EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) היא מערכת שדהבוס מבוססת Ethernet בעלת ביצועים גבוהים בשימוש נרחב באוטומציה תעשייתית.זה נועד להקל על תקשורת בזמן אמת בין בקרים לוגיים (PLCs) ומכשירים אוטומציה שונים.תכונותיה הייחודיות להפוך אותו אידיאלי עבור רשתות PLC מהירות גבוהה שבו תזמון ואמינות הם קריטיים על ידי Beckhoff Automation, ECAT הפך סטנדרטית של חברות EGET כיום, אשר כוללת EGC.

מה זה EtherCAT?

(EtherCAT הוא פרוטוקול מבוסס Ethernet הפתוח, אשר מתגבר על המגבלות של Ethernet המסורתי ביישומים בזמן אמת תעשייתי. Ethernet סטנדרטי משתמש במנגנון סקריפי אד-אסלאב, שבו המאסטר חייב לשלוח מסגרת לכל עבד ולחכות לתגובה, וכתוצאה מכך הגינות משמעותית כמו מספר העבדים החוזרים על ידי EtherCAT מדגימה את המודל הזה באמצעות LT:0 עיבוד-on-fir לאחר מכן, כל אחד מהם הוא חוזר למיקרו-F2, כאשר הוא מספר עבדים; כלומר, כלומר, הוא מספר 1 עד 1 עד 1:1F2, הוא יכול להגיע ל-F2, כלומר, כלומר, הוא חוזר ל-F2, כאשר הוא כותב את המודל הזה.

הפרוטוקול הוצג על ידי Beckhoff אוטומציה בשנת 2003 ותקן כמו IEC 61158. זה תומך הן תקשורת מלאה ומחצית-דופלקס על כבלי Ethernet סטנדרטיים (Cat5e או טוב יותר) כי EtherCAT משתמש בחומרה Ethernet סטנדרטית בשכבה הפיזית, הוא משלב בצורה חלקה עם תשתית IT קיימת תוך מתן הביצועים הקבע הדרושים לשליטה בתנועה, רובוטיקה, אוטומציה מהירה.

אדריכלות פרוטוקול EtherCAT

EtherCAT בנוי על מודל תלת-שכבתי שמפות למודל ההתייחסות של OSI: השכבה הפיזית, שכבת קישור נתונים ושכבת יישומים אלה מסייעת למהנדסים לעצב רשתות PLC מהירות גבוהה.

שכבת פיזיות

EtherCAT משתמשת ברכיבי שכבת Ethernet פיזיים סטנדרטיים (100BASE-TX או 100BASE-FX) הפועלים ב-100 Mbit/s במלואם-דופלקס.זה תומך בכבלים של נחושת מעוותים למרחקים עד 100 מ"מ לקטע ולקשרים אופטיים עבור ריצות ארוכות יותר.פרוטוקול ניתן להשתמש גם עם 1000BASE-T (Gibitga Ethernet) ב- ECAT G, אשר מציע ביצועים אוטומטיים יותר.

המונחים:

שכבת הקישור של הנתונים EtherCAT היא המקום שבו מתרחש הקסם השוטף של כל מכשיר עבד מכיל שבב EtherCAT (ESC) הקורא את מסגרת Ethernet הקרובה, תמצית או מכניס נתונים בעמדה שהוקצתה, ומקדמת את המסגרת למעבדות העבד הבאות.המסגרת אינה מאוחסנת ומקדמת; היא משתנה בזמן אמת כפי שהיא עוברת דרך העבדים / או מספר זה מאפשר שבריר של עבדים שלמים.

כדי לשמור על סינכרוניזציה על מכשירים, EtherCAT מיישמת מנגנון שעון מבוזר.שעון ההתייחסות במאסטר מופצה אוטומטית לכל העבדים, השגת דיוק סינכרוניזציה טוב יותר מ 1 מיקרו.זה קריטי עבור בקרת תנועה רב-אקסי, שבו תנועה מתואמת דורשת תזמון מדויק.

המונחים Layer

מעל שכבת הקישור לנתונים, שכבת היישום EtherCAT משתמשת פרופיל המכשיר דמוי CANopen (ה-CoE) - CANopen Over EtherCAT) או פרופיל כונן servo (SoE - Sercos over EtherCAT) כדי לתאר פרמטרים של מכשירים ותקשורת אובייקטים.הישומי תהליך ניהול יישומים (PDO) עבור החלפת מחזורי ואובייקטים (DOS) עבור פרמטר סטנדרטי של תקן של תקן זה עם פרמטרים של ILCC3.

