visió general
EtherCAT és un sistema de bus de camp basat en Ethernet amb una arquitectura oberta. El CAT a EtherCAT és l'acrònim de Control Automation Technology. Desenvolupat originalment per Beckhoff Automation GmbH a Alemanya. EtherCAT estableix un nou estàndard per al rendiment en temps real i la flexibilitat topològica, alhora que compleix o fins i tot redueix el cost de l'ús del bus de camp. EtherCAT també inclou una sincronització de dispositius d'alta precisió, redundància de cable opcional i el protocol de seguretat funcional (SIL3).
principi
Hi ha diverses solucions Ethernet per proporcionar funcionalitat en temps real: per exemple, desactivar el procés d'accés CSMA/CD mitjançant una capa de protocol superior i substituir-lo per un període de temps o procediment d'enquesta. Altres esquemes utilitzen commutadors privats i distribueixen paquets Ethernet amb un control de temps precís. Tot i que aquestes solucions poden lliurar paquets als nodes Ethernet connectats amb relativa rapidesa i precisió, la utilització de l'ample de banda és baixa, especialment per als dispositius d'automatització típics, perquè fins i tot per a quantitats molt petites de dades, s'ha d'enviar una trama Ethernet completa. A més, el temps necessari per redirigir al controlador de sortida o unitat i llegir les dades d'entrada depèn en gran mesura del mode d'execució. Sovint és necessari utilitzar un subbus, especialment en sistemes d'E/S modulars, que, com el K-bus Beckhoff, acceleren la transmissió mitjançant un sistema de bus síncron, però aquesta sincronització no evitarà retards en la transmissió del bus de comunicació.
Amb EtherCAT, Beckhoff va poder superar aquestes limitacions del sistema d'altres solucions Ethernet: ja no era necessari rebre paquets Ethernet a cada punt de connexió, descodificar-los i copiar-los a les dades del procés. A mesura que les trames passen per cada dispositiu, inclòs el dispositiu terminal subjacent, EtherCAT llegeix les dades del controlador de l'estació que són importants per a aquest dispositiu. De la mateixa manera, les dades d'entrada es poden inserir en un missatge a mesura que el passa. Després de passar la trama (retardada només uns pocs bits), l'estació esclava reconeix l'ordre rellevant i la processa. Aquest procés s'implementa mitjançant el maquinari del controlador esclau i, per tant, és independent del rendiment del sistema o del processador en temps real del programari de pila de protocols. L'últim esclau EtherCAT del segment de xarxa retorna un missatge totalment processat de manera que el missatge es retorna com a missatge de resposta del primer esclau al mestre.
Des d'una perspectiva Ethernet, el segment de bus EtherCAT és simplement un gran dispositiu Ethernet que rep i envia trames Ethernet. Tanmateix, aquest "dispositiu" no conté un únic controlador Ethernet amb un microprocessador aigües avall, sinó només un gran nombre d'estacions esclaves EtherCAT. Com amb qualsevol Ethernet, EtherCAT no requereix un commutador per establir comunicació, el que resulta en un sistema EtherCAT pur.
rendiment
EtherCAT assoleix un nou nivell de rendiment de la xarxa. El període d'actualització d'1000 dades d'E/S distribuïdes és de només 30 μs, inclòs el temps de cicle del terminal. Mitjançant una trama Ethernet, es poden intercanviar fins a 1486 bytes de dades de procés, equivalent a gairebé 12.000 volums digitals d'E/S. Aquesta quantitat de dades es pot transmetre en només 300 μs.
La comunicació amb 100 eixos servo només és de 100 μs. Durant aquest temps, es poden proporcionar valors de configuració i dades de control a tots els eixos i es pot informar de la seva posició i estat reals. La tecnologia de rellotge distribuït garanteix que la desviació del temps de sincronització entre aquests eixos sigui inferior a 1 microsegon.
Amb l'excel·lent rendiment de la tecnologia EtherCAT, podem realitzar el mètode de control que no es pot realitzar amb el sistema de bus de camp tradicional. D'aquesta manera, també es poden formar bucles de control d'ultra alta velocitat a través del bus. Les funcions que abans requerien suport de maquinari dedicat natiu ara es poden assignar al programari. Els enormes recursos d'amplada de banda permeten transmetre dades d'estat en paral·lel amb qualsevol dada. La tecnologia EtherCAT permet que la tecnologia de comunicacions coincideixi amb els PCS industrials moderns i d'alt rendiment. El sistema d'autobusos ja no és un coll d'ampolla per controlar les idees. El lliurament de dades a l'E/S distribuïda supera el rendiment que només es pot aconseguir mitjançant les interfícies d'E/S locals.
