V oblasti průmyslové automatizace technologie EtherCAT nově definuje tradiční přístupy k průmyslové komunikaci se svým vynikajícím výkonem a flexibilitou. Jako pokročilá technologie průmyslového Ethernetu nabízí EtherCAT nejen možnosti rychlého zpracování dat, ale přináší také významné výhody v systémové integraci a diagnostice poruch.

Co je EtherCAT?

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) je průmyslová ethernetová technologie vynalezená společností Beckhoff. Přináší revoluci ve způsobu propojení strojů a systémů zvýšením rychlosti, jednoduchosti a hospodárnosti. EtherCAT je často označován jako „ethernetová fieldbus“, protože spojuje možnosti vysokorychlostního přenosu dat Ethernetu s přímočarostí tradičních fieldbus systémů, a to vše při omezování složitosti typické pro IT technologie. Otevřené standardy spravované technologickou skupinou EtherCAT (ETG), založenou v roce 2003, zajišťují její dostupnost a široké přijetí.

Jak EtherCAT funguje?

Princip fungování EtherCAT je účinný a důmyslný:

• Přenos dat: Master EtherCAT odesílá datový rámec (telegram), který postupně prochází každým uzlem (podřízeným zařízením).
• Průběžné zpracování: Každé podřízené zařízení čte a zpracovává data, která jsou mu adresována, přímo z rámce, když prochází kolem, a současně vkládá data odezvy zpět do rám.
• Minimální zpoždění: Rámec podléhá pouze dobám zpoždění šíření hardwaru. Jedinečný přístup zpracování za chodu minimalizuje zpoždění typicky spojená se sekvenčním zpracováním dat v tradičních fieldbus systémech.
• Zpětná komunikace: Poslední uzel v konfiguraci sítě detekuje otevřený port a odráží telegram zpět na hlavní zařízení, přičemž využívá plně duplexní možnosti Ethernetu.

Výhody EtherCAT

Komunikace v reálném čase

EtherCAT vyniká jako nejrychlejší dostupná technologie průmyslového Ethernetu a nabízí nanosekundovou přesnost pro synchronizaci. Toto přesné časování je klíčové pro aplikace, kde je nedílnou součástí řízení nebo měření systémů přes sběrnicový systém. Rychlé doby odezvy snižují přechodné zpoždění mezi kroky procesu, čímž zvyšují celkovou efektivitu aplikace.

Flexibilní topologie

EtherCAT podporuje téměř libovolnou konfiguraci topologie včetně liniových, stromových, hvězdicových nebo řetězových nastavení bez kaskádových přepínačů nebo rozbočovačů, které jsou obvykle vyžadovány jinými sítěmi. Tato flexibilita usnadňuje návrh komplexních síťových architektur při použití cenově výhodných standardních kabelů průmyslového Ethernetu.

Diagnostika a lokalizace chyb

Každý uzel v síti EtherCAT je schopen kontrolovat integritu komunikace pomocí vestavěných mechanismů kontroly chyb:

• Detekce chyb: Pokud dojde k bitové chybě, je zaprotokolována a komunikována po síti a upozorní následující uzly a master na poškozený rámec.
• Přesná lokalizace chyb: Master dokáže určit, kde přesně chyba vznikla, pomocí analýzy čítačů chyb spravovaných každým uzlem. Tato schopnost výrazně předčí tradiční systémy fieldbus, kde může být lokalizace chyb náročná a časově náročná.

Vysoce přesná synchronizace

Pro aplikace, které zahrnují prostorově rozložené procesy vyžadující simultánní akce (např. koordinované pohyby napříč více servoosami), poskytuje EtherCAT výjimečně přesnou synchronizaci. Na rozdíl od čistě synchronních komunikačních systémů, které se mohou při komunikačních chybách zhoršit, si distribuované hodiny EtherCAT udržují vysokou toleranci vůči jitteru, což zajišťuje spolehlivý a konzistentní provoz.

Autobus vs. přenos z bodu do bodu

V moderní průmyslové automatizaci může volba mezi sběrnicovým (síťovým) a dvoubodovým (pulsním) způsobem přenosu značně ovlivnit efektivitu a spolehlivost provozu.

Výhody autobusové dopravy

• Rychlost: Přenos signálu přes ethernetové kabely umožňuje rychlejší zpracování a příjem dat.
• Odolnost proti rušení: Nabízí lepší stabilitu a odolnost proti rušení.
• Jednoduchost: Zjednodušené procesy zapojení usnadňují správu.
• Škálovatelnost: Teoreticky podporuje neomezený počet zařízení, vhodná pro rozsáhlá síťová prostředí.

Omezení přenosu z bodu do bodu

• Komplexní kabeláž: Zahrnuje vícenásobná a složitější připojení prostřednictvím hardwarových I/O portů.
• Pomalejší zpracování: Obecně pomalejší příjem a zpracování signálů.
• Citlivost na rušení: Náchylnější k elektromagnetickému rušení, což vede k menší stabilitě.
• Ztráta dat: Vyšší pravděpodobnost ztráty dat, nevhodné pro vysoce spolehlivé aplikace.
• Omezené rozšíření: Omezený počet os motoru, nevhodné pro rozsáhlá rozšíření.

Vzhledem k těmto rozdílům je sběrnicová technologie, zejména EtherCAT, široce přijímána v průmyslových prostředích, která vyžadují rychlé zpracování dat a vysokou stabilitu. Point-to-point systémy mohou být vhodnější pro menší měřítka nebo prostředí, kde požadavky v reálném čase nejsou tak kritické. Díky tomu je EtherCAT efektivním řešením pro potřeby pokročilé průmyslové automatizace a poskytuje spolehlivou a flexibilní komunikační páteř pro moderní stroje a systémy.