aperçu
EtherCAT est un système de bus de terrain basé sur Ethernet avec une architecture ouverte. Le CAT dans EtherCAT est un acronyme pour Control Automation Technology. Développé à l'origine par Beckhoff Automation GmbH en Allemagne. EtherCAT établit une nouvelle norme en matière de performances en temps réel et de flexibilité topologique, tout en respectant ou même en réduisant le coût d'utilisation du bus de terrain. EtherCAT offre également une synchronisation d'appareils de haute précision, une redondance de câble en option et le protocole de sécurité fonctionnelle (SIL3).
principe
Il existe plusieurs solutions Ethernet pour fournir une fonctionnalité en temps réel : par exemple, désactiver le processus d'accès CSMA/CD via une couche de protocole supérieure et le remplacer par une tranche de temps ou une procédure d'interrogation. D'autres schémas utilisent des commutateurs privés et distribuent des paquets Ethernet avec un contrôle temporel précis. Bien que ces solutions puissent fournir des paquets aux nœuds Ethernet connectés relativement rapidement et avec précision, l'utilisation de la bande passante est faible, en particulier pour les dispositifs d'automatisation typiques, car même pour de très petites quantités de données, une trame Ethernet complète doit être envoyée. De plus, le temps nécessaire pour rediriger vers le contrôleur de sortie ou d'entraînement et pour lire les données d'entrée dépend largement du mode d'exécution. Il est souvent nécessaire d'utiliser un sous-bus, en particulier dans les systèmes d'E / S modulaires, qui, comme le bus K Beckhoff, accélèrent la transmission via un système de bus synchrone, mais une telle synchronisation n'évitera pas les retards dans la transmission du bus de communication.
Avec EtherCAT, Beckhoff a pu surmonter ces limites système des autres solutions Ethernet : il n'était plus nécessaire de recevoir des paquets Ethernet à chaque point de connexion, de les décoder et de les copier dans les données de processus. Au fur et à mesure que les trames traversent chaque appareil, y compris le terminal sous-jacent, EtherCAT lit les données du contrôleur de la station qui sont importantes pour cet appareil. De même, les données d'entrée peuvent être insérées dans un message lors de son passage. Après le passage de la trame (retardée de quelques bits seulement), la station esclave reconnaît la commande concernée et la traite. Ce processus est mis en œuvre via le matériel dans le contrôleur esclave et est donc indépendant du système d'exécution en temps réel ou des performances du processeur du logiciel de la pile de protocoles. Le dernier esclave EtherCAT du segment de réseau renvoie un message entièrement traité de sorte que le message est renvoyé comme message de réponse du premier esclave au maître.
Du point de vue Ethernet, le segment de bus EtherCAT est simplement un grand périphérique Ethernet qui reçoit et envoie des trames Ethernet. Cependant, ce "dispositif" ne contient pas un seul contrôleur Ethernet avec un microprocesseur en aval, mais seulement un grand nombre de stations esclaves EtherCAT. Comme avec tout Ethernet, EtherCAT ne nécessite pas de commutateur pour établir la communication, ce qui donne un système EtherCAT pur.
performance
EtherCAT atteint un nouveau niveau de performances réseau. La période de rafraîchissement de 1000 données d'E/S distribuées n'est que de 30 μs, y compris le temps de cycle du terminal. Grâce à une trame Ethernet, jusqu'à 1 486 octets de données de processus peuvent être échangés, ce qui équivaut à près de 12 000 volumes numériques d'E/S. Cette quantité de données peut être transmise en seulement 300 μs.
La communication avec 100 servomoteurs n'est que de 100 μs. Pendant ce temps, les valeurs de réglage et les données de contrôle peuvent être fournies à tous les axes et leur position et état réels peuvent être signalés. La technologie d'horloge distribuée garantit que l'écart de temps de synchronisation entre ces axes est inférieur à 1 microseconde.
Grâce aux excellentes performances de la technologie EtherCAT, nous pouvons réaliser la méthode de contrôle qui ne peut pas être réalisée par le système de bus de terrain traditionnel. De cette manière, des boucles de contrôle ultra-rapides peuvent également être formées via le bus. Les fonctions qui nécessitaient auparavant une prise en charge matérielle dédiée native peuvent désormais être mappées dans le logiciel. Les énormes ressources de bande passante permettent aux données d'état d'être transmises en parallèle avec n'importe quelles données. La technologie EtherCAT permet à la technologie des communications de s'adapter aux PCS industriels modernes et performants. Le système de bus n'est plus un goulot d'étranglement pour contrôler les idées. La livraison de données dans les E/S distribuées dépasse les performances qui ne peuvent être atteintes que par des interfaces d'E/S locales.
