Ēterkatu vispirms izstrādāja majors PLC ražotājs, proti, Beckhoff Automation, ko izmanto reāllaika vadības sistēmās un rūpnieciskā automatizācija . Beckhoff Automation izstrādāja savu Fieldbus versiju, piemēram, LightBus 1980. gados, lai risinātu joslas platuma problēmu citām saskarnēm. Papildu darbs pie šī protokola beidzot radīja EtherCAT izgudrojumu. Bekhofs EtherCAT protokolu uzsāka 2003. gadā visā pasaulē. Pēc tam viņi 2004. gadā pievienoja tiesības EtherCAT tehnoloģiju grupai (ETG). ETG ir ārkārtīgi aktīvs izstrādātājs, kā arī lietotāju grupa. Šajā rakstā ir apskatīts pārskats par Ethercat pamati - Darbs ar lietojumprogrammām.
Kas ir Ethercat?
EtherCAT jeb Ethernet vadības automatizācijas tehnoloģija ir rūpnieciska tīkla sistēma, kas ir atkarīga no Ethernet sistēmas, ko izmanto, lai panāktu ļoti ātrus un prasmīgākus sakarus. Tātad EtherCAT ir ļoti ātrs tīkls, ko izmanto datu apstrādei ar īpašu aparatūru un programmatūru. Šajā tīklā tiek izmantota galvenā-pakalpojuma pilna dupleksā konfigurācija ar jebkuru tīkla topoloģija .
Laiks, kas nepieciešams, lai apstrādātu 1000 I/O punktus, ir 30 sekundes un sazinās ar 100 servoasīm 100 us robežās. Servo asis iegūs iestatītās vērtības, lai kontrolētu datus un ziņotu par faktisko statusu. Šīs asis tiek sinhronizētas, izmantojot izplatīto pulksteņa metodi, kas ir vienkārša IEEE 1588 versija, un samazina nervozitāti līdz zem 1 us. EtherCAT nodrošina ātru izvadi, jo ziņojumi tiek apstrādāti aparatūrā, pirms tie tiek pārvietoti uz nākamo palīgu.
EtherCAT arhitektūra
Zemāk ir parādīta EtherCAT tīkla arhitektūra, kurā tiek izmantots galvenais/pakalpojums, lai kontrolētu piekļuvi datu nesējam. Šajā arhitektūrā EtherCAT galvenais parasti ir vadības sistēma, kas izmanto tipisku Ethernet portu, kā arī ENI (EtherCAT tīkla informācijas) failā saglabāto tīkla konfigurācijas informāciju.
EtherCAT tīkla informācijas fails ir vienkārši izveidots, pamatojoties uz ESI (EtherCAT SlaveInformation) failiem, kurus katrai ierīcei ir norādījuši tirgotāji. Šeit galvenais mezgls pārsūta kadrus uz pakārtotajiem mezgliem, kas var ievietot un noņemt datus no šiem kadriem. Vergu ierīces ir mezgli, piemēram, EPOS3 motora diskdziņi, kuros ir Ethernet porti, lai sazinātos, izmantojot EtherCAT galveno ierīci. Šeit EtherCAT galvenais ir datora ierīce, ko izmanto, lai uzturētu datu saziņu starp galveno, kā arī dažādiem vergu.
Kā darbojas EtherCAT?
EtherCAT tiek izmantots, lai pārvarētu tipiskos Industrial Ethernet defektus, izmantojot tā augstas veiktspējas darbības režīmu, kur parasti pietiek ar vienu kadru, lai pārsūtītu un saņemtu vadības datus no visiem mezgliem un uz tiem. EtherCAT protokols ir veidots uz Ethernet fiziskā slāņa, tomēr EtherCAT izmanto lidojuma režīmā pieejamo pieeju transportēšanai un ziņojumu maršrutēšanai, ko sauc arī par saziņu lidojumā, nevis izmantojot TCP/IP.
EtherCAT galvenā un pakārtotā konfigurācija ir parādīta zemāk. Šajā konfigurācijā Ethercat kapteinis pārraida datu paketi (telegrammu) katrā vergā, ko sauc arī par mezglu.
Galvenā EtherCAT īpašība ir tāda, ka iepriekš minētajā konfigurācijā esošie vergi var nolasīt, citādi vienkārši izvilkt no telegrammas nepieciešamos saistītos datus un pievienot telegrammai informāciju, pirms tā tiek pārvietota uz otro mezglu vai vergu. Tātad, telegramma pārvietojas pa visiem savienotajiem vergiem un pēc tam atgriežas pie galvenā.
