oversigt
EtherCAT er et Ethernet-baseret feltbussystem med en åben arkitektur. CAT i EtherCAT er et akronym for Control Automation Technology. Oprindeligt udviklet af Beckhoff Automation GmbH i Tyskland. EtherCAT sætter en ny standard for realtidsydelse og topologisk fleksibilitet, samtidig med at den overholder eller endda reducerer omkostningerne ved brug af feltbus. EtherCAT har også højpræcisions-enhedssynkronisering, valgfri kabelredundans og Functional Security Protocol (SIL3).
princip
Der er adskillige Ethernet-løsninger til at levere funktionalitet i realtid: for eksempel at deaktivere CSMA/CD-adgangsprocessen gennem et højere protokollag og erstatte det med et tidsudsnit eller pollingprocedure. Andre ordninger bruger private switches og distribuerer Ethernet-pakker med præcis tidskontrol. Selvom disse løsninger relativt hurtigt og præcist kan levere pakker til tilsluttede Ethernet-noder, er båndbreddeudnyttelsen lav, især for typiske automatiseringsenheder, for selv for meget små mængder data skal der sendes en fuld Ethernet-ramme. Ydermere afhænger den tid, der kræves for at omdirigere til output- eller drevcontrolleren og til at læse inputdataene, i høj grad af udførelsestilstanden. Det er ofte nødvendigt at bruge en subbus, især i modulære I/O-systemer, der ligesom Beckhoff K-bussen fremskynder transmissionen gennem et synkront bussystem, men en sådan synkronisering vil ikke undgå forsinkelser i kommunikationsbustransmissionen.
Med EtherCAT var Beckhoff i stand til at overvinde disse systembegrænsninger for andre Ethernet-løsninger: Det var ikke længere nødvendigt at modtage Ethernet-pakker ved hvert tilslutningspunkt, afkode dem og kopiere dem til procesdata. Når frames passerer gennem hver enhed, inklusive den underliggende terminalenhed, læser EtherCAT data fra stationscontrolleren, der er vigtige for den pågældende enhed. På samme måde kan inputdata indsættes i en meddelelse, når den passerer igennem. Efter at rammen er blevet passeret (kun forsinket med nogle få bits), genkender slavestationen den relevante kommando og behandler den. Denne proces er implementeret gennem hardware i slavecontrolleren og er derfor uafhængig af det kørende system i realtid eller processorydelsen af protokolstaksoftwaren. Den sidste EtherCAT-slave i netværkssegmentet returnerer en fuldt behandlet meddelelse, så meddelelsen returneres som en svarmeddelelse fra den første slave til masteren.
Fra et Ethernet-perspektiv er EtherCAT-bussegmentet simpelthen en stor Ethernet-enhed, der modtager og sender Ethernet-rammer. Denne "enhed" indeholder dog ikke en enkelt Ethernet-controller med en downstream-mikroprocessor, men kun et stort antal EtherCAT-slavestationer. Som med ethvert Ethernet kræver EtherCAT ikke en switch for at etablere kommunikation, hvilket resulterer i et rent EtherCAT-system.
ydeevne
EtherCAT når et nyt niveau af netværksydelse. Opdateringsperioden for 1000 distribuerede I/O-data er kun 30μs, inklusive terminalcyklustid. Gennem en Ethernet-ramme kan op til 1486 bytes procesdata udveksles, svarende til næsten 12.000 digitale volumener af I/O. Denne mængde data kan transmitteres på kun 300μs.
Kommunikation med 100 servoaksler er kun 100μs. I løbet af denne tid kan indstillingsværdier og kontroldata leveres til alle akser, og deres aktuelle position og status kan rapporteres. Distribueret urteknologi sikrer, at synkroniseringstidsafvigelsen mellem disse akser er mindre end 1 mikrosekund.
Med EtherCAT-teknologiens fremragende ydeevne kan vi realisere kontrolmetoden, som ikke kan realiseres af det traditionelle feltbussystem. På denne måde kan der også dannes kontrolsløjfer med ultrahøj hastighed gennem bussen. Funktioner, der tidligere krævede indbygget dedikeret hardwaresupport, kan nu kortlægges i software. De enorme båndbredde-ressourcer gør det muligt at transmittere tilstandsdata parallelt med alle data. EtherCAT-teknologien gør det muligt for kommunikationsteknologi at matche moderne, højtydende industrielle PCS. Bussystemet er ikke længere en flaskehals til at styre ideer. Datalevering i distribueret I/O overstiger ydeevne, der kun kan opnås af lokale I/O-grænseflader.
