gambaran keseluruhan
EtherCAT ialah sistem bas medan berasaskan Ethernet dengan seni bina terbuka. CAT dalam EtherCAT ialah akronim untuk Control Automation Technology. Asalnya dibangunkan oleh Beckhoff Automation GmbH di Jerman. EtherCAT menetapkan piawaian baharu untuk prestasi masa nyata dan fleksibiliti topologi, sambil turut mematuhi atau malah mengurangkan kos penggunaan bas medan. EtherCAT juga menampilkan penyegerakan peranti berketepatan tinggi, redundansi kabel pilihan dan Protokol Keselamatan Fungsian (SIL3).
prinsip
Terdapat beberapa penyelesaian Ethernet untuk menyediakan kefungsian masa nyata: contohnya, melumpuhkan proses capaian CSMA/CD melalui lapisan protokol yang lebih tinggi dan menggantikannya dengan potongan masa atau prosedur pengundian. Skim lain menggunakan suis peribadi dan mengedarkan paket Ethernet dengan kawalan masa yang tepat. Walaupun penyelesaian ini boleh menghantar paket ke nod Ethernet yang disambungkan secara relatif cepat dan tepat, penggunaan lebar jalur adalah rendah, terutamanya untuk peranti automasi biasa, kerana walaupun untuk jumlah data yang sangat kecil, bingkai Ethernet penuh mesti dihantar. Tambahan pula, masa yang diperlukan untuk mengubah hala ke output atau pengawal pemacu dan membaca data input bergantung pada mod pelaksanaan. Selalunya diperlukan untuk menggunakan subbas, terutamanya dalam sistem I/O modular, yang, seperti Beckhoff K-bus, mempercepatkan penghantaran melalui sistem bas segerak, tetapi penyegerakan sedemikian tidak akan mengelakkan kelewatan dalam penghantaran bas komunikasi.
Dengan EtherCAT, Beckhoff dapat mengatasi had sistem ini bagi penyelesaian Ethernet lain: tidak perlu lagi menerima paket Ethernet pada setiap titik sambungan, menyahkodnya dan menyalinnya ke dalam data proses. Apabila bingkai melalui setiap peranti, termasuk peranti terminal asas, EtherCAT membaca data daripada pengawal stesen yang penting untuk peranti itu. Begitu juga, data input boleh dimasukkan ke dalam mesej semasa ia melaluinya. Selepas bingkai telah diluluskan (ditunda oleh hanya beberapa bit), stesen hamba mengenali arahan yang berkaitan dan memprosesnya. Proses ini dilaksanakan melalui perkakasan dalam pengawal hamba dan oleh itu adalah bebas daripada sistem berjalan masa nyata atau prestasi pemproses perisian tindanan protokol. Hamba EtherCAT terakhir dalam segmen rangkaian mengembalikan mesej yang diproses sepenuhnya supaya mesej itu dikembalikan sebagai mesej respons daripada hamba pertama kepada tuan.
Dari perspektif Ethernet, segmen bas EtherCAT hanyalah peranti Ethernet besar yang menerima dan menghantar bingkai Ethernet. Walau bagaimanapun, "peranti" ini tidak mengandungi pengawal Ethernet tunggal dengan mikropemproses hiliran, tetapi hanya sebilangan besar stesen hamba EtherCAT. Seperti mana-mana Ethernet, EtherCAT tidak memerlukan suis untuk mewujudkan komunikasi, menghasilkan sistem EtherCAT tulen.
prestasi
EtherCAT mencapai tahap prestasi rangkaian baharu. Tempoh muat semula 1000 data I/O yang diedarkan hanyalah 30μs, termasuk masa kitaran terminal. Melalui bingkai Ethernet, sehingga 1486 bait data proses boleh ditukar, bersamaan dengan hampir 12,000 volum digital I/O. Jumlah data ini boleh dihantar hanya dalam 300μs.
Komunikasi dengan 100 aci servo hanya 100μs. Pada masa ini, nilai tetapan dan data kawalan boleh diberikan kepada semua paksi dan kedudukan dan status sebenar mereka boleh dilaporkan. Teknologi jam teragih memastikan sisihan masa penyegerakan antara paksi ini kurang daripada 1 mikrosaat.
Dengan prestasi cemerlang teknologi EtherCAT, kami dapat merealisasikan kaedah kawalan yang tidak dapat direalisasikan oleh sistem bas medan tradisional. Dengan cara ini, gelung kawalan kelajuan ultra tinggi juga boleh dibentuk melalui bas. Fungsi yang sebelum ini memerlukan sokongan perkakasan khusus asli kini boleh dipetakan dalam perisian. Sumber lebar jalur yang besar membolehkan data negeri dihantar selari dengan mana-mana data. Teknologi EtherCAT membolehkan teknologi komunikasi dipadankan dengan PC industri moden yang berprestasi tinggi. Sistem bas bukan lagi halangan untuk mengawal idea. Penghantaran data dalam I/O teragih melebihi prestasi yang hanya boleh dicapai oleh antara muka I/O tempatan.