Cet avantage de performance réseau est évident dans les petits contrôleurs avec une puissance de calcul relativement modérée. La boucle haute vitesse d'EtherCAT, qui peut être effectuée entre deux boucles de contrôle. Par conséquent, le contrôleur dispose toujours des dernières données d'entrée disponibles et le retard d'adressage de sortie est minime. Le comportement de réponse du contrôleur peut être amélioré de manière significative sans augmenter sa propre puissance de calcul.
Les principes d'EtherCAT sont évolutifs et non limités à 100 mégabits de bande passante - il est possible d'évoluer vers Gigabit Ethernet.
EtherCAT remplace PCI :
Avec l'accélération du développement de la miniaturisation des composants PC, le volume des PC industriels dépend principalement du nombre de slots nécessaires.
L'utilisation de la bande passante Ethernet haut débit et de la bande passante de données du matériel de communication EtherCAT (contrôleur esclave EtherCAT) a ouvert une nouvelle possibilité d'application : les interfaces normalement situées dans l'IPC ont été transférées vers des terminaux d'interface intelligents dans les systèmes EtherCAT. En plus des E/S distribuées, des axes et des unités de contrôle, des systèmes complexes tels que des stations maîtres de bus de terrain, des interfaces série haute vitesse, des passerelles et d'autres interfaces de communication peuvent être adressés via un port Ethernet sur le PC. Même d'autres appareils Ethernet sans restriction de variante de protocole peuvent être connectés via les terminaux DVS. La taille du mainframe des PC industriels diminue, le coût diminue, une interface Ethernet suffit pour gérer toutes les tâches de communication.
Utilisez Ethernet au lieu d'appareils de bus de terrain PCI (PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, AS-i, etc.) pour l'intégration via un terminal maître de bus de terrain distribué. Ne pas utiliser le maître de bus de terrain permet d'économiser des emplacements PCI dans le PC.
Topologie en bus
Bus, arbre ou étoile : EtherCAT prend en charge presque toutes les topologies. Ainsi, la structure de bus dérivée des bus de terrain peut également être utilisée pour Ethernet. La combinaison des structures de bus et de dérivation est particulièrement utile pour le câblage du système. Toutes les interfaces sont situées sur des coupleurs, éliminant ainsi le besoin de commutateurs supplémentaires. Bien sûr, vous pouvez également utiliser la topologie Ethernet en étoile traditionnelle basée sur un commutateur.
L'utilisation de différents câbles de transmission peut maximiser la flexibilité du câblage. Des câbles enfichables Ethernet standard flexibles et peu coûteux peuvent transmettre des signaux via le mode Ethernet (100baseTX) ou via le bus E. Les fibres optiques (Pfos) peuvent être utilisées pour des applications spéciales. La bande passante Ethernet (telle que différents câbles optiques et en cuivre) peut être utilisée conjointement avec des commutateurs ou des convertisseurs de média. Les caractéristiques physiques de Fast Ethernet permettent aux appareils d'être distants de 100 mètres, alors que l'E-bus ne peut être distant que de 10 mètres. Fast Ethernet ou E-bus peuvent être sélectionnés en fonction des exigences de distance. Le système EtherCAT peut accueillir jusqu'à 65 535 appareils, de sorte que la taille globale du réseau est presque illimitée.
Vous pouvez choisir librement la topologie. Le câblage a la plus grande flexibilité : que ce soit pour utiliser le commutateur, est l'utilisation de la structure de topologie de bus, ou la structure de topologie arborescente, peut être n'importe quelle combinaison de choix. Attribution d'adresse automatique ; Vous n'avez pas besoin de définir une adresse IP.
ouverture
EtherCAT est non seulement entièrement compatible avec Ethernet, mais possède également une caractéristique de conception ouverte unique : il peut coexister avec d'autres protocoles Ethernet qui fournissent une variété de services, et tous coexistent sur le même support physique - généralement avec seulement un faible impact sur performances globales du réseau. Les appareils Ethernet standard peuvent être connectés à un système EtherCAT via la borne de commutation, ce qui n'affecte pas les temps de cycle. Les appareils équipés d'une interface de bus de terrain traditionnelle peuvent être intégrés au réseau via une connexion au terminal maître de bus de terrain EtherCAT. La variante de protocole UDP permet aux appareils d'être intégrés dans n'importe quelle interface de slot. EtherCAT est un protocole entièrement ouvert qui a été reconnu comme une spécification CEI officielle (CEI/PAS62407).