Protokols EtherCAT nosūta telegrammu no galvenās ierīces visiem tīklā pievienotajiem vergiem. Katrs vergs tīklā var vienkārši nolasīt datus, kas attiecas uz šo vergu, un var pievienot datus telegrammai, pirms tā tiek pārvietota uz otro mezglu.
Datu lasīšana un rakstīšana ir vienkārši iespējota, izmantojot īpašu ASIC katrā EtherCAT palīgā. Izmantojot šo pieeju, katrs vergs ieviesīs minimālu procedūras aizkavēšanos, un sadursmes nav iespējamas.
EtherCAT protokols vienkārši nodrošina reāllaika un deterministisku komunikāciju, kas ir saderīga ar sinhronizētu un vairāku asu kustības vadību bez papildu aparatūras, lai panāktu sinhronizāciju starp vairākām asīm.
Kļūdu tolerance
EtherCAT galvenā un pakārtotā konfigurācijā, ja pēdējā mezgla izvade nav saistīta ar galveno mezglu, dati tiek automātiski atgriezti citā virzienā, izmantojot EtherCAT protokolu. Tātad tiek uzturēta laika uzlikšana.
Katrs mezgls iepriekš minētajā konfigurācijā uzliek datu laikspiedolu, kad tie ir iegūti, un pēc tam atkal apzīmogo datus, kad tie tiek pārsūtīti uz otro mezglu. Līdz ar to ikreiz, kad kapteinis saņem atpakaļ datus no dažādiem mezgliem, tas viegli nosaka katra mezgla latentumu. Datu pārsūtīšana no galvenās ierīces iegūst I/O laika zīmogu no katra mezgla, lai padarītu EtherCAT daudz deterministiskāku un precīzāku.
Bojājumu tolerance nozīmē, ka EtherCAT tīkliem nav jābūt savienotiem gredzenu tīklā, kā parādīts iepriekš redzamajā diagrammā, taču to var savienot dažādos veidos, piemēram, koku topoloģiju, līniju topoloģiju, gredzena topoloģiju, zvaigžņu topoloģiju un arī ar kombinācijas.
Protams, starp vergiem un saimnieku ir jābūt savienojuma joslai. Kad tos atvienojat, tie nevar darboties, lai gan tīkla topoloģija ir ļoti elastīga un lieliski pieļauj kļūdas.
EtherCAT sistēmās slēdži nav nepieciešami, tāpat kā Ethernet. Kabeļu garums starp mezgliem ir sasniedzams līdz 100 metriem. Zemsprieguma diferenciālā signalizācija uz vītā pāra vara kabeļiem darbojas ar maksimālo ātrumu un ļoti mazāku enerģijas patēriņu. Tāpēc ir iespējams arī izmantot optisko šķiedru kabeļus (FOC), lai palielinātu ātrumu un iekļautu galvanisko izolāciju starp ierīcēm.
EtherCAT izmanto Ethernet kabeli, kas var būt līdz 100 m diapazonā starp diviem mezgliem. Turklāt protokols nodrošina datu pārraidi un barošanu, izmantojot vienu kabeli. Šāda veida savienojumu izmanto, lai savienotu dažādas ierīces, piemēram, sensorus ar vienu līniju. Ja mezgla attālums ir lielāks par 100 m, tiek izmantots optiskās šķiedras kabelis, piemēram, 100BASE-FX. EtherCAT ir pieejams arī pilns Ethernet vadu klāsts.
EtherCAT rāmis
EtherCAT protokols izmanto tipisku Ethernet rāmi, kas ietver vismaz vienu vai vairāk datagrammu. Šajā rāmī datagrammas galvene norādīs, kāda veida ievadi galvenā ierīce vēlas veikt:
- Lasīt, rakstīt, lasīt-rakstīt.
- Tiesības piekļūt noteiktai pakārtotajai ierīcei, izmantojot tiešu adresāciju, vai tiesības piekļūt dažādām palīgierīcēm, izmantojot loģisko adresāciju.
Loģiskā adresēšana tiek izmantota cikliskās datu apmaiņas procesam, kur katra Datagramma adresē precīzu procesa attēla daļu EtherCAT protokola segmentā.
Katrai vergu ierīcei visā izveidotajā tīklā tiek piešķirta viena vai vairākas adreses šajā globālajā adrešu telpā. Var apsvērt vienu Datagrammu, ja vairākām palīgierīcēm ir piešķirtas adreses līdzīgā reģionā.
Programmā EtherCAT Datagrammas ietver informāciju, kas saistīta ar piekļuvi datiem, tādējādi galvenā ierīce pieņem lēmumu, kad piekļūt datiem.
