Op het gebied van industriële automatisering herdefinieert EtherCAT-technologie traditionele benaderingen van industriële communicatie met zijn superieure prestaties en flexibiliteit. Als geavanceerde industriële Ethernet-technologie biedt EtherCAT niet alleen snelle gegevensverwerkingsmogelijkheden, maar brengt het ook aanzienlijke voordelen met zich mee op het gebied van systeemintegratie en foutdiagnostiek.

Wat is EtherCAT?

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) is een industriële Ethernet-technologie uitgevonden door Beckhoff. Het zorgt voor een revolutie in de manier waarop machines en systemen met elkaar zijn verbonden door de snelheid, eenvoud en kosteneffectiviteit te verbeteren. EtherCAT wordt vaak de "Ethernet-veldbus" genoemd omdat het de snelle gegevensoverdrachtmogelijkheden van Ethernet combineert met de eenvoud van traditionele veldbussystemen, terwijl de complexiteit die typisch is voor IT-technologieën wordt vermeden. De open standaarden beheerd door de EtherCAT Technology Group (ETG), opgericht in 2003, zorgen voor de toegankelijkheid en brede acceptatie ervan.

Hoe werkt EtherCAT?

Het werkingsprincipe van EtherCAT is zowel efficiënt als ingenieus:

• Gegevensoverdracht: een EtherCAT-master verzendt een dataframe (telegram) dat opeenvolgend door elk knooppunt (slave-apparaat) gaat.
• On-the-fly verwerking: elk slave-apparaat leest en verwerkt de gegevens die aan het slave-apparaat zijn geadresseerd rechtstreeks vanuit het frame terwijl het voorbijgaat en voegt tegelijkertijd responsgegevens terug in het kader.
• Minimale vertraging: het frame is alleen onderworpen aan de hardwarepropagatievertragingstijden. De unieke benadering van 'on the fly' verwerking minimaliseert vertragingen die doorgaans gepaard gaan met sequentiële gegevensverwerking in traditionele veldbussystemen.
• Retourcommunicatie: het laatste knooppunt in de netwerkconfiguratie detecteert een open poort en reflecteert het telegram terug naar de master, waarbij gebruik wordt gemaakt van de full-duplexmogelijkheden van Ethernet.

Voordelen van EtherCAT

Realtime communicatie

EtherCAT onderscheidt zich als de snelste industriële Ethernet-technologie die beschikbaar is en biedt nanosecondennauwkeurigheid voor synchronisatie. Deze nauwkeurige timing is cruciaal voor toepassingen waarbij de besturing of meting van systemen via het bussysteem een ​​integraal onderdeel is. De snelle responstijden verminderen de overgangsvertragingen tussen processtappen, waardoor de algehele applicatie-efficiëntie wordt vergroot.

Flexibele topologie

EtherCAT ondersteunt vrijwel elke topologieconfiguratie, inclusief lijn-, boom-, ster- of serieschakelingopstellingen zonder de trapsgewijze schakelaars of hubs die normaal gesproken vereist zijn voor andere netwerken. Deze flexibiliteit vergemakkelijkt het ontwerp van complexe netwerkarchitecturen terwijl gebruik wordt gemaakt van kosteneffectieve standaard industriële Ethernet-kabels.

Diagnostiek en foutlokalisatie

Elk knooppunt binnen een EtherCAT-netwerk kan de integriteit van de communicatie controleren met ingebouwde foutcontrolemechanismen:

• Foutdetectie: Als er een bitfout optreedt, wordt deze geregistreerd en via het netwerk gecommuniceerd, waarbij volgende knooppunten en de master worden gewaarschuwd over het corrupte frame.
• Precieze foutlokalisatie: De master kan identificeren waar de fout precies is ontstaan ​​door de fouttellers te analyseren die door elk knooppunt worden bijgehouden. Deze mogelijkheid presteert aanzienlijk beter dan traditionele veldbussystemen, waarbij het lokaliseren van fouten een uitdaging en tijdrovend kan zijn.

Uiterst nauwkeurige synchronisatie

Voor toepassingen waarbij ruimtelijk verdeelde processen betrokken zijn die gelijktijdige acties vereisen (bijvoorbeeld gecoördineerde bewegingen over meerdere servo-assen), biedt EtherCAT uitzonderlijk nauwkeurige synchronisatie. In tegenstelling tot puur synchrone communicatiesystemen, die bij communicatiefouten kunnen verslechteren, behouden de gedistribueerde klokken van EtherCAT een hoge tolerantie tegen jitter, waardoor een betrouwbare en consistente werking wordt gegarandeerd.

Bus versus punt-tot-punt-transmissie

In de moderne industriële automatisering kan de keuze tussen bus- (netwerk) en punt-tot-punt- (puls) transmissiemethoden de efficiëntie en betrouwbaarheid van de bedrijfsvoering sterk beïnvloeden.

Voordelen van bustransmissie

• Snelheid: Signaaloverdracht via Ethernet-kabels zorgt voor snellere gegevensverwerking en ontvangst.
• Interferentieweerstand: Biedt betere stabiliteit en weerstand tegen interferentie.
• Eenvoud: Vereenvoudigde bedradingsprocessen maken het beheer eenvoudiger.
• Schaalbaarheid: ondersteunt theoretisch een onbeperkt aantal apparaten, geschikt voor grootschalige netwerkomgevingen.

Beperkingen van point-to-point-transmissie

• Complexe bedrading: omvat meerdere en complexere verbindingen via hardware I/O-poorten.
• Langzamere verwerking: over het algemeen langzamer bij het ontvangen en verwerken van signalen.
• Gevoeligheid voor interferentie: Meer vatbaar voor elektromagnetische interferentie, wat leidt tot minder stabiliteit.
• Gegevensverlies: Grotere kans op gegevensverlies, niet geschikt voor toepassingen met hoge betrouwbaarheid.
• Beperkte uitbreiding: Beperkt aantal motorassen, niet geschikt voor grootschalige uitbreidingen.

Gezien deze verschillen wordt bustechnologie, en met name EtherCAT, algemeen toegepast in industriële omgevingen die snelle gegevensverwerking en hoge stabiliteit vereisen. Point-to-point-systemen zijn mogelijk geschikter voor kleinere schaal of omgevingen waar realtime vereisten niet zo kritisch zijn. Dit maakt EtherCAT een efficiënte oplossing voor geavanceerde industriële automatiseringsbehoeften en biedt een betrouwbare en flexibele communicatie-backbone voor moderne machines en systemen.