Denne fordel for netværkets ydeevne er tydelig i små controllere med relativt moderat computerkraft. EtherCATs højhastighedssløjfe, som kan udføres mellem to kontrolsløjfer. Derfor har regulatoren altid de seneste inputdata til rådighed, og udgangsadresseringsforsinkelsen er minimal. Controllerens reaktionsadfærd kan forbedres væsentligt uden at øge dens egen computerkraft.
EtherCATs principper er skalerbare og ikke begrænset til 100 megabits båndbredde – det er muligt at skalere op til gigabit Ethernet.
EtherCAT erstatter PCI:
Med accelerationen af udviklingen af pc-komponentminiaturisering afhænger mængden af industriel pc hovedsageligt af antallet af nødvendige slots.
Brugen af højhastigheds Ethernet-båndbredde og EtherCAT-kommunikationshardware (EtherCAT slave-controller) databåndbredde åbnede op for en ny anvendelsesmulighed: grænseflader, der normalt er placeret i IPC, blev overført til intelligente grænsefladeterminaler i EtherCAT-systemer. Ud over distribuerede I/O, akser og styreenheder kan komplekse systemer som fieldbus masterstationer, højhastigheds serielle grænseflader, gateways og andre kommunikationsgrænseflader adresseres gennem en Ethernet-port på pc'en. Selv andre Ethernet-enheder uden protokolvarianter kan tilsluttes via DVS-terminalerne. Industriel pc-mainframe-størrelse bliver mindre, omkostningerne bliver lavere, et Ethernet-interface er nok til at klare alle kommunikationsopgaver.
Brug Ethernet i stedet for PCI-feltbusenheder (PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, AS-i osv.) til integration via distribueret feltbusmasterterminal. Manglende brug af fieldbus-master gemmer PCI-slots i pc'en.
Bus topologi
Bus, træ eller stjerne: EtherCAT understøtter næsten alle topologier. Busstrukturen afledt af feltbusser kan således også bruges til Ethernet. Kombinationen af bus- og grenstrukturer er især nyttig til systemledninger. Alle grænseflader er placeret på koblere, hvilket eliminerer behovet for yderligere kontakter. Du kan selvfølgelig også bruge den traditionelle switch-baserede star Ethernet-topologi.
Brugen af forskellige transmissionskabler kan maksimere fleksibiliteten af ledningerne. Fleksible og billige standard Ethernet plug-in kabler kan overføre signaler via Ethernet mode (100baseTX) eller via E-bussen. Optiske fibre (Pfos) kan bruges til specielle applikationer. Ethernet-båndbredde (såsom forskellige optiske kabler og kobberkabler) kan bruges sammen med switche eller mediekonvertere. De fysiske funktioner i Fast Ethernet tillader enheder at være 100 meter fra hinanden, mens E-bus kun kan være 10 meter fra hinanden. Fast Ethernet eller E-bus kan vælges efter afstandskrav. EtherCAT-systemet kan rumme op til 65535 enheder, så den samlede netværksstørrelse er næsten ubegrænset.
Du kan frit vælge topologien. Ledningsføring har den største fleksibilitet: om man skal bruge omskifteren, er brugen af bustopologistruktur eller trætopologistruktur, kan være enhver kombination af valg. Automatisk adressetildeling; Du behøver ikke at angive en IP-adresse.
åbenhed
EtherCAT er ikke kun fuldt ud kompatibel med Ethernet, men har også en unik åben designfunktion: den kan sameksistere med andre Ethernet-protokoller, der leverer en række tjenester, og alle sameksisterer på det samme fysiske medie - normalt med kun en lille indvirkning på overordnet netværksydelse. Standard Ethernet-enheder kan tilsluttes et EtherCAT-system gennem switchterminalen, hvilket ikke påvirker cyklustider. Enheder udstyret med et traditionelt feltbusinterface kan integreres i netværket via en forbindelse til EtherCAT feltbusmasterterminalen. UDP-protokolvarianten gør det muligt at integrere enheder i enhver slot-interface. EtherCAT er en fuldstændig åben protokol, der er blevet anerkendt som en officiel IEC-specifikation (IEC/PAS62407).