Kas yra EtherCAT: architektūra, darbas ir taikymas

EtherCAT pirmiausia sukūrė pagrindinis PLC gamintojas, būtent Beckhoff Automation, kuris naudojamas realaus laiko valdymo sistemose ir pramoninė automatika . Devintajame dešimtmetyje „Beckhoff Automation“ sukūrė savo „Fieldbus“ versiją, pvz., „LightBus“, kad išspręstų kitų sąsajų pralaidumo problemą. Papildomas darbas su šiuo protokolu galiausiai lėmė EtherCAT išradimą. 2003 m. Beckhoff paleido EtherCAT protokolą visame pasaulyje. Po to 2004 m. jie suteikė teises į EtherCAT technologijų grupę (ETG). ETG turi labai aktyvų kūrėją ir vartotojų grupę. Šiame straipsnyje aptariama apžvalga Ethercat pagrindai – darbas su programomis.

Kas yra Ethercat?

„EtherCAT“ arba „Ethernet Control Automation Technology“ yra pramoninė tinklo sistema, kuri priklauso nuo eterneto sistemos, naudojamos labai greitam ir veiksmingesniam ryšiui pasiekti. Taigi, EtherCAT yra labai greitas tinklas, naudojamas duomenims apdoroti naudojant specialią aparatinę ir programinę įrangą. Šis tinklas naudoja pagrindinio-pavaldžiojo, visiško dvipusio konfigūraciją su bet kuria tinklo topologija .

1000 I/O taškų apdorojimo laikas yra 30 sekundžių ir palaiko ryšį su 100 servo ašių 100 mūsų atstumu. Servo ašys gaus nustatytas vertes duomenims valdyti ir faktinei būsenai pranešti. Šios ašys sinchronizuojamos naudojant paskirstyto laikrodžio metodą, kuris yra paprasta IEEE 1588 versija, ir sumažina virpesį iki žemiau 1 us. EtherCAT užtikrina greitą išvestį, nes pranešimai apdorojami aparatinėje įrangoje prieš perkeliant juos į kitą pavaldinį.

EtherCAT architektūra

EtherCAT tinklo architektūra parodyta žemiau, kuri naudoja pagrindinį / pavaldų principą prieigai prie laikmenos valdyti. Šioje architektūroje EtherCAT pagrindinis įrenginys paprastai yra valdymo sistema, kuri naudoja tipinį eterneto prievadą, taip pat ENI (EtherCAT tinklo informacijos) faile saugomą tinklo konfigūracijos informaciją.

EtherCAT tinklo informacijos failas tiesiog sukuriamas remiantis ESI (EtherCAT SlaveInformation) failais, kuriuos kiekvienam įrenginiui pateikia prekybininkai. Čia pagrindinis mazgas perduoda kadrus pagalbiniams mazgams, kurie gali įterpti ir pašalinti duomenis iš šių kadrų. Pagrindiniai įrenginiai yra mazgai, tokie kaip EPOS3 variklio pavaros, kuriose yra Ethernet prievadai, skirti bendrauti per EtherCAT pagrindinį įrenginį. Čia pagrindinis EtherCAT yra kompiuterinis įrenginys, naudojamas palaikyti duomenų ryšį tarp pagrindinio ir skirtingų vergų.

Kaip veikia EtherCAT?

EtherCAT naudojamas tipiniams pramoninio eterneto gedimams įveikti naudojant didelio našumo veikimo režimą, kai paprastai pakanka vieno kadro, kad būtų galima perduoti ir gauti valdymo duomenis iš visų mazgų ir į juos. EtherCAT protokolas yra sukurtas ant fizinio eterneto sluoksnio, tačiau EtherCAT naudoja apdorojimo skrydžio metodą transportavimui ir pranešimų nukreipimui, kuris taip pat vadinamas bendravimu skrendant, o ne naudojant TCP/IP.

EtherCAT pagrindinės ir pavaldinės konfigūracijos parodytos žemiau. Šioje konfigūracijoje „Ethercat“ pagrindinis valdiklis perduoda duomenų paketą (telegramą) kiekviename pavalduje, kuris taip pat vadinamas mazgu.
Pagrindinė EtherCAT ypatybė yra ta, kad pirmiau nurodytos konfigūracijos vergai gali nuskaityti kitaip tiesiog išgauti iš telegramos reikalingus susijusius duomenis ir pridėti informaciją prie telegramos, prieš jai perkeliant į antrąjį mazgą arba pavaldinį. Taigi, telegrama juda per visus prijungtus vergus ir po to grįžta į šeimininką.

EtherCAT protokolas siunčia telegramą iš pagrindinio įrenginio visiems tinkle prijungtiems pavaldiniams. Kiekvienas tinkle esantis pavaldinys gali tiesiog nuskaityti tam pavaldiniui taikomus duomenis ir įtraukti duomenis į telegramą prieš jai perkeliant į antrąjį mazgą.

Duomenų skaitymas ir rašymas tiesiog įjungiamas naudojant specialų ASIC kiekviename EtherCAT pavalduje. Taikant šį metodą, kiekvienas vergas minimaliai uždels procedūrą, o susidūrimai neįmanomi.

EtherCAT protokolas tiesiog suteikia realaus laiko ir deterministinį ryšį, suderinamą su sinchronizuotu ir kelių ašių judesio valdymu, nereikalaujant papildomos aparatūros, kad būtų galima sinchronizuoti kelias ašis.

Gedimų tolerancija

EtherCAT pagrindinio ir pavaldinio konfigūracijoje, jei paskutinio mazgo išvestis nėra susieta su pagrindiniu mazgu, duomenys automatiškai grąžinami kita kryptimi per EtherCAT protokolą. Taigi laiko žyma išlaikoma.

Kiekvienas pirmiau nurodytos konfigūracijos mazgas uždeda laiko žymas, kai tik gaunamas, o po to vėl spaudžiamas, kai perduodamas antrajam mazgui. Todėl kiekvieną kartą, kai pagrindinis įrenginys grąžina duomenis iš skirtingų mazgų, jis lengvai nustato kiekvieno mazgo delsą. Duomenų perdavimas iš pagrindinio įrenginio gauna įvesties / išvesties laiko žymą iš kiekvieno mazgo, kad EtherCAT būtų kur kas labiau deterministinis ir tikslesnis.

Gedimų tolerancija reiškia, kad EtherCAT tinklai nebūtinai turi būti sujungti žiediniu tinklu, kaip parodyta aukščiau esančioje diagramoje, tačiau jį galima sujungti įvairiais būdais, pvz., medžio topologija, linijos topologija, žiedo topologija, žvaigždžių topologija ir taip pat su deriniai.

Žinoma, tarp vergų ir šeimininkų turi būti ryšio juosta. Kai juos atjungiate, jie negali veikti, nors tinklo topologija yra labai lanksti ir puikiai toleruoja klaidas.

EtherCAT sistemose jungikliai nėra būtini, kaip kad radome Ethernet. Kabelių ilgiai tarp mazgų yra iki 100 metrų. Žemos įtampos diferencialinis signalas ant vytos poros varinių kabelių veikia maksimaliu greičiu ir sunaudoja labai mažiau energijos. Taigi, norint padidinti greitį ir įtraukti galvaninę izoliaciją tarp įrenginių, taip pat galima naudoti šviesolaidinius kabelius (FOC).

EtherCAT naudoja Ethernet kabelį, kuris gali būti iki 100 m atstumu tarp dviejų mazgų. Be to, protokolas leidžia perduoti duomenis ir maitinimą vienu kabeliu. Toks ryšys naudojamas skirtingiems įrenginiams, pvz., jutikliams, sujungti viena linija. Jei atstumas nuo mazgo yra didesnis nei 100 m, naudojamas šviesolaidinis kabelis, kaip 100BASE-FX. EtherCAT atveju taip pat galimas visas Ethernet laidų asortimentas.

EtherCAT rėmas

EtherCAT protokolas naudoja tipišką eterneto rėmelį, kuriame yra mažiausiai viena arba daugiau duomenų gramų. Šiame rėmelyje datagramos antraštė nurodys, kokį įvedimą pagrindinis įrenginys norėtų atlikti:

• Skaityti, rašyti, skaityti-rašyti.
• Teisė patekti į tam tikrą pagalbinį įrenginį tiesioginiu adresu arba teisė patekti į įvairius pagalbinius įrenginius naudojant loginį adresą.

Loginis adresavimas naudojamas cikliniam duomenų mainų procesui, kai kiekviena Datagrama adresuoja tikslią proceso vaizdo dalį EtherCAT protokolo segmente.

Kiekvienam pagalbiniam įrenginiui šioje visuotinėje adresų erdvėje visame sukurtame tinkle priskiriamas vienas ar daugiau adresų. Galima laikyti vieną Datagramą, jei keliems pagalbiniams įrenginiams yra priskirti adresai panašiame regione.

EtherCAT į Datagrams įtraukiama informacija, susijusi su duomenų prieiga, todėl pagrindinis įrenginys priima sprendimą, kada pasiekti duomenis.

Protokolo saugumas

Šiuo metu saugumas yra viena iš pagrindinių savybių net duomenų perdavimo ir komunikacijos automatizavimo srityje. Taigi, EtherCAT saugumo sumetimais naudoja protokolą Sauga, leisdama vienintelę ryšių sistemą tiek saugai, tiek duomenų kontrolei. Ši saugos funkcija taip pat lanksčiai modifikuoja duomenis ir išplečia apsaugos sistemos architektūrą ir pan.

EtherCAT protokolo saugos technologija yra sertifikuota TÜV ir buvo sukurta remiantis IEC 61508 ir yra identiška IEC 61784-3. Šis protokolas taikomas saugos programose, kai saugos vientisumo lygis yra lygus SIL 3.

Ethercat vs Ethernet

EtherCAT ir Ethernet skirtumai aptariami toliau.

Ethercat vs Profinet

EtherCAT ir Profinet skirtumai aptariami toliau.

Ethercat Vs CANopen

EtherCAT ir CANopen skirtumai aptariami toliau.

Ethercat Vs Modbus

Skirtumai tarp EtherCAT ir Modbus aptariami toliau.

Privalumai ir trūkumai

Ethercat protokolo pranašumai yra šie.

• EtherCAT yra puiki lauko magistralė, naudojama judesio valdymo programose.
• Patvirtinta, kad jis optimizuoja mašinos veikimą dėl lanksčios topologijos, deterministinio veikimo ir skirtingų funkcijų.
• Jis tiesiog palaiko visą CANopen šeimą ir Sercos pavaros profilį. Taigi tai padeda vartotojams lengvai sutvarkyti EtherCAT tinklus pagal tikslią programą, keičiant iš anksto nustatytus pagrindinius profilius.
• Jo perteklius taip pat įmanomas naudojant žiedo topologiją. EtherCAT taip pat naudoja žvaigždę, medį, liniją ir magistralės topologija .
• Šis protokolas užtikrina didelį greitį, mažesnį duomenų srautą, mažesnes aparatinės įrangos sąnaudas ir didesnį laikrodžio tikslumą bei sinchronizavimo mechanizmą, palyginti su Ethernet.
• Šis tinklo greitis taip pat gali būti valdomas, nes kompiuteriams gali kilti problemų tvarkydami didesnį ciklų skaičių, todėl EtherCAT optimizavimas yra pasiekiamas.
• Jis palaiko beveik visas topologijas, todėl jį galima naudoti įvairiose programose su tipišku Ethernet žvaigždės topologija pagrįstu jungikliu.
• Ethernet protokolai yra labai saugūs, naudokite supaprastintus pagrindinius elementus, duomenų erdvės yra daugiau, o apdorojimas vyksta sklandžiai.

Ethercat protokolo trūkumai yra šie.

• Pagrindinis EtherCAT trūkumas yra tas, kad pagalbiniams įrenginiams reikia įterpti tam tikrą ASIC aparatūrą, kad galėtų vykdyti EtherCAT. Jo duomenų modelis yra labai skirtingas ir labai sunkiai suprantamas.

Programos

The EtherCAT programos įtraukti toliau nurodytus dalykus.

• EtherCAT yra taikomas įvairiose srityse dėl daugybės funkcijų, tokių kaip puikus našumas, paprastumas, tvirtumas, įperkamumas, integruota sauga ir lanksti topologija. Jis naudojamas įvairiose srityse, tokiose kaip staklės, robotika, spausdinimo presai, presai, elektrinės, pastotės, bandymų stendai, suvirinimo mašinos, žemės ūkio mašinos, kranai ir keltuvai, vėjo turbinos, frezavimo staklės, rinkimo ir vietos mašinos, pakavimo mašinos, matavimai. sistemos, geležies ir plieno gamyklos, popieriaus ir celiuliozės mašinos, scenos valdymo sistemos, tunelių valdymo sistemos ir kt.
• Jis taikomas matuojant įrangą, medicinos prietaisus, mašinų valdymą, mobilias mašinas, daugybę įterptinių sistemų ir automobilių.
• Jis pasižymi itin dideliu našumu, jį paprasta įdiegti ir atveria programų lygmens protokolą, naudojamą Ethernet programose
• Tai realaus laiko ir atvira komunikacijos sistema, taip plačiai naudojama automatizavimo gamyboje.

Taigi, tai yra Ethercat apžvalga – darbas su programomis. EtherCAT daro sistemas ir mašinas paprastesnes, greitesnes ir ekonomiškesnes. Tai tarptautinis IEC standartas, kuris ne tik reiškia stabilumą, bet ir atvirumą: iki šiol EtherCAT specifikacijos niekada nebuvo keičiamos, o buvo išplėstos tik suderinamai. EtherCAT laikomas „Ethernet Fieldbus“, nes sujungia Ethernet pranašumus su standartinių lauko magistralės sistemų paprastumu ir išvengia IT technologijų sudėtingumo. Štai jums klausimas, kas yra Ethernet?