EtherCAT Nedir : Mimari, Çalışma ve Uygulamaları

EtherCAT ilk olarak büyük bir şirket tarafından geliştirildi. PLC'ler üretici, yani gerçek zamanlı kontrol sistemlerinde kullanılan Beckhoff Otomasyon & endüstriyel Otomasyon . Beckhoff Automation, 1980'lerde diğer arayüzler için bant genişliği sorununu ele almak için LightBus gibi kendi Fieldbus versiyonunu geliştirdi. Bu protokol üzerinde yapılan ekstra çalışmalar sonunda EtherCAT buluşuyla sonuçlandı. Beckhoff, 2003 yılında dünya çapında EtherCAT protokolünü başlattı. Daha sonra 2004 yılında EtherCAT Technology Group'un (ETG) haklarına katkıda bulundular. ETG'nin son derece aktif bir geliştiricisi ve bir kullanıcı grubu var. Bu makalede genel bir bakış tartışılmaktadır. Ethercat temelleri - uygulamalarla çalışma.

Ethercat nedir?

EtherCAT veya Ethernet Kontrol Otomasyon Teknolojisi, çok hızlı ve daha yetkin iletişim sağlamak için kullanılan Ethernet sistemine bağlı olan bir endüstriyel ağ sistemidir. Bu nedenle, EtherCAT, özel donanım ve yazılımla verileri işlemek için kullanılan çok hızlı bir ağdır. Bu ağ, ana bağımlı, tam çift yönlü yapılandırma kullanır. ağ topolojisi .

1000 I/O noktasının işlenmesi için geçen süre 30 saniyedir ve 100 bizde 100 servo eksen ile haberleşir. Servo eksenleri, verileri kontrol etmek ve gerçek durumu raporlamak için ayar değerleri alacaktır. Bu eksenler, basit bir IEEE 1588 sürümü olan ve titreşimi 1 us'un altına indiren dağıtılmış bir saat yöntemiyle senkronize edilir. EtherCAT hızlı çıktı sağlar çünkü mesajlar bir sonraki bağımlıya taşınmadan önce donanım içinde işlenir.

EtherCAT Mimarisi

Ortama erişimi kontrol etmek için master/slave ilkesini kullanan EtherCAT ağ mimarisi aşağıda gösterilmiştir. Bu mimaride, EtherCAT master normalde tipik bir Ethernet portunu ve ayrıca ENI (EtherCAT Network Information) dosyası içinde saklanan ağ yapılandırma bilgilerini kullanan kontrol sistemidir.

EtherCAT Ağ Bilgi dosyası, tüccarlar tarafından her bir cihaz için verilen ESI (EtherCAT SlaveInformation) dosyalarına dayalı olarak basitçe oluşturulur. Burada, ana düğüm çerçeveleri, bu çerçevelerden veri ekleyebilen ve çıkarabilen bağımlı düğümlere iletir. Bağımlı cihazlar, bir EtherCAT master aracılığıyla iletişim kurmak için Ethernet portlarını içeren EPOS3 motor sürücüleri gibi düğümlerdir. Burada EtherCAT master, master ve farklı slave'ler arasındaki veri iletişimini sürdürmek için kullanılan bir bilgisayar cihazıdır.

EtherCAT Nasıl Çalışır?

EtherCAT, genellikle tek bir çerçevenin tüm düğümlerden ve düğümlere kontrol verilerini iletmek ve almak için yeterli olduğu yüksek performanslı çalışma modu aracılığıyla Endüstriyel Ethernet'in tipik hatalarının üstesinden gelmek için kullanılır. EtherCAT protokolü bir Ethernet'in fiziksel katmanı üzerine inşa edilmiştir, ancak EtherCAT, TCP/IP kullanmak yerine anında iletişim olarak da adlandırılan aktarım ve mesaj yönlendirme için anında işleme yaklaşımını kullanır.

EtherCAT master ve slave konfigürasyonları aşağıda gösterilmiştir. Bu konfigürasyonda, Ethercat'in yöneticisi, düğüm olarak da adlandırılan her köle boyunca bir veri paketi (telgraf) iletir.
Ana EtherCAT özelliği, yukarıdaki konfigürasyondaki bağımlı birimlerin okuyabilmesidir, aksi takdirde telgraftan gerekli olan ilgili verileri kolayca çıkarabilir ve ikinci düğüme veya köleye geçmeden önce telgrafa bilgi ekleyebilir. Böylece, telgraf bağlı tüm köleler boyunca hareket eder ve bundan sonra efendiye geri döner.

EtherCAT protokolü, ana cihazdan ağa bağlı tüm bağımlı birimlere bir telgraf gönderir. Ağdaki her bağımlı, o bağımlı için geçerli olan verileri okuyabilir ve ikinci düğüme geçmeden önce telgrafa veri ekleyebilir.