תכונות מפתח ויתרונות עבור רשתות PLC מהירות גבוהה

EtherCAT מציע שילוב של תכונות שממבדילות אותו מתחומים אחרים ופרוטוקולים של Ethernet תעשייתי.המאמר המקורי הרשום ארבעה תכונות מפתח; אנו מרחיבים על כל אחד מהם כאן.

מהירות גבוהה ו Low Cycle Times

EtherCAT יכול לעדכן אלפי נקודות I/O מבוזרות ב-FLT:0.30 μssssssphFLT:1 - הרבה יותר מהר מאשר שדות מסורתיים כגון PROFIBUS או התקןNet. עבור יישומי בקרת תנועה, זמני מחזור טיפוסי טווח מ 50 עד 250 מיקרופונים.זה מאפשר PLC לסגור לולאות שליטה גבוהה ללא יכולת עיבוד הקרבה.

תקשורת נחושה וצפונית

קביעתיות מבטיחה כי הנתונים מגיעים בתוך עיכוב מקסימלי מובטח.כי EtherCAT תמיד משתמש מסגרת אחת למחזור (או מספר קבוע של מסגרות), התזמון הוא צפוי לחלוטין. Jitter - הריאציות בזמן ההגעה - הוא בדרך כלל פחות מ 1 מיקרו.זה חיזוי חיוני עבור פעולות מסונכרוניות כמו מכונות אריזה, שבו מספר אקסס חייב לעבור בתיאום מושלם.

סקלאלה ללא אובדן ביצועים

בפרוטוקולים רבים ברשת, הוספת מכשירים נוספים מגבירה את זמן מחזור מכיוון שהאדון חייב לבדוק כל מכשיר בנפרד.המנגנון לעיבוד של EtherCAT-on-the-fly הוא כי הוספת עבדים אינה מגדילה משמעותית את זמן המחזור, כל עוד נפח הנתונים הכולל מתאים בתוך מסגרת Ethernet אחת (בדרך כלל עד 1500 על ידי צומתים בתוספת מסגרות אופציונליות). A יחיד EtherCAT יכול לתמוך עד 65,5 אם כי אין מגבלות חשמליות יותר, אם כי הם מחוברים יותר, או יותר, אם כי הם פחות.

טופולוגיה גמישה ושילוב קל

EtherCAT תומך קו, עץ, כוכבים, וצלומי טבעת ללא צורך מתגים מיוחדים.בשורה טופולוגיה, לכל מכשיר יש שני נמלי Ethernet - אחד עבור נכנס ואחד לצאת - מה שהופך את הניקוי פשוט ויעיל.כוכב לתנצלים יכול להיווצר באמצעות מתגי Ethernet סטנדרטיים, אם כי מציג עיכוב כלשהו להתנצלות לספק אדמומיות: אם כבל, פשוט עובר דרך פרוטוקול מנוגד או פרוטוקול האינטגרציה.

עלויות-אווירה וצמצום קלינג

מכיוון ש-EtherCAT משתמשת בכבלים סטנדרטיים של Ethernet ומחברים, אין צורך בחומרה קניינית יקרה.הגישה לעיבוד-on-the-fly מפחיתה את הצורך מתגים פעילים בהתנצלות, קיצוץ בעלויות.בנוסף, מסנכרון השעון מבוזר מבטל את הצורך בסינון הסינכרון נפרד, צמצום הוצאות ההתקנה.

יישומים ב-High-Speed PLC Networks

EtherCAT הוא פרוס בטווח רחב של תעשיות שבהן במהירות גבוהה, שליטה ⁇ יסטית היא חובה. להלן כמה מאזורי היישום הנפוצים ביותר.

רובוטיקה ואוטומציה של ייצור

רובוטים תעשייתיים דורשים תיאום מדויק של מספר אקסס עם שקיפות נמוכה.EtherCAT של תת-מילי השניות של מחזור זמני מחזור ואת שעונים מבוזרים מאפשרים שליטה מסונכרנת על פני מפרקי הרובוט, כמו גם בין רובוטים מרובים בתא עבודה.בקווי ההרכבה, EtherCAT מחבר PLCs כדי servo, מערכות ראייה, I / O, להבטיח שכל צעד מבוצע עם תזמון מדויק.

מערכות בקרה

יישומים בעלי שליטה גבוהה של תנועה - כגון מכונות CNC, הדפסת עיתונות וציוד אריזה - להסתמך על EtherCAT עבור multi-axis interpolation and משוב. הפרוטוקול תומך הן מיקום והן לולאות בקרה מומנט, ואת האופי הדטרמיניסטי שלו מאפשר PLC לטרכיטציה compute ו- Send נקודות בזמן אמת ללא יכולת של Jther ECAT לטפל ברזולוציה גבוהה עבור מערכות הפעלה ליניארית מתאימה גם כן.

