No campo da automação industrial, a tecnologia EtherCAT está redefinindo as abordagens tradicionais de comunicação industrial com seu desempenho superior e flexibilidade. Como uma tecnologia avançada de Ethernet industrial, o EtherCAT não apenas oferece capacidades rápidas 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 de Ethernet industrial inventada pela Beckhoff. Ela revoluciona a forma como máquinas e sistemas são conectados, melhorando a velocidade, simplicidade e custo-benefício. O EtherCAT é frequentemente chamado de "fieldbus Ethernet" porque combina as capacidades de transferência de dados em alta velocidade do Ethernet com a simplicidade dos sistemas tradicionais de fieldbus, evitando a complexidade típica das tecnologias de TI. Os padrões abertos gerenciados pelo EtherCAT Technology Group (ETG), estabelecido em 2003, garantem sua acessibilidade e ampla adoção.

Como o EtherCAT funciona?

O princípio operacional do EtherCAT é eficiente e engenhoso:

• Transmissão de Dados: Um mestre EtherCAT envia um quadro de dados (telegrama) que passa sequencialmente por cada nó (dispositivo escravo).
• Processamento em tempo real: Cada dispositivo escravo lê e processa os dados endereçados a ele diretamente do quadro enquanto ele passa, inserindo simultaneamente dados de resposta de volta no quadro.
• Atraso Mínimo: O quadro sofre apenas os tempos de atraso de propagação do hardware. A abordagem única de processamento em tempo real minimiza os atrasos normalmente associados ao processamento sequencial de dados em sistemas tradicionais de fieldbus.
• Comunicação de Retorno: O último nó na configuração da rede detecta uma porta aberta e reflete o telegrama de volta para o mestre, aproveitando as capacidades full duplex do Ethernet.

Vantagens do EtherCAT

Comunicação em Tempo Real

O EtherCAT destaca-se como a tecnologia de Ethernet Industrial mais rápida disponível, oferecendo precisão na sincronização na ordem dos nanossegundos. Essa temporização precisa é crucial para aplicações onde o controle ou medição de sistemas via sistema de barramento é fundamental. Os tempos de resposta rápidos reduzem os atrasos transitórios entre etapas do processo, aumentando assim a eficiência geral da aplicação.

Topologia Flexível

O EtherCAT suporta quase qualquer configuração de topologia, incluindo linha, árvore, estrela ou cadeia em margarida, sem a necessidade dos switches em cascata ou hubs normalmente exigidos por outras redes. Essa flexibilidade facilita o design de arquiteturas de rede complexas utilizando 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 embutidos de verificação de erros:

• Detecção de Erros: Se ocorrer um erro de bit, ele é registrado e comunicado pela 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 erro mantidos por cada nó. Essa capacidade supera significativamente os sistemas tradicionais de fieldbus, onde localizar erros pode ser desafiador e demorado.

Sincronização de Alta Precisão

Para aplicações que envolvem processos distribuídos espacialmente que requerem ações simultâneas (por exemplo, movimentos coordenados em múltiplos eixos servo), o EtherCAT oferece sincronização excepcionalmente precisa. Diferente dos sistemas de comunicação puramente síncronos, que podem degradar sob erros de comunicação, os relógios distribuídos do EtherCAT mantêm alta tolerância contra jitter, garantindo operação confiável e consistente.

Transmissão via Barramento vs. Ponto a Ponto

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

Vantagens da Transmissão via Barramento

• Velocidade: A transmissão de sinais por cabos Ethernet permite processamento e recepção de dados mais rápidos.
• Resistência a Interferências: Oferece melhor estabilidade e resistência a interferências.
• Simplicidade: Processos de cabeamento simplificados facilitam a gestão.
• Escalabilidade: Suporta teoricamente um número ilimitado de dispositivos, adequado para ambientes de rede em grande escala.

Limitações da Transmissão Ponto a Ponto

• Cabeamento Complexo: Envolve múltiplas e mais complexas conexões através de portas de E/S de hardware.
• Processamento Mais Lento: Geralmente mais lento na recepção e processamento de sinais.
• Susceptibilidade a Interferências: Mais propenso a interferências eletromagnéticas, resultando em menor estabilidade.
• Perda de Dados: Mais suscetível à perda de dados, não adequado para aplicações de alta confiabilidade.
• Expansão Limitada: Número restrito de eixos de motor, não adequado para expansões em grande escala.

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