Ethercat Protokolü Nedir Ve Nasıl Çalışır?

GİRİŞ

EtherCAT, “Kontrol Otomasyon Teknolojisi için Ethernet” anlamına gelir. Ethernet’in gücünü ve esnekliğini

• Endüstriyel otomasyon,
• Hareket kontrolü,
• Gerçek zamanlı kontrol sistemleri ve
• Veri toplama sistemleri gibi dünyalara getiren bir protokoldür.

EtherCAT’in kullanılabilirliğini ve popülerliğini anlamak için bir göz atalım.

ETHERNET’İN KISA TARİHİ

1970’ de Xerox’s Palo Alto Araştırma Merkezinde geliştirildi. Hem yerel hem de geniş alan ağları için düşük maliyetli ve hatadan etkilenmeyen bir ağ arayüzü olarak tasarlanmıştır. Buluşu sırasında, TokenBus, TokenRing, ARCNET, CDDI ve daha az bilinen veya tescilli ağ arayüzleri gibi başka ağlar da vardı.

PARC bilim adamı Robert Metcalf, yakın zamanda Xerox tarafından icat edilen dünyanın ilk lazer yazıcısını paylaşabilmeleri için şirketin yüzlerce bilgisayarını nasıl birbirine bağlayacağını çözmesi için atandı.

Bu bugün önemsiz bir sorun gibi görünebilir, ancak 1970’lerin başında az şirketin iki veya üçten fazla bilgisayarı vardı. Kişisel bilgisayarlar, dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları, tabletler vb. cihazlar yoktu.

Mevcut ağlar bu kadar çok makineyi bağlayacak kadar çoğaltılabilir veya hızlı değildi, bu nedenle Metcalf ve meslektaşları bu sorunu çözmek için yeni bir yaklaşıma ihtiyaç duydu.

Bazı internet teknolojilerini kendi fikirleriyle birleştirdiler ve bugün dünyanın her yerinde bulunan milyonlarca cihazı birbirine ve internete bağlayan ağı ortaya çıkardılar.

IEEE-802.3’ün altında1985 yılında resmen yayınlanan ethernet büyük, küçük ve hatta bireysel araçlar için fiili standart arayüz haline geldi. Hatadan etkilenmeyen ve hızlı olacak şekilde geliştirilmiş donanım ve yazılımın birleşimidir.

Bilgi, datagrams olarak bilinen “paketler” veya “çerçeveler” olarak ayrılır. Her datagram sadece verinin kendisini değil, aynı zamanda alıcı uçta yeniden yapılandırılabilmesi için üstbilgi ve adres bilgilerinin tanımlanması ve sonunda hataları önlemek için 32 bitlik bir CRC (döngüsel artıklık kontrolü) içerir.

Ağdaki cihazların her biri benzersiz bir adrese sahip bir ethernet arayüzüne sahiptir. Bu önemlidir, çünkü aynı ağ üzerinden potansiyel olarak iletim ve alım yapan çok sayıda cihazla, her cihazın kendisi için hangi verilerin tasarlandığını bilmesi gerekir.

Ethernet Protokolü ile Nasıl Veri Gönderilir ?

Postaneden caddenden aşağı doğru akan yüzlerce mektup ve kutuyu düşünün. Onlardan çoğu komşularınız için ve birkaçı da sizin için. Ama hangileri ? Her mektubun üzerine yazdırılan adres, sizin adresinize sahip olanların otomatik olarak posta kutunuza yerleştirilmesini sağlar.

Basit, değil mi? Bilgisayarlardan önce yüzlerce yıl boyunca böyle çalışıldı.

Ama şimdi, caddeden inen her mektubun aslında binlerce hatta milyonlarca küçük parçaya bölündüğünü ve her parçanın bu mektubun içinden sadece bir kelime olduğunu hayal edin.

Dahası, bu kelimeler mutlaka sıralı değildir. Aslında, komşunuzun mektuplarından milyarlarca kelime ile karıştırılırlar. Aniden çok daha karmaşık.

Ancak ethernet ile, her bir “kelime” (datagram), posta kutunuzun kendisine yönelik kelimeleri almak ve daha sonra size gönderilen her benzersiz posta parçasına mükemmel bir şekilde yeniden birleştirmek için ihtiyaç duyduğu bilgileri içerir. Posta kutunuzu açtığınızda, harfler mükemmel bir şekilde yeniden birleştirilir ve postalandıklarında olduğu gibi görünürler.