Veri okuma ve yazma, EtherCAT'in her bağımlı birimindeki özel bir ASIC aracılığıyla basitçe etkinleştirilir. Bu yaklaşımda, her köle prosedüre minimum bir gecikme getirecektir ve çarpışmalar mümkün değildir.

EtherCAT protokolü, birkaç eksen arasında senkronizasyon sağlamak için ekstra donanıma gerek duymadan, senkronize ve çok eksenli hareket kontrolü ile uyumlu, gerçek zamanlı ve deterministik iletişim sağlar.

Hata Toleransı

EtherCAT'in ana ve bağımlı konfigürasyonunda, son düğümün çıkışı ana ile bağlantılı değilse, veriler EtherCAT protokolü aracılığıyla otomatik olarak başka bir yöne döndürülür. Böylece, zaman damgası korunur.

Yukarıdaki konfigürasyondaki her düğüm, verileri alındıktan sonra zaman damgası atar ve bundan sonra, ikinci düğüme ilettiğinde tekrar damgalar. Sonuç olarak, master farklı düğümlerden verileri geri aldığında, her bir düğümün gecikmesini kolayca belirler. Master'dan veri iletimi, EtherCAT'i çok daha belirleyici ve doğru hale getirmek için her düğümden bir I/O zaman damgası alır.

Hata toleransı, EtherCAT ağlarının yukarıdaki şemada gösterildiği gibi bir halka ağına bağlanması gerekmediği anlamına gelir, ancak ağaç topolojisi, hat topolojisi, halka topolojisi, yıldız topolojisi ve ayrıca farklı şekillerde bağlanabilir. kombinasyonlar.

Tabii ki, köleler ve efendi arasında bir bağlantı şeridi olmalı. Ağ topolojisi oldukça esnek olmasına ve hataları mükemmel bir düzeyde tolere etmesine rağmen, bunları bir kez çıkardığınızda çalışamazlar.

EtherCAT sistemlerinde, Ethernet'te bulduğumuz gibi anahtarlar gerekli değildir. 100 metreye kadar düğümler arasındaki kablo uzunlukları elde edilebilir. Bükümlü çift bakır kablolardaki düşük voltajlı diferansiyel sinyal, çok daha az güç tüketimi ile maksimum hızlarda çalışır. Bu nedenle, hızı artırmak ve cihazlar arasında galvanik izolasyon eklemek için fiber optik kabloların (FOC'ler) kullanılması da mümkündür.

EtherCAT, iki düğüm arasında 100 m'ye kadar menzile sahip Ethernet Kablosu kullanır. Ayrıca protokol, tek bir kablo üzerinden veri iletimi ve güç sağlar. Bu tür bir bağlantı, sensörler gibi farklı cihazları tek bir hatta bağlamak için kullanılır. Düğümün mesafesi 100m'nin üzerinde ise Fiber Optik Kablo 100BASE-FX gibi kullanılır. EtherCAT için, eksiksiz Ethernet kablolama aralığı da mevcuttur.

EtherCAT Çerçevesi

EtherCAT protokolü, minimum bir veya daha fazla datagram içeren tipik bir Ethernet çerçevesi kullanır. Bu çerçevede, datagram başlığı, ana cihazın ne tür bir giriş yapmak istediğini belirtecektir:

• Oku, yaz, oku-yaz.
• Doğrudan adresleme yoluyla belirli bir bağımlı cihaza giriş hakkı veya mantıksal adresleme yoluyla çeşitli bağımlı cihazlara giriş hakkı.

Mantıksal adresleme, her Datagram'ın EtherCAT protokolünün segmenti içindeki proses görüntüsünün tam bir kısmını adreslediği döngüsel veri alışverişi süreci için kullanılır.

Her bağımlı cihaz, kurulan ağ boyunca bu global adres alanında bir veya daha fazla adresle tahsis edilir. Tek bir Datagram, benzer bir bölge içinde birden fazla bağımlı cihaza adres tahsis edilmişse düşünülebilir.

EtherCAT'de Datagramlar, veri erişimi ile ilgili bilgileri içerir, böylece ana cihaz, verilere ne zaman erişeceğine karar verir.

Protokol Güvenliği

Şu anda güvenlik, veri aktarımı ve iletişim için otomasyon alanında bile ana özelliklerden biridir. Bu nedenle, EtherCAT, verilerin hem güvenliği hem de kontrolü için tek bir iletişim sistemine izin vererek güvenlik amacıyla Güvenlik protokolünü kullanır. Bu güvenlik özelliği ayrıca verileri esnek bir şekilde değiştirir ve güvenlik sistemi mimarisini vb. genişletir.

