No campo da automação industrial, a tecnologia EtherCAT está redefinindo as abordagens tradicionais de comunicação industrial com seu desempenho e flexibilidade superiores. Como uma tecnologia Ethernet industrial avançada, o EtherCAT não só oferece recursos rápidos de processamento de dados, mas também traz vantagens significativas na integração de sistemas e diagnóstico de falhas.

O que é EtherCAT?

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) é uma tecnologia Ethernet industrial inventada pela Beckhoff. Ele revoluciona a forma como máquinas e sistemas são conectados, aumentando a velocidade, a simplicidade e a economia. O EtherCAT é frequentemente chamado de “fieldbus Ethernet” porque combina os recursos de transferência de dados de alta velocidade da Ethernet com a simplicidade dos sistemas fieldbus tradicionais, evitando ao mesmo tempo a complexidade típica das tecnologias de TI. Os padrões abertos gerenciados pelo EtherCAT Technology Group (ETG), criado em 2003, garantem sua acessibilidade e ampla adoção.

Como funciona o EtherCAT?

O princípio operacional do EtherCAT é eficiente e engenhoso:

• Transmissão de dados: Um mestre EtherCAT envia um quadro de dados (telegrama) que passa por cada nó (dispositivo escravo) sequencialmente.
• Processamento on-the-fly: Cada dispositivo escravo lê e processa os dados endereçados a ele diretamente do quadro à medida que ele passa e simultaneamente insere os dados de resposta de volta no quadro.
• Atraso Mínimo: O quadro está sujeito apenas aos tempos de atraso de propagação do hardware. A abordagem exclusiva de processamento dinâmico minimiza atrasos normalmente associados ao processamento sequencial de dados em sistemas fieldbus tradicionais.
• Comunicação de retorno: o último nó na configuração da rede detecta uma porta aberta e reflete o telegrama de volta ao mestre, aproveitando os recursos full duplex da Ethernet.

Vantagens do EtherCAT

Comunicação em tempo real

EtherCAT se destaca como a tecnologia Ethernet Industrial mais rápida disponível, oferecendo precisão de nanossegundos para sincronização. Esta temporização precisa é crucial para aplicações onde o controle ou medição de sistemas através do sistema de barramento é integral. Os tempos de resposta rápidos reduzem os atrasos de transição entre as etapas do processo, aumentando assim a eficiência geral da aplicação.

Topologia Flexível

O EtherCAT suporta praticamente qualquer configuração de topologia, incluindo configurações de linha, árvore, estrela ou ligação em série, sem os switches ou hubs em cascata normalmente exigidos por outras redes. Essa flexibilidade facilita o projeto de arquiteturas de rede complexas ao mesmo tempo em que utiliza cabos Ethernet industriais padrão e econômicos.

Diagnóstico e localização de erros

Cada nó dentro de uma rede EtherCAT é capaz de verificar a integridade da comunicação com mecanismos integrados de verificação de erros:

• Detecção de erros: Se ocorrer um erro de bit, ele será registrado e comunicado através da rede, alertando os nós subsequentes e o mestre sobre o quadro corrompido.
• Localização precisa de falhas: O mestre pode identificar exatamente onde a falha se originou analisando os contadores de erros mantidos por cada nó. Esta capacidade supera significativamente os sistemas fieldbus tradicionais, onde a localização de erros pode ser desafiadora e demorada.

Sincronização de alta precisão

Para aplicações que envolvem processos distribuídos espacialmente que exigem ações simultâneas (por exemplo, movimentos coordenados em vários servo-eixos), o EtherCAT fornece sincronização excepcionalmente precisa. Ao contrário dos sistemas de comunicação puramente síncronos, que podem degradar-se devido a erros de comunicação, os relógios distribuídos do EtherCAT mantêm alta tolerância contra jitter, garantindo uma operação confiável e consistente.

Ônibus vs. transmissão ponto a ponto

Na automação industrial moderna, a escolha entre métodos de transmissão de barramento (rede) e ponto a ponto (pulso) pode afetar significativamente a eficiência e a confiabilidade das operações.

Vantagens da transmissão por ônibus

• Velocidade: A transmissão de sinal via cabos Ethernet permite processamento e recepção de dados mais rápidos.
• Resistência a interferências: Oferece melhor estabilidade e resistência a interferências.
• Simplicidade: processos de fiação simplificados facilitam o gerenciamento.
• Escalabilidade: Teoricamente suporta um número ilimitado de dispositivos, adequado para ambientes de rede de grande escala.

Limitações da transmissão ponto a ponto

• Fiação complexa: envolve conexões múltiplas e mais complexas através de portas de E/S de hardware.
• Processamento mais lento: Geralmente mais lento na recepção e processamento de sinais.
• Suscetibilidade a interferências: Mais propenso a interferências eletromagnéticas, levando a menos estabilidade.
• Perda de dados: maior probabilidade de perda de dados, não é adequado para aplicativos de alta confiabilidade.
• Expansão Limitada: Número restrito de eixos do motor, não adequado para expansões em grande escala.

Dadas estas diferenças, a tecnologia de barramento, particularmente o EtherCAT, é amplamente adotada em ambientes industriais que exigem tratamento rápido de dados e alta estabilidade. Os sistemas ponto a ponto podem ser mais adequados para escalas menores ou ambientes onde os requisitos em tempo real não são tão críticos. Isto torna o EtherCAT uma solução eficiente para necessidades avançadas de automação industrial, fornecendo um backbone de comunicação confiável e flexível para máquinas e sistemas modernos.