Ethernet’in tam olarak nasıl çalıştığına dair daha derinlemesine bilgiye ihtiyacımız yok, ancak bu arayüzün doğasını ve bugün neden bu kadar yaygınlaştığını anlamak önemlidir.

ETHERCAT’İN KISA TARİHİ

EtherCAT orijinal olarak, endüstriyel otomasyon ve gerçek zamanlı kontrol sistemlerinde kullanılan önemli bir PLC (Programmable Logic Controller) üreticisi olan Beckhoff Automation tarafından geliştirilmiştir.

Diğer arabirimlerin bant genişliği sorununu çözmek için, 1980’lerin sonunda “LightBus” adlı kendi Fieldbus versiyonunu geliştirdiler. Bu protokol üzerinde ek çalışma sonunda EtherCAT’ın icadıyla sonuçlandı.

Beckhoff, 2003 yılında EtherCAT’i dünyaya tanıttı. Sonra 2004’te, standardın tanıtımından sorumlu olan ETG’ye (EtherCAT Technology Group) haklarını bağışladılar. ETG’nin çok aktif bir geliştiricisi ve kullanıcı grubu var. EtherCAT, IEC 61158 kapsamında standartlaştırılmıştır.

NEDEN ETHERCAT ?

Neden veri toplama sistemleri (DAQ) ve kontrol sistemlerini birbirine bağlamak için basitçe Ethernet kullanamıyoruz ? Ethernet hızlı ve ucuzdur. Günümüzün bilgisayar tabanlı cihazlarına kolaylıkla uygulanabilmektedir. Peki neyi kaçırıyoruz ?

Bu sorunun cevabı belirlilik ve zaman doğruluğunda yatmaktadır. Yukarıdaki örneğimizdeki hayali posta kutusu, tüm datagramları harflerinizden toplamak ve bunları postanıza yeniden birleştirmek için her zaman gereklidir.

Sokağınızdan yalnızca 100 harfin geldiği bir günde, postanız posta kutunuzda hızlı bir şekilde görünür. Yoğun posta günlerinde, daha uzun sürecek, ancak fark alakasız değil mi?

Bu nedenle, ethernet, ofis etrafında veya bir cihazdan diğerine belge göndermek için kesinlikle iyidir. “Postanız” hızlı bir şekilde teslim edilir ve 10:00:02.123211 veya 10: 01’de bir mektup alınması gerçekten önemli değildir. Aynı zamanda, bu uygulamada birebir gerçekleşme anı önemli değildir.

Ancak Kontrol sistemleri tamamen zamanlama ile ilgilidir. Gerçekten bir şeyin ne zaman olduğu ve mümkün olduğu kadar çok zaman ekseni çözünürlüğü ve doğruluğu ile önemi YAPAR.

Fabrika otomasyon kontrol sistemleri, tanım gereği gerçek zamanlı sistemlerdir. Makinelerin açılması ve kapatılması çok düşük gecikme gerektirir. Örneğin, acil durum kapatma mesajınızın bir gigabayt veri yedekleme akışıyla karıştırılmasını istemezsiniz – gerçek zamanlı mesajlar her zaman öncelikli olmalıdır.

Ancak geleneksel bir ethernet sisteminde, bunun için bir protokol yoktur – tüm veriler temelde “eşittir”. Bu, sunuculara ve yazıcılara erişmek için ağ bant genişliğini paylaşan ofis bilgisayarlarınızda sorunsuz çalışır, ancak gerçek zamanlı uygulamalarda o kadar iyi değildir.

EtherCAT Fiziksel Katmanları

EtherCAT, aşağıda gösterilen aynı fiziksel ve veri bağlantı katmanlarını kullanır.

Fiziksel katman fiziksel ağ üzerinden veri ileten donanımdır. Bu, ağın temel elektriksel, yani “mekanik” seviyesidir. Veri bağlantı katmanı veri paketleri içine kodlanmış yerdir.

Buradaki ethernet uygulaması gayet iyi ve EtherCAT de bunu kullanıyor. Ancak daha sonra, Ağ (IP) katmanı ve Taşıma katmanı (TCP ve UDP) gibi ethernet kullanıcıları tarafından iyi bilinen diğer katmanlar, döngü süresi açısından EtherCAT tarafından tamamen atlanır.