Protokola drošība
Šobrīd drošība ir viena no galvenajām iezīmēm pat datu pārsūtīšanas, kā arī sakaru automatizācijas jomā. Tātad EtherCAT drošības nolūkos izmanto protokolu Drošība, atļaujot vienīgo sakaru sistēmu gan datu drošībai, gan kontrolei. Šī drošības funkcija arī elastīgi modificē datus un paplašina drošības sistēmas arhitektūru utt.
EtherCAT protokola drošības tehnoloģija ir sertificēta TÜV un tika izstrādāta, pamatojoties uz IEC 61508 un ir identiska IEC 61784-3. Šis protokols ir piemērojams drošības lietojumprogrammās, izmantojot drošības integritātes līmeni, kas vienāds ar SIL 3.
Ethercat vs Ethernet
Atšķirības starp EtherCAT un Ethernet ir apskatītas tālāk.
|
EtherCAT |
Ethernet |
| EtherCAT ir Fieldbus sistēma, kuras pamatā ir Ethernet. | Ethernet ir vadu datortīklu tehnoloģija. |
| Tas ir piemērojams gan mīkstajām, gan cietajām reāllaika skaitļošanas prasībām automatizācijas tehnoloģiju ietvaros. | Tas ir piemērojams LAN, MAN un WAN. |
| Ethercat starptautiskais standarts ir IEC 61158 | Ethernet starptautiskais standarts ir IEEE-802.3. |
| Tam nepieciešama galvenā / vergu darbība. | Tam nav nepieciešama galvenā / vergu darbība. |
| Tam nepieciešama uz gredzenu balstīta topoloģija. | Tam nav nepieciešama uz gredzenu balstīta topoloģija. |
| Tas ir īpaši optimizēts reāllaika kontrolei. | Tas nav optimizēts reāllaika kontrolei. |
| Tas ir optimizēts, lai izvairītos no datu sadursmēm. | Tas nav optimizēts, lai izvairītos no datu sadursmēm. |
Ethercat Vs Profinet
Atšķirības starp EtherCAT un Profinet ir apskatītas tālāk.
|
EtherCAT |
Profinet |
| EtherCAT ir viena veida protokols, ko izmanto, lai nodrošinātu Ethernet elastību un jaudu rūpnieciskajā automatizācijā, reāllaika vadības sistēmās, kustību kontroles un datu iegūšanas sistēmās. | Profinet ir sakaru protokols, ko izmanto datu apmaiņai starp kontrolieriem un ierīcēm. |
| EtherCAT nodrošina atvērtu risinājumu par ļoti zemākām izmaksām salīdzinājumā ar PROFINET IRT un SERCOS III. | Profinet nenodrošina atvērtu risinājumu par ļoti mazākām izmaksām. |
| Tā reakcijas laiks ir 0,1 ms. | Tā reakcijas laiks ir <1 ms. |
| Ethercat nervozitāte ir < 0,1 ms. | Profinet nervozitāte ir < 1 ms. |
Ethercat Vs CANopen
Atšķirības starp EtherCAT un CANopen ir apskatītas tālāk.
|
EtherCAT |
CANopen |
| Autobusa ātrums Ethercat ir 100 Mbps. | Autobusa ātrums CANopen ir 1 Mbps. |
| Programmā Ethercat izmantotais pārsūtīšanas režīms ir pilna dupleksa. | Programmā CANopen izmantotais pārsūtīšanas režīms ir pusduplekss. |
| Determinisms vai nervozitāte starp ierīcēm ir zema — 1 n. | Determinisms vai trīce starp ierīcēm parasti ir no 100 līdz 200 ns. |
| Viens saimnieks tiek izmantots ar vienu vai vairākiem vergiem. | Single/multi-master tiek izmantots ar vienu vai vairākiem vergiem. |
| Maksimālais attālums starp ierīcēm ir 100 metri. | Maksimālais attālums starp ierīcēm galvenokārt ir atkarīgs no autobusa ātruma. |
| Sakaru ports, ko izmanto kā sekundāro portu, ir USB. | Kā sekundārais sakaru ports tiek izmantots RS232. |
Ethercat Vs Modbus
Atšķirības starp EtherCAT un Modbus tiek apspriesti turpmāk.
|
EtherCAT |
Modbus |
| EtherCAT ir lauka kopnes sistēma, kuras pamatā ir Ethernet. | Modbus ir sērijas datu sakaru protokols |
| Tas izmanto apstrādi lidojuma režīmā. | Tas izmanto rakstzīmju sērijas sakaru līnijas. |
| EtherCAT pamatā ir galvenais un pakārtotais modelis. | Modbus ir balstīts uz pieprasījuma-atbildes modeli. |
| Tā atbalsta visas tīkla topoloģijas gandrīz. | Tas atbalsta tikai līniju un zvaigžņu topoloģijas. |
| Ethercat ir deterministisks. | Modbus nav deterministisks, jo tas ir balstīts uz TCP. |
Priekšrocības un trūkumi
Ethercat protokola priekšrocības ir šādas.