EtherCAT protokolünün güvenlik teknolojisi TÜV sertifikalıdır ve IEC 61508'e göre geliştirilmiştir ve IEC 61784-3 ile aynıdır. Bu protokol, SIL 3'e eşit bir Güvenlik Bütünlüğü Seviyesi aracılığıyla güvenlik uygulamalarında geçerlidir.

Ethercat'e Karşı Ethernet

EtherCAT ve Ethernet arasındaki farklar aşağıda tartışılmaktadır.

Ethercat vs Profinet

EtherCAT ve Profinet arasındaki farklar aşağıda tartışılmaktadır.

Ethercat ve CANopen

EtherCAT ve CANopen arasındaki farklar aşağıda tartışılmaktadır.

Ethercat ve Modbus

EtherCAT ve arasındaki farklar Modbus aşağıda tartışılmaktadır.

Avantajlar ve dezavantajlar

Ethercat protokolü avantajları aşağıdakileri içerir.

• EtherCAT, hareket kontrol uygulamalarında kullanılan olağanüstü bir Fieldbus'tır.
• Esnek topolojisi, deterministik performansı ve farklı özellikler dizisi aracılığıyla makine performansını optimize ettiği doğrulanmıştır.
• Tüm CANopen ailesini ve Sercos'un sürücü profilini destekler. Bu, kullanıcıların önceden tanımlanmış temel profilleri değiştirerek EtherCAT ağlarını tam uygulamaya kolayca düzenlemelerine yardımcı olur.
• Bir halka topolojisi kullanarak yedekliliği de mümkündür.EtherCAT ayrıca yıldız, ağaç, çizgi ve Otobüs topolojisi .
• Bu protokol, Ethernet'e kıyasla yüksek hız, daha az veri trafiği, daha az donanım maliyeti ve saatin daha hassas ve senkronizasyon mekanizmasını sağlar.
• Bu ağ hızı da yönetilebilir çünkü bilgisayarlar daha iyi sayıda döngüyü idare etmekte zorlanabilirler, bu nedenle EtherCAT içindeki optimizasyon elde edilebilir.
• Tipik Ethernet yıldız topolojisi tabanlı anahtar ile çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilmesi için neredeyse tüm topolojileri destekler.
• Ethernet protokolleri çok güvenlidir, basitleştirilmiş master'lar kullanır, veri alanı daha fazladır ve İşleme anındadır.

Ethercat protokolü dezavantajları aşağıdakileri içerir.

• EtherCAT'in ana dezavantajı, bağımlı cihazların EtherCAT'i yürütmek için belirli bir ASIC donanımı eklemesini gerektirmesidir. Veri modeli son derece farklı ve anlaşılması da çok zor.

Uygulamalar

bu EtherCAT uygulamaları aşağıdakileri içerir.

• EtherCAT, mükemmel performans, basitlik, sağlamlık, satın alınabilirlik, entegre güvenlik ve esnek topoloji gibi birçok özelliği nedeniyle farklı alanlarda uygulanabilir. Takım tezgahları, Robotik, Baskı presleri, Presler, Enerji santralleri, Trafo Merkezleri, Test tezgahları, Kaynak makineleri, Tarım makineleri, Vinçler ve asansörler, Rüzgar türbinleri, Freze makineleri, Alma ve Yerleştirme Makineleri, Paketleme makineleri, Ölçüm gibi farklı alanlarda kullanılmaktadır. sistemleri, Demir-çelik işleri, Kağıt ve Kağıt Hamuru makineleri, Sahne kontrol sistemleri, Tünel kontrol sistemleri vb.
• Ekipman, tıbbi cihazlar, makine kontrolü, mobil makineler, çok sayıda gömülü sistem ve otomobil ölçümünde uygulanabilir.
• Son derece yüksek performansa sahiptir, kurulumu kolaydır ve Ethernet uygulamalarında kullanılan açık uygulama katmanı tabanlı protokol
• Bu, otomasyon üretiminde çok yaygın olarak kullanılan gerçek zamanlı ve açık bir iletişim sistemidir.

Böylece, bu Ethercat'e genel bakış - uygulamalarla çalışma. EtherCAT, sistemleri ve makineleri daha basit, daha hızlı ve daha uygun maliyetli hale getirir. Bu, yalnızca istikrarı değil, aynı zamanda açıklığı da temsil eden uluslararası bir IEC standardıdır: şimdiye kadar, EtherCAT özellikleri hiç değiştirilmedi, yalnızca uyumlu bir şekilde genişletildi. EtherCAT, Ethernet avantajlarını standart Fieldbus sistemlerinin basitliği ile birleştirdiği ve BT teknolojilerinin karmaşıklığını ortadan kaldırdığı için “Ethernet Fieldbus” olarak kabul edilir. İşte size bir soru, Ethernet nedir?