אריזה ודברים חומריים

במכונות אריזה, מהירויות יכולות לעלות על 1000 חבילות לדקה.רשתות EtherCAT מסנכרנים את ההפניות, ממלאי, חותמות, ולייבל תחנות. מערכות טיפול חומריות, כגון אחסון אוטומטי ושיקום (AS/RS) או מקהלת מיון, להשתמש EtherCAT כדי לתאם חיישנים, פועלים, ומניע עם זמן מת מינימלי.

הדפסת הודעות והפעלה

הדפסת עיתונות דורשת רישום הדוק מאוד בין צבעים, לעתים קרובות בתוך כמה מיקרומטרים. שעון מבוזר EtherCAT ו- jitter ג'ייטר נמוך לאפשר סינכרוניזציה מדויקת של גלילי הדפסה ובקרת מתח באינטרנט. בדומה, המרת מכונות חותכות, מתקפלות או להפליג חומרים מן המהירות הגבוהה של EtherCAT ובקרת נהיגה.

אנרגיה ותעשיות תהליכים

למרות שלעתים קרובות קשור לייצור דיסקרטי, EtherCAT משמש גם בניהול אנרגיה ויישומים בקרה תהליכים.לדוגמה, טורבינות רוח להשתמש EtherCAT כדי לפקח על תיבת להב וטורק גנרטור בזמן אמת. בצמחים לטיפול במים, רשתות PLC מהירות גבוהה לנהל משאבות ושסתום עם מחזור זמנים כי יהיה בלתי אפשרי עם שדות מסורתיים.

EtherCAT לעומת פרוטוקולים תעשייתיים אחרים

קיימים כמה פרוטוקולים של Ethernet תעשייתיים מתחרים, כל אחד עם נקודות חוזק וחולשות.שוואת EtherCAT לחבריו מסייע למהנדסים לבחור את הטכנולוגיה הנכונה עבור רשת PLC המהיר שלהם.

EtherCAT לעומת PROFINET

PROFINET הוא תקן Ethernet פופולרי בזמן אמת, במיוחד באוטומציה האירופית.PROFINET משתמשת בגישה שונה: הוא מסתמך על מתגי Ethernet סטנדרטיים ומדכא מסגרות בזמן אמת באמצעות איכות השירות (QoS) מתגי RT (Real-Time) שלו יכולים להשיג תקופות מחזור של בערך 1 ms, ו- IRT (Isochronous Real-Time) יכול להגיע ל-250 מיקרו עם גמישות מיוחדת, ו-JFlow מציעה בדרך כלל יותר מאשר CLC.

EtherCAT לעומת EtherNet/IP

EtherNet/IP הוא בשימוש נרחב בצפון אמריקה והוא מבוסס על מחסניות TCP/UDP/UDP/IP סטנדרטיות.הוא תומך הן ב-Cyclic (הגדרה) והן על בסיס הודעות סטנדרטיות (I/O) ו- Acyclic (הגדרה) אך הביצועים שלו מוגבלים על ידי ראשי תיבות של עיבוד TCP/IP.com סטנדרטיים יותר, ללא יכולת ניהול של 1-10 מ"ד"מ-T.

EtherCAT לעומת Sercos III

Sercos III הוא פרוטוקול Ethernet תעשייתי בעל ביצועים גבוהים שפותח במקור עבור שליטה בתנועה.כמו EtherCAT, הוא משיג זמני מחזור תת-מילות השניות ותומך בחידוש טבעת. עם זאת, Sercos III משתמש במבנה מסגרת שונה ודורש שבבים ספציפיים בקר. EtherCAT יש מערכת אקולוגית רחבה יותר וקהילת משתמשים גדולה יותר, אשר לעתים קרובות תוצאות בעלות נמוכה יותר וזמינות של רכיבים.

יישום EtherCAT ברשת PLC שלך

פיזור EtherCAT דורש תכנון זהיר של חומרה, טופולוגיה ותצורה. להלן הם שיקולים מעשיים.

דרישות חומרה

רשת EtherCAT מורכבת מ-FLT:0mastersofLT:1 (בדרך כלל A PLC או מחשב תעשייתי) ואחד או יותרFLT:2slavesBuildsFLT 3: (נהגים, I/O מודולים, קודקודרים וכו '), המאסטר חייב להיות נמל Ethernet תומך EtherCAT - רוב הבקרים התעשייתיים המודרניים בנו-in-ifin) יכול להכיל שבבים רבים של מעבדי-CerCer (מעבדים) או מעבדים משולבים.