- EtherCAT ir izcila lauka kopne, ko izmanto kustības kontroles lietojumprogrammās.
- Tas ir pārbaudīts, lai optimizētu mašīnas veiktspēju, izmantojot elastīgo topoloģiju, deterministisko veiktspēju un dažādu funkciju kopumu.
- Tas vienkārši atbalsta visu CANopen saimi un Sercos piedziņas profilu. Tādējādi tas palīdz lietotājiem viegli sakārtot EtherCAT tīklus atbilstoši konkrētajam lietojumam, mainot iepriekš definētus pamatprofilus.
- Tā dublēšana ir iespējama arī, izmantojot gredzena topoloģiju. EtherCAT izmanto arī zvaigzni, koku, līniju un kopnes topoloģija .
- Šis protokols nodrošina lielu ātrumu, mazāku datu trafiku, mazākas aparatūras izmaksas un lielāku pulksteņa precizitātes un sinhronizācijas mehānismu, salīdzinot ar Ethernet.
- Šo tīkla ātrumu var arī pārvaldīt, jo datoriem var rasties problēmas ar labāku ciklu daudzumu, tādējādi optimizācija EtherCAT ietvaros ir sasniedzama.
- Tā atbalsta gandrīz visas topoloģijas, lai to varētu izmantot plašā lietojumprogrammu klāstā ar tipisku Ethernet zvaigznes topoloģijas slēdzi.
- Ethernet protokoli ir ļoti droši, izmantojiet vienkāršotus šablonus, datu vietas ir vairāk, un apstrāde notiek lidojumā.
Ethercat protokola trūkumi ir šādi.
- Galvenais EtherCAT trūkums ir tas, ka vergu ierīcēm ir jāievieto noteikta ASIC aparatūra, lai izpildītu EtherCAT. Tā datu modelis ir ārkārtīgi atšķirīgs un arī ļoti grūti saprotams.
Lietojumprogrammas
The EtherCAT lietojumprogrammas iekļaujiet tālāk norādīto.
- EtherCAT ir piemērojams dažādās jomās, pateicoties daudzām funkcijām, piemēram, izcilai veiktspējai, vienkāršībai, robustumam, pieejamībai, integrētai drošībai un elastīgai topoloģijai. To izmanto dažādās jomās, piemēram, darbgaldos, robotikā, iespiedmašīnās, presēs, spēkstacijās, apakšstacijās, izmēģinājumu stendos, metināšanas mašīnās, lauksaimniecības mašīnās, celtņos un liftos, vēja turbīnās, frēzmašīnās, savākšanas un novietošanas mašīnās, iepakošanas mašīnās, mērīšanas ierīcēs. sistēmas, dzelzs un tērauda rūpnīcas, papīra un celulozes iekārtas, skatuves vadības sistēmas, tuneļu kontroles sistēmas utt.
- To var izmantot iekārtu, medicīnas ierīču, mašīnu vadības, mobilo iekārtu, daudzu iegulto sistēmu un automašīnu mērīšanai.
- Tam ir ārkārtīgi augsta veiktspēja, tas ir vienkārši instalējams, un tas ir atvērts uz lietojumprogrammu slāņa balstītu protokolu, ko izmanto Ethernet lietojumprogrammās
- Šī ir reāllaika un atvērta sakaru sistēma, ko tik plaši izmanto automatizācijas ražošanā.
Tādējādi tas ir Ethercat pārskats – darbs ar aplikācijām. EtherCAT padara sistēmas un iekārtas vienkāršākas, ātrākas un rentablākas. Tas ir starptautisks IEC standarts, kas ne tikai nozīmē stabilitāti, bet arī atvērtību: līdz šim EtherCAT specifikācijas nekad nav mainītas, bet paplašinātas tikai saderīgi. EtherCAT tiek uzskatīta par 'Ethernet Fieldbus', jo tā apvieno Ethernet priekšrocības ar standarta Fieldbus sistēmu vienkāršību un novērš IT tehnoloģiju sarežģītību. Šeit jums ir jautājums, kas ir Ethernet?