Protokolün bu ve diğer yönleri, EtherCAT’in 10 ms’lik ethernet çevrim sürelerini birkaç büyüklük sırasına kadar nasıl azaltabileceğidir. Bu, 100 Mbps’lik etkili bir veri hızı sağlar.

Ethernet ve EtherCAT Ağ Topolojisi Farklılıkları

Fiziksel ve veri bağlantısı katmanlarından daha yüksek katmanlar, ethernet ve EtherCAT arasında farklıdır. Farklılıklara ve ardından gerçek zamanlı ve DAQ sistem uygulamaları için EtherCAT’in ortaya çıkan avantajlarına bir göz atalım:

Ofisinizdeki veya evinizdeki tipik bir ethernet ağında, birden çok cihaz temelde aynı seviyede bağlanır. Herhangi bir cihaz ağ üzerinden veri gönderebilir ve herhangi bir cihaz veri alabilir. Ağ muhtemelen onu dış dünyaya erişim sağlayan bir internet cihazına bağlayan bir anahtara sahiptir.

Bu çok esnektir, ancak birden çok cihaz aynı anda büyük miktarda veri gönderdiğinde veya talep ettiğinde aşırı veri yüklemesine eğilimlidir. Zaman açısından kritik mesajlar aşırı durumlarda yavaşlayabilir veya hatta engellenebilir.

EtherCAT ise çok farklı bir şekilde çalışır:

EtherCAT MASTER cihaz ağ üzerinden aktarılan verilerde izin verilen tek birimdir! Master, bir ethernet sisteminin veri çakışmalarını ortadan kaldırarak ve sonuç olarak hızı optimize ederek, veri yolu üzerinden bir dizi veri gönderir.

EtherCAT çerçeveleri standart bir Ethernet çerçevesi içine yerleştirilmiştir ve EtherType alanında 0x88A4 değeriyle tanımlanır. Master, bir EtherCAT segmentinde mesaj göndermesine izin verilen tek cihazdır – slave’ler veri ekleyebilir ve çerçeveyi gönderebilir, ancak kendi başlarına yeni mesajlar oluşturamazlar.

Bu çerçeveler, adreslendiği EtherCAT bağımlı cihazlar (düğümler) tarafından alınır. Bağımlı cihazlar verileri işler ve ana birim tarafından talep edilenleri geri ekler ve çerçeveyi halkadaki bir sonraki düğüme gönderir.
Bir sonraki düğüm, kendisi için tasarlanan verileri alarak, gerekli verileri tekrar EtherCAT çerçevesine yerleştirerek ve bir sonraki düğüme göndererek tam olarak aynı şeyi yapar.

Geleneksel ethernet’ten hız, yalnızca veri gönderen tek bir aygıt olduğu için değil, aynı zamanda “anında işleme” adı verilen bir teknik nedeniyle de artar. Geleneksel ethernet’te, her cihaz, verilerin kendisi için tasarlanıp tasarlanmadığını belirlemek için her mesajın başlığını okumalı, ardından verileri almalı ve bir şekilde işlemelidir. Ancak, anında işleme ile düğüm başlığı okur ve verileri aynı anda göndererek zamandan tasarruf sağlar ve verimliliği artırır.

Son olarak, geleneksel ethernet’in aksine, EtherCAT ağdaki birden fazla cihazdan gelen ve giden verilerin tek çerçevelerde birleştirilmesine izin verir. Bu yine hızı optimize eder.

İlginç bir şekilde, belirli bir düğüm veriyi işlemek için işlem gücüne sahip değilse, veriyolu hızı ana tarafından ayarlanarak ağdaki herhangi bir cihaz tarafından veri kaybı olmaması sağlanır.

EtherCAT’in en önemli yönlerinden biri dağıtılmış saattir. Her düğüm, verileri alındığında zaman damgası alır ve ardından sonraki düğüme gönderdiğinde onu tekrar damgalar. Böylece ana düğüm verileri geri aldığında, her bir düğümün gecikmesini kolayca belirleyebilir. Ana bilgisayardan her veri iletimi, her düğümden bir G / Ç zaman damgası alır, bu da EtherCAT’i T ekseninde ethernet’in olabileceğinden çok daha belirleyici ve doğru hale getirir.

EtherCAT çalışmaya başlamadan önce bile, master, ağdaki tüm bağımlı düğümlere bir yayın gönderir ve bu, onu aldığında ve geri gönderirken onu kilitler. Ana birim, titreşimi azaltmak ve bