EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) yüksek performanslı Ethernet tabanlı alanbus sistemi endüstriyel otomasyonda yaygın olarak kullanılan yüksek performanslı bir Ethernet tabanlı alanbus sistemidir. EtherCAT, programlanabilir Mantık kontrolörleri (PLC) ve çeşitli otomasyon cihazları arasında gerçek zamanlı iletişim kurmak için tasarlanmıştır.

EtherCAT Nedir?

EtherCAT, her köleye bir çerçeve göndermek ve tüm kölelerin sayısından dolayı önemli bir protokoldür. EtherCAT, bir master-slave kirletici mekanizması kullanır, ustanın her bir köleye bir çerçeve göndermesi ve bir cevap vermesi gerekir, çünkü her bir köleyi arttırır ve bir araya getiren bir protokoldür. EtherCAT, bu modeli bir kalite kullanarak döndürür:0) Üst düzeye döndürür.[Dönetici).

Protokol 2003 yılında Beckhoff Otomasyon tarafından tanıtıldı ve IEC 61158 olarak standart Ethernet kablolarında (Kat5e veya daha iyi) tam zamanlı olarak kullanılan BT altyapısıyla entegre edildi.

EtherCAT Protokolü Mimari

EtherCAT, OSI referans modeline haritaların üç katmanlı bir model üzerinde inşa edilmiştir: fiziksel katman, veri bağlantı katmanı ve uygulama katmanı. bu katmanlar, mühendislere sağlam yüksek hızlı PLC ağları tasarlamaya yardımcı olur.

Fiziksel Katman

EtherCAT standart Ethernet fiziksel katman bileşenleri (100BASE-TX veya 100BASE-FX) 100 Mbit / tam çözünürlükte çalışır. Daha yüksek performans için bakır bükülmeli kablolar sağlar.

EtherCAT veri bağlantı katmanı, işlem-on-the-fly sihirli'in gerçekleştiği yerdir. Her köle cihazı, gelen Ethernet çerçevesini, yedekleri veya eklerken, bir sonraki köle sayısına doğru yol açan bir EtherCAT Köle kontrolörünü içeriyor.

Cihazların senkronizasyonunu korumak için, EtherCAT dağıtılmış bir saat mekanizması uygular. ustadaki referans saati otomatik olarak tüm kölelere gönderilir, 1 μs'den daha iyi senkronizasyona ulaşır. Bu, koordineli hareketin kesin zamanlamayı gerektirdiği çok eksenli hareket kontrolü için kritiktir.

Uygulama Katmanı

Veri bağlantı katmanında, EtherCAT uygulama katmanı, döngüsel değişim ve hizmet verileri için (SDO) veya bir servo sürücü profili (SoE- Sercos over EtherCAT) ile birlikte, standart PLC programlama ortamları ile uyumlu bir entegrasyon işlemi yapar.

Yüksek Hızlı PLC Ağları için Anahtar Özellikler ve Faydaları

EtherCAT, diğer sahabuslarından ve endüstriyel Ethernet protokollerinden ayırt eden özelliklerin bir kombinasyonunu sunar. Orijinal makale dört anahtar özellik listelenen; burada her şeyi genişletiyoruz.

Yüksek Hız ve Low Rise Times

EtherCAT, 50 ila 250 μs arasında binlerce dağıtılmış I/O puanı güncelleyebilir:0)30 μs) - yüksek çözünürlüklü geri bildirim gerektiren uygulamalardan özellikle de servoBUS veya DeviceNet gibi.For hareket kontrol uygulamaları için, tipik döngü süreleri 50 ila 250 μs arasında değişmektedir.

Deterministic ve Tahmin edilebilir İletişim

Determinism, verilerin garantili maksimum gecikme içinde gelmesini sağlar. Çünkü EtherCAT her zaman döngüsünde tek bir çerçeve kullanır (veya sabit çerçeveler), zamanlama tamamen öngörülebilir. Jitter – varış zamanındaki varyasyon – genellikle 1 μs'den daha az. Bu tahmin edilebilirlik, birden fazla axes'in mükemmel bir koordinasyonda hareket etmesi gerekir.

Performans kaybı olmadan erişilebilirlik

Birçok ağ protokollerinde, daha fazla cihaz döngüsü zamanlarını artırıyor çünkü usta her cihazı bireysel olarak ankete gerek. EtherCAT segmenti 65,535 düğümleri destekleyebilir, ancak pratik sınırlar taksi ve elektrik kısıtlamaları nedeniyle daha düşük değildir.Daha büyük sistemler için, çoklu segmentler EtherCAT kavurları veya anahtarları ile bağlanabilir.

Esnek Topoloji ve Kolay Bütünleşme

EtherCAT hattı, ağaç, yıldız ve özel anahtarlar gerektirmeden topolojileri destekler. Bir line topolojide her cihaz iki Ethernet portuna sahiptir - gelen ve bir tane için - basit ve maliyet-malzeme yapmak. Star topolojiler standart Ethernet anahtarlarını kullanarak oluşturulabilir, ancak anahtarlar bazı gecikme sağlar. Ring topolojiler bir yanar, çerçeve sadece tam tersi yönde seyahat eder.

Maliyet-Effectiveness ve Azalmayı Azladı

EtherCAT standart Ethernet kablolarını ve konektörlerini kullanır, pahalı bir özel donanıma ihtiyaç yoktur. işleme-on-s-fly yaklaşımı birçok topolojide aktif anahtarlara ihtiyaç duyar, altyapı maliyetlerini azaltır. Ek olarak, dağıtılmış saat senkronizasyonu ayrı senkronizasyon için ihtiyaç ortadan kaldırır, yükleme masraflarını azaltır.

Yüksek Hızlı PLC Networks'te uygulamalar

EtherCAT, yüksek hızlı, determinist kontrol zorunlu olan geniş bir endüstride dağıtılır. Aşağıda en yaygın uygulama alanlarının bazılarıdır.

Robotik ve İmalat Otomasyonu

Endüstriyel robotlar, düşük gecikmeli bir çok eksenli hassas koordinasyon gerektirir. EtherCAT'ın alt saniyelik döngüsü zamanlarını gerektirir ve saatlerini dağıtan bir robotun ortakları ile senkronize edilen hareket kontrolü sağlar, aynı zamanda birden fazla robot arasında da iş hücresine bağlanır.

Hareket Kontrol Sistemleri

Yüksek uçlu hareket kontrol uygulamaları – CNC makineleri, baskı baskıları ve paketleme ekipmanları gibi – yüksek çözünürlükli interpolasyon ve geri bildirim için EtherCAT'a güvenmek. protokol hem lineer motorlar hem de doğrudan sürücü sistemleri için uygun hale getirir.

Ambalaj ve Malzeme İşleme

Ambalaj makinelerinde hızlar dakikada 1000 paket aşabilir. EtherCAT ağ senkronizeleri, dolumları ve etiketleme istasyonları.Malzeme sistemleri, otomatik depolama ve retrieval (AS/RS) veya türleme konveyörleri gibi, EtherCAT'ı koordinatörleri, eylemciler ve minimum ölü zaman ile sürücüler.

Baskı Presleri ve Dönüştürme

Baskı basınları renkler arasında son derece sıkı bir kayıt gerektirir, genellikle birkaç mikrometers içinde. EtherCAT'ın dağıtılmış saatleri ve düşük jitter baskı silindirlerinin ve web gerilimi kontrolünün hassas senkronizasyonunu sağlar. Benzer şekilde, EtherCAT'ın yüksek hızlı I/O'dan gelen makineleri dönüştürmek ve kontrol etmek.

Enerji ve Süreç Endüstrileri

Genellikle ayrı imalatla ilişkilendirilse de, EtherCAT aynı zamanda enerji yönetimi ve işlem kontrol uygulamalarında da kullanılır. Örneğin, rüzgar türbinleri EtherCAT'ı bıçak ve jeneratör toplanı gerçek zamanlı olarak izlemek için kullanır.Su arıtma tesislerinde, yüksek hızlı PLC ağlar pompalar ve valfleri geleneksel sahabuslarla mümkün olan döngü süreleri ile yönetir.

EtherCAT vs. Diğer Endüstriyel Ethernet protokolleri

Birkaç rakip endüstriyel Ethernet protokolleri var, her biri güçlü ve zayıf yönleri ile. EtherCAT'ı akranlarına kıyasla, mühendisler yüksek hızlı PLC ağı için doğru teknolojiyi seçmelerine yardımcı olur.

EtherCAT vs. PRONETNET

PRONET, özellikle Avrupa otomasyonlarında başka popüler bir gerçek zamanlı Ethernet standardıdır.FabNET farklı bir yaklaşım kullanır: standart Ethernet anahtarlarına dayanır ve hizmet kalitesini kullanarak gerçek zamanlı çerçevelere öncelik verir (QoS) mekanizmaları. RT (Real-Time) sınıfı [Dönemli IRT ile döngü zamanlarını alabilir ve IRT (Isochronous Real-Time) sınıfı özel anahtarlarla 250 μs'ye ulaşabilir. EtherCAT tipik olarak güvenli olmayan bir şekilde erişim sağlar.

EtherCAT vs. EtherNet/IP

EtherNet/IP Kuzey Amerika'da yaygın olarak kullanılıyor ve standart TCP/UDP/IP yığınları üzerinde bulunuyor. Hem Çevrimsel (I/O) hem de bir Çevrimsel (Yapım) mesajlaşma, ancak performansları TCP/IP işlemlerinden sınırlı.

EtherCAT vs. Sercos III

Sercos III, başlangıçta hareket kontrolü için geliştirilmiş yüksek performanslı bir endüstriyel Ethernet protokolüdir. EtherCAT gibi, alt maliyetle sonuçlanabilir ve uyarı kontrolü için uygundur; seçim genellikle mevcut tedarikçi ilişkileri veya miras sistemi uyumluluğuna gider.

EtherCAT'ı PLC Ağınızda Uygulama

EtherCAT'ı işletmek, donanım, topoloji ve yapılandırmayı dikkatli bir şekilde planlama gerektirir. Aşağıda pratik düşünceler vardır.

Donanım Gereksinimleri

Bir EtherCAT ağı bir İLDİT:0)master) ve bir veya daha fazla 444D:2)[değiştir | kaynağı değiştir] (örneğin, I/O modüller, kodlayıcılar, vs.) Master, EtherCAT'ı destekleyen bir Ethernet portuna sahip olmalıdır - çoğu modern endüstriyel kontrolörler yerleşik EtherCAT arabirimleri inşa etti veya PCIe/ExpressCard adaptörlerini kullanabilir. Köleler EtherCAT Köle kontrolörleri içermelidir.

Topology Design

Çoğu yüksek hızlı PLC ağı için, aİLFLT:0) lineer topoloji[Dönetici: 1) en basit ve en uygun maliyetlidir. Her cihaz, iki Ethernet portu kullanarak çerçeveyi kullanarak otomatik olarak zincirlenmiş olur.Daha fazla modlar için, EtherCAT bağlantılarını veya Ethernet geçişlerini kullanarak inşa edilebilir, ancak geç anahtarlarını tanıtabilir ve gecikmeli uygulamaları azaltılabilir; her iki yönde determinasyon sağlar.

Yapın ve Komisyoning

EtherCAT master üreticisi tarafından sağlanan yapılandırma araçları (örneğin, Beckhoff, KOSYS veya üçüncü taraf aletleri) ağ tarama, cihaz parametresi ve I/O haritalama. master otomatik olarak tüm köleleri ağ üzerinden tespit eder ve fiziksel konumlarına göre atayabilir (veya sabit bir topoloji).

Sorun Giderme ve Bakım

EtherCAT standart Ethernet kablolarını kullanır, ortak sorunlar gevşek konektörler, kırık teller veya elektromanyetik müdahale içerir. Çoğu master araçları, kablolamaları ve köle statüsü için doğrulayıcı bilgileri sağlar. Gelişmiş tanılar için, bir EtherCAT otobüs analizörü kullanın (örneğin Beckhoff veya üçüncü taraflardan) kontrol etmek ve kodlama çerçevelerini içerir.

Yüksek Hızlı PLC Ağlarında EtherCAT Geleceği

Otomasyon talepleri daha talep ediliyor olduğu gibi, EtherCAT, yüksek çözünürlüklü sistemler ve 3D lazer tarayıcılar gibi daha kısa döngü uygulamaları için devam ediyor. EtherCAT G), mevcut yatırımları korumak için protokolü genişletiyor.

Başka bir eğilim, EtherCAT'ın diğer endüstriyel Ethernet protokolleri ile entegrasyonudur, standart IT trafiğinin yanı sıra gerçek zamanlı kontrol trafiği taşıyan ağların bir araya gelmesine olanak sağlar.

Ayrıca, kenar hesaplamasının ve bulut tabanlı analizlerin yükselişi, binlerce sensörden elde edilen verileri daha yüksek seviyeli sistemlere beslemesi için yüksek hızlı PLC ağ gerektirecektir. EtherCAT'ın düşük gecikmeli ve kesin zamanlama, endüstriyel IoT mimarlıkları için ideal bir ön uç protokolü yapar, zaman uçlu veriler binlerce sensörden toplanıp işlenmelidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

EtherCAT, yüksek hızlı PLC ağlarında temel bir teknoloji haline geldi, paketleme ve enerji yönetimine hız kazandırıyor ve modern otomasyonlarla gerekli ölçeklenebilirlik sağlıyor. EtherCAT, gerçek zamanlı uygulamalar için en iyi performans sunuyor ve açık standart olarak, Endüstri 4.0 ve enerji yönetimine doğru hareket kontrolü sağlarken, EtherCAT daha önce geleneksel bir alandan gelen uygulamalarla daha önce imkansız hale gelecektir.

Daha fazla bilgi için, [[DörtDÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜSÜ:0)EtherCAT Teknoloji Grubu[[DÜT:1) resmi site ve Beckhoff'un [[Üyetim:2)TwinCAT).