עיצוב Topology Design

עבור רוב רשתות PLC מהירות גבוהה, aFLT:0line העליון אנדרטולוגיה העליוןFLT:1 הוא הפשוט והחסכוני ביותר.כל מכשיר הוא daisy-chained באמצעות שני נמלי Ethernet.וודא כי מתגי הכבל הכולל בין מכשירים לא עולה על 100 מ 'עבור מרחקים ארוכים יותר, להשתמש בממירי מדיה אופטית כדי להתנצלות מומלץ עבור יישומים קריטיים; הם מספקים אוטומטית על ידי צומת דרכים כדי להיות מסוגלות כדי למזערית או לנטראקטיביות כדי לנטרפולגיעת.

סודיות וועדת

כלי הניווט הניתנים על ידי היצרן EtherCAT (למשל, TwinCAT מ Beckhoff, CodeSYS, או כלי צד שלישי) להתמודד עם סריקת רשת, פרמטר מכשירים, I / Oמיפוי. המאסטר מזהה באופן אוטומטי את כל העבדים ברשת ומקצה כתובות המבוססות על המיקום הפיזי שלהם (או טופולוגיה קבועה) תהליך מפות המשתמש (DO) ל- PLCIFRES, לדוגמה, תכונות מתקדמות של שעון ו-HDC: 0.

פתרון ותחזוקה

מכיוון ש-EtherCAT משתמשת בכבלי Ethernet סטנדרטיים, בעיות נפוצות כוללות מחברים רופפת, חוטים שבורים או הפרעה אלקטרומגנטית.רוב הכלים המאסטרים מספקים מידע אבחון כגון שגיאות מסגרת, מדפסות מפספסות ומעמד עבדים.עבור אבחון מתקדם, משתמשים מנתח אוטובוס EtherCAT (למשל, מ Beckhoff או צדדים שלישיים) כדי ללכוד ולפענוח מסגרת תחזוקה רגילה כולל בדיקת יושרה, אימות למסגרות של מתחמיים, אימות עבור עבדים ועדכונים, מעקב.

עתיד EtherCAT ברשתות מהירות גבוהה

מאחר שאוטומציה דורשת יותר, EtherCAT ממשיכה להתפתח.המבוא של ה-FLT:0EtherCAT GFLT:1 מרחיב את הפרוטוקול למהירויות Ethernet של Gigabit (1000 Mbit/s), המאפשרים אפילו זמני מחזור קצרים יותר ותמיכה ביישומים רגישים נתונים כמו מערכות ראייה ברזולוציה גבוהה ו- 3D לייזרים.

מגמה נוספת היא שילוב של EtherCAT עם EtherFLT:0Time-Sensitive Networking (TSN)FLT:1, תקן IEEE המספק תקשורת ⁇ יסטית על רשתות Ethernet סטנדרטיות. TSN יכול לגשר על מגזרי EtherCAT עם פרוטוקולים אחרים של Ethernet תעשייתי, המאפשר רשתות מתכנסות אשר נושאות שליטה בזמן אמת לצד תעבורת תקן IT.

בנוסף, העלייה של מחשוב קצה וניתוח מבוסס ענן ידרוש רשתות PLC מהירות גבוהה להאכיל נתונים במערכות ברמה גבוהה יותר.הההה הנמוכה של EtherCAT ותזמון מדויק להפוך אותו לפרוטוקול חזית אידיאלי עבור ארכיטקטורות תעשייתיות של IoT, שבו נתונים מזמנים מאלפי חיישנים חייבים להיות מצטברים ומעובדים.

מסקנה

EtherCAT הפכה לטכנולוגיה אבן הפינה עבור רשתות PLC מהירות גבוהה, מתן המהירות, הדטרמיניזם, והיקף הנדרש על ידי אוטומציה מודרנית.האדריכלות לעיבוד שלה על-פני-ההיקף מפחית באופן דרמטי את זמני מחזור, בעוד שעונים מבוזרים להבטיח סינכרוניזציה על פני מכשירים.מחדש רובוטיקה ובקרת תנועה לאריזות וניהול אנרגיה, EtherCAT מאפשר יישומים שהיו בלתי אפשריים בעבר עם שדות תעופה מסורתיים, כאשר מציעים אסטרטגיות תמיכה יעילה עבור יישומים מתקדמים בתעשייה.

למידע נוסף, בקר באתר הרשמי של ה-FLT:0 (EtherCAT Technology GroupFLT) 1:1 ובאתר הרשמי של בקהוף:2TwinCATOVAFLT 3.