W dziedzinie automatyki przemysłowej technologia EtherCAT na nowo definiuje tradycyjne podejście do komunikacji przemysłowej dzięki swojej doskonałej wydajności i elastyczności. Jako zaawansowana technologia Ethernetu przemysłowego, EtherCAT oferuje nie tylko możliwości szybkiego przetwarzania danych, ale także zapewnia znaczne korzyści w integracji systemów i diagnostyce usterek.

Co to jest EtherCAT?

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) to przemysłowa technologia Ethernet wynaleziona przez firmę Beckhoff. Rewolucjonizuje sposób łączenia maszyn i systemów, zwiększając szybkość, prostotę i opłacalność. EtherCAT jest często nazywany „siecią polową Ethernet”, ponieważ łączy w sobie możliwości szybkiego przesyłania danych w sieci Ethernet z prostotą tradycyjnych systemów magistrali polowej, a jednocześnie pozwala uniknąć złożoności typowej dla technologii informatycznych. Otwarte standardy zarządzane przez założoną w 2003 roku Grupę Technologiczną EtherCAT (ETG) zapewniają jej dostępność i szerokie zastosowanie.

Jak działa EtherCAT?

Zasada działania EtherCAT jest zarówno wydajna, jak i genialna:

• Transmisja danych: Master EtherCAT wysyła ramkę danych (telegram), która przechodzi sekwencyjnie przez każdy węzeł (urządzenie podrzędne).
• Przetwarzanie w locie: każde urządzenie podrzędne odczytuje i przetwarza adresowane do niego dane bezpośrednio z przechodzącej ramki i jednocześnie wstawia dane odpowiedzi z powrotem do rama.
• Minimalne opóźnienie: ramka podlega wyłącznie sprzętowym czasom opóźnienia propagacji. Unikalne podejście do przetwarzania w locie minimalizuje opóźnienia zwykle związane z sekwencyjnym przetwarzaniem danych w tradycyjnych systemach magistrali polowej.
• Komunikacja zwrotna: Ostatni węzeł w konfiguracji sieci wykrywa otwarty port i przesyła telegram z powrotem do urządzenia głównego, wykorzystując możliwości pełnego dupleksu Ethernetu.

Zalety EtherCAT

Komunikacja w czasie rzeczywistym

EtherCAT wyróżnia się jako najszybsza dostępna technologia Ethernetu przemysłowego, oferująca synchronizację z dokładnością do nanosekundy. Ta precyzyjna synchronizacja ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach, w których sterowanie lub pomiary systemów za pośrednictwem systemu magistrali są integralne. Krótkie czasy reakcji zmniejszają opóźnienia przejściowe pomiędzy etapami procesu, zwiększając w ten sposób ogólną wydajność aplikacji.

Elastyczna topologia

EtherCAT obsługuje niemal każdą konfigurację topologii, w tym konfiguracje liniowe, drzewiaste, w gwiazdę lub łańcuchowe, bez kaskadowych przełączników lub koncentratorów zwykle wymaganych w innych sieciach. Ta elastyczność ułatwia projektowanie złożonych architektur sieciowych przy użyciu ekonomicznych standardowych kabli przemysłowych Ethernet.

Diagnostyka i lokalizacja błędów

Każdy węzeł w sieci EtherCAT jest w stanie sprawdzić integralność komunikacji za pomocą wbudowanych mechanizmów sprawdzania błędów:

• Wykrywanie błędów: Jeśli wystąpi błąd bitowy, jest on rejestrowany i przesyłany w sieci, ostrzegając kolejne węzły i urządzenie główne o uszkodzonej ramce.
• Precyzyjna lokalizacja usterek: Master może dokładnie określić, gdzie dokładnie powstała usterka, analizując liczniki błędów obsługiwane przez każdy węzeł. Ta funkcja znacznie przewyższa tradycyjne systemy magistrali polowej, w których lokalizacja błędów może być trudna i czasochłonna.

Synchronizacja o wysokiej precyzji

W przypadku zastosowań obejmujących procesy rozproszone przestrzennie, wymagające równoczesnych działań (np. skoordynowanych ruchów na wielu osiach serwo), EtherCAT zapewnia wyjątkowo dokładną synchronizację. W przeciwieństwie do czysto synchronicznych systemów komunikacyjnych, które mogą ulegać degradacji w wyniku błędów komunikacyjnych, rozproszone zegary EtherCAT zachowują wysoką tolerancję na jitter, zapewniając niezawodne i spójne działanie.

Transmisja autobusowa a transmisja punkt-punkt

We współczesnej automatyce przemysłowej wybór pomiędzy metodą transmisji magistrali (sieciowej) a metodą transmisji punkt-punkt (impuls) może znacząco wpłynąć na wydajność i niezawodność operacji.

Zalety transmisji autobusowej

• Prędkość: transmisja sygnału za pomocą kabli Ethernet pozwala na szybsze przetwarzanie i odbiór danych.
• Odporność na zakłócenia: zapewnia lepszą stabilność i odporność na zakłócenia.
• Prostota: uproszczone procesy okablowania ułatwiają zarządzanie.
• Skalowalność: teoretycznie obsługuje nieograniczoną liczbę urządzeń, odpowiednią dla dużych środowisk sieciowych.

Ograniczenia transmisji punkt-punkt

• Złożone okablowanie: obejmuje wiele bardziej złożonych połączeń za pośrednictwem sprzętowych portów we/wy.
• Wolniejsze przetwarzanie: Generalnie wolniejsze odbieranie i przetwarzanie sygnałów.
• Podatność na zakłócenia: Większa podatność na zakłócenia elektromagnetyczne, co prowadzi do mniejszej stabilności.
• Utrata danych: Ryzyko utraty danych jest większe, nie nadaje się do zastosowań o wysokiej niezawodności.
• Ograniczona rozbudowa: ograniczona liczba osi silnika, nieodpowiednia do rozbudowy na dużą skalę.

Biorąc pod uwagę te różnice, technologia magistrali, w szczególności EtherCAT, jest powszechnie stosowana w środowiskach przemysłowych, które wymagają szybkiej obsługi danych i wysokiej stabilności. Systemy punkt-punkt mogą być bardziej odpowiednie w przypadku mniejszych skal lub środowisk, w których wymagania czasu rzeczywistego nie są tak krytyczne. To sprawia, że ​​EtherCAT jest wydajnym rozwiązaniem dla zaawansowanych potrzeb automatyki przemysłowej, zapewniającym niezawodny i elastyczny szkielet komunikacyjny dla nowoczesnych maszyn i systemów.