Kelebihan prestasi rangkaian ini terbukti dalam pengawal kecil dengan kuasa pengkomputeran yang agak sederhana. Gelung berkelajuan tinggi EtherCAT, yang boleh dilakukan antara dua gelung kawalan. Oleh itu, pengawal sentiasa mempunyai data input terkini yang tersedia dan kelewatan menangani output adalah minimum. Tingkah laku tindak balas pengawal boleh dipertingkatkan dengan ketara tanpa meningkatkan kuasa pengkomputerannya sendiri.
Prinsip EtherCAT boleh berskala dan tidak terhad kepada 100 megabit lebar jalur - adalah mungkin untuk meningkatkan kepada gigabit Ethernet.
EtherCAT menggantikan PCI:
Dengan pecutan pembangunan pengecilan komponen PC, jumlah PC industri bergantung terutamanya pada bilangan slot yang diperlukan.
Penggunaan jalur lebar Ethernet berkelajuan tinggi dan jalur lebar data perkakasan komunikasi EtherCAT (pengawal hamba EtherCAT) membuka kemungkinan aplikasi baharu: antara muka yang biasanya terletak di IPC telah dipindahkan ke terminal antara muka pintar dalam sistem EtherCAT. Selain I/O, paksi dan unit kawalan yang diedarkan, sistem kompleks seperti stesen induk bas medan, antara muka bersiri berkelajuan tinggi, get laluan dan antara muka komunikasi lain boleh ditangani melalui port Ethernet pada PC. Malah peranti Ethernet lain tanpa sekatan varian protokol boleh disambungkan melalui terminal DVS. Saiz kerangka utama PC industri semakin kecil, kos semakin rendah, antara muka Ethernet sudah cukup untuk menangani semua tugas komunikasi.
Gunakan Ethernet dan bukannya peranti bas medan PCI (PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, AS-i, dll.) untuk penyepaduan melalui terminal induk bas medan teragih. Tidak menggunakan induk bas medan menyimpan slot PCI dalam PC.
Topologi bas
Bas, pokok atau bintang: EtherCAT menyokong hampir semua topologi. Oleh itu, struktur bas yang diperoleh daripada bas medan juga boleh digunakan untuk Ethernet. Gabungan struktur bas dan cawangan amat membantu untuk pendawaian sistem. Semua antara muka terletak pada pengganding, menghapuskan keperluan untuk suis tambahan. Sudah tentu, anda juga boleh menggunakan topologi Ethernet bintang berasaskan suis tradisional.
Penggunaan kabel penghantaran yang berbeza boleh memaksimumkan fleksibiliti pendawaian. Kabel pemalam Ethernet standard yang fleksibel dan murah boleh menghantar isyarat melalui mod Ethernet (100baseTX) atau melalui bas E. Gentian optik (Pfos) boleh digunakan untuk aplikasi khas. Jalur lebar Ethernet (seperti kabel optik dan kuprum yang berbeza) boleh digunakan bersama dengan suis atau penukar media. Ciri fizikal Fast Ethernet membolehkan peranti berada pada jarak 100 meter, manakala E-bas hanya boleh berjarak 10 meter. Fast Ethernet atau E-bus boleh dipilih mengikut keperluan jarak. Sistem EtherCAT boleh memuatkan sehingga 65535 peranti, jadi saiz keseluruhan rangkaian hampir tidak terhad.
Anda boleh memilih topologi dengan bebas. Pendawaian mempunyai fleksibiliti yang paling besar: sama ada untuk menggunakan suis, adalah penggunaan struktur topologi bas, atau struktur topologi pokok, boleh menjadi sebarang kombinasi pilihan. Peruntukan alamat automatik; Anda tidak perlu menetapkan alamat IP.
keterbukaan
EtherCAT bukan sahaja serasi sepenuhnya dengan Ethernet, tetapi juga mempunyai ciri reka bentuk terbuka yang unik: ia boleh wujud bersama protokol Ethernet lain yang menyediakan pelbagai perkhidmatan, dan kesemuanya wujud bersama pada medium fizikal yang sama - biasanya hanya dengan impak yang kecil pada prestasi rangkaian keseluruhan. Peranti Ethernet standard boleh disambungkan kepada sistem EtherCAT melalui terminal suis, yang tidak menjejaskan masa kitaran. Peranti yang dilengkapi dengan antara muka bas medan tradisional boleh disepadukan ke dalam rangkaian melalui sambungan ke terminal induk bas medan EtherCAT. Varian protokol UDP membolehkan peranti disepadukan ke dalam mana-mana antara muka slot. EtherCAT ialah protokol terbuka sepenuhnya yang telah diiktiraf sebagai spesifikasi IEC rasmi (IEC/PAS62407).