Aquest avantatge de rendiment de xarxa és evident en controladors petits amb una potència informàtica relativament moderada. Bucle d'alta velocitat d'EtherCAT, que es pot fer entre dos llaços de control. Per tant, el controlador sempre disposa de les dades d'entrada més recents i el retard d'adreçament de sortida és mínim. El comportament de resposta del controlador es pot millorar significativament sense millorar la seva pròpia potència de càlcul.
Els principis d'EtherCAT són escalables i no estan limitats a 100 megabits d'ample de banda; és possible escalar fins a gigabit Ethernet.
EtherCAT substitueix PCI:
Amb l'acceleració del desenvolupament de la miniaturització de components de PC, el volum de PC industrial depèn principalment del nombre de ranures necessàries.
L'ús de l'amplada de banda Ethernet d'alta velocitat i l'amplada de banda de dades del maquinari de comunicacions EtherCAT (controlador esclau EtherCAT) va obrir una nova possibilitat d'aplicació: les interfícies normalment situades a IPC es van transferir a terminals d'interfície intel·ligent en sistemes EtherCAT. A més de les E/S distribuïdes, els eixos i les unitats de control, es poden adreçar sistemes complexos com ara estacions mestres de bus de camp, interfícies sèrie d'alta velocitat, passarel·les i altres interfícies de comunicació mitjançant un port Ethernet de l'ordinador. Fins i tot altres dispositius Ethernet sense restriccions de variants de protocol es poden connectar a través dels terminals DVS. La mida del mainframe de PC industrial és cada cop més petita, el cost és cada cop més baix, una interfície Ethernet és suficient per fer front a totes les tasques de comunicació.
Utilitzeu Ethernet en lloc de dispositius de bus de camp PCI (PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, AS-i, etc.) per a la integració mitjançant un terminal mestre de bus de camp distribuït. No utilitzar el mestre de bus de camp estalvia ranures PCI a l'ordinador.
Topologia de bus
Bus, arbre o estrella: EtherCAT admet gairebé totes les topologies. Així, l'estructura de bus derivada dels busos de camp també es pot utilitzar per a Ethernet. La combinació d'estructures de bus i branca és especialment útil per al cablejat del sistema. Totes les interfícies es troben en acobladors, eliminant la necessitat d'interruptors addicionals. Per descomptat, també podeu utilitzar la topologia Ethernet estrella basada en commutadors tradicional.
L'ús de diferents cables de transmissió pot maximitzar la flexibilitat del cablejat. Els cables endollables Ethernet estàndard flexibles i econòmics poden transmetre senyals mitjançant el mode Ethernet (100baseTX) o mitjançant el bus E. Les fibres òptiques (Pfos) es poden utilitzar per a aplicacions especials. L'amplada de banda Ethernet (com ara diferents cables òptics i de coure) es pot utilitzar juntament amb commutadors o convertidors de mitjans. Les característiques físiques de Fast Ethernet permeten que els dispositius estiguin a 100 metres de distància, mentre que l'E-bus només pot estar a 10 metres. Es pot seleccionar Fast Ethernet o E-bus segons els requisits de distància. El sistema EtherCAT pot allotjar fins a 65535 dispositius, de manera que la mida total de la xarxa és gairebé il·limitada.
Podeu triar la topologia lliurement. El cablejat té la major flexibilitat: si s'utilitza l'interruptor, és l'ús de l'estructura de la topologia del bus o l'estructura de la topologia d'arbre, pot ser qualsevol combinació d'elecció. Assignació automàtica d'adreces; No cal que configureu una adreça IP.
obertura
EtherCAT no només és totalment compatible amb Ethernet, sinó que també té una característica única de disseny obert: pot coexistir amb altres protocols Ethernet que proporcionen una varietat de serveis, i tots ells coexisteixen en el mateix mitjà físic, normalment amb només un petit impacte en rendiment global de la xarxa. Els dispositius Ethernet estàndard es poden connectar a un sistema EtherCAT mitjançant el terminal del commutador, la qual cosa no afecta els temps de cicle. Els dispositius equipats amb una interfície de bus de camp tradicional es poden integrar a la xarxa mitjançant una connexió al terminal mestre de bus de camp EtherCAT. La variant del protocol UDP permet integrar dispositius a qualsevol interfície de ranura. EtherCAT és un protocol totalment obert que ha estat reconegut com a especificació oficial IEC (IEC/PAS62407).