Nel campo dell'automazione industriale, la tecnologia EtherCAT sta ridefinendo gli approcci tradizionali alla comunicazione industriale con le sue prestazioni e flessibilità superiori. Essendo una tecnologia Ethernet industriale avanzata, EtherCAT non solo offre rapide capacità di elaborazione dei dati, ma apporta anche vantaggi significativi nell'integrazione del sistema e nella diagnostica dei guasti.

Cos'è EtherCAT?

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) è una tecnologia Ethernet industriale inventata da Beckhoff. Rivoluziona il modo in cui macchine e sistemi sono collegati migliorando velocità, semplicità ed efficienza in termini di costi. EtherCAT viene spesso definito "bus di campo Ethernet" perché unisce le capacità di trasferimento dati ad alta velocità di Ethernet con la semplicità dei tradizionali sistemi di bus di campo, il tutto evitando la complessità tipica delle tecnologie IT. Gli standard aperti gestiti dall'EtherCAT Technology Group (ETG), fondato nel 2003, ne garantiscono l'accessibilità e un'ampia adozione.

Come funziona EtherCAT?

Il principio operativo di EtherCAT è allo stesso tempo efficiente e ingegnoso:

• Trasmissione dati: un master EtherCAT invia un frame di dati (telegramma) che passa attraverso ciascun nodo (dispositivo slave) in sequenza.
• Elaborazione al volo: ciascun dispositivo slave legge ed elabora i dati a lui indirizzati direttamente dal frame mentre passa e contemporaneamente reinserisce i dati di risposta nel telaio.
• Ritardo minimo: il frame è soggetto solo ai tempi di ritardo di propagazione dell'hardware. L'approccio esclusivo dell'elaborazione al volo riduce al minimo i ritardi tipicamente associati all'elaborazione sequenziale dei dati nei sistemi fieldbus tradizionali.
• Comunicazione di ritorno: l'ultimo nodo nella configurazione di rete rileva una porta aperta e riflette il telegramma al master, sfruttando le funzionalità full duplex di Ethernet.

Vantaggi di EtherCAT

Comunicazione in tempo reale

EtherCAT si distingue come la tecnologia Industrial Ethernet più veloce disponibile, offrendo una precisione nell'ordine dei nanosecondi per la sincronizzazione. Questa tempistica precisa è fondamentale per le applicazioni in cui il controllo o la misurazione dei sistemi tramite il sistema bus è integrale. I tempi di risposta rapidi riducono i ritardi transitori tra le fasi del processo, aumentando così l’efficienza complessiva dell’applicazione.

Topologia flessibile

EtherCAT supporta quasi tutte le configurazioni topologiche, comprese le configurazioni a linea, ad albero, a stella o a margherita senza gli switch o gli hub in cascata tipicamente richiesti da altre reti. Questa flessibilità facilita la progettazione di architetture di rete complesse utilizzando cavi Ethernet industriali standard economici.

Diagnostica e localizzazione degli errori

Ogni nodo all'interno di una rete EtherCAT è in grado di verificare l'integrità della comunicazione con meccanismi di controllo degli errori integrati:

• Rilevamento errori: se si verifica un bit errore, viene registrato e comunicato attraverso la rete, avvisando i nodi successivi e il master del frame corrotto.
• Localizzazione precisa degli errori: il master può identificare dove ha avuto origine esattamente l'errore analizzando i contatori di errori gestiti da ciascun nodo. Questa capacità supera significativamente le prestazioni dei tradizionali sistemi di bus di campo, dove la localizzazione degli errori può essere complessa e richiedere molto tempo.

Sincronizzazione ad alta precisione

Per le applicazioni che coinvolgono processi distribuiti spazialmente che richiedono azioni simultanee (ad esempio, movimenti coordinati su più servoassi), EtherCAT fornisce una sincronizzazione eccezionalmente accurata. A differenza dei sistemi di comunicazione puramente sincroni, che possono degradarsi in caso di errori di comunicazione, i clock distribuiti di EtherCAT mantengono un'elevata tolleranza al jitter, garantendo un funzionamento affidabile e coerente.

Bus e trasmissione punto-punto

Nella moderna automazione industriale, la scelta tra i metodi di trasmissione bus (rete) e punto-punto (impulsi) può influenzare notevolmente l’efficienza e l’affidabilità delle operazioni.

Vantaggi della trasmissione su autobus

• Velocità: la trasmissione del segnale tramite cavi Ethernet consente un'elaborazione e una ricezione dei dati più rapida.
• Resistenza alle interferenze: offre migliore stabilità e resistenza alle interferenze.
• Semplicità: processi di cablaggio semplificati facilitano la gestione.
• Scalabilità: supporta teoricamente un numero illimitato di dispositivi, adatti ad ambienti di rete su larga scala.

Limitazioni della trasmissione punto a punto

• Cablaggio complesso: implica connessioni multiple e più complesse tramite porte I/O hardware.
• Elaborazione più lenta: generalmente più lenta nella ricezione ed elaborazione dei segnali.
• Suscettibilità alle interferenze: più incline alle interferenze elettromagnetiche, con conseguente minore stabilità.
• Perdita di dati: maggiore probabilità di perdere dati, non adatto per applicazioni ad alta affidabilità.
• Espansione limitata: Numero limitato di assi motore, non adatto per espansioni su larga scala.

Date queste differenze, la tecnologia bus, in particolare EtherCAT, è ampiamente adottata in ambienti industriali che richiedono una gestione rapida dei dati ed elevata stabilità. I sistemi punto a punto possono essere più adatti per scale o ambienti più piccoli in cui i requisiti in tempo reale non sono così critici. Ciò rende EtherCAT una soluzione efficiente per le esigenze avanzate di automazione industriale, fornendo una dorsale di comunicazione affidabile e flessibile per macchinari e sistemi moderni.