernetom, već ima i jedinstvenu značajku otvorenog dizajna: može koegzistirati s drugim Ethernet protokolima koji pružaju razne usluge, a svi koegzistiraju na istom fizičkom mediju - obično s malim utjecajem na ukupne performanse mreže. Standardni Ethernet uređaji mogu se spojiti na EtherCAT sustav preko sklopke terminala, što ne utječe na vrijeme ciklusa. Uređaji opremljeni tradicionalnim sučeljem sabirnice polja mogu se integrirati u mrežu putem veze s glavnim terminalom sabirnice polja EtherCAT. Varijanta UDP protokola omogućuje integraciju uređaja u bilo koje sučelje utora. EtherCAT je potpuno otvoreni protokol koji je priznat kao službena IEC specifikacija (IEC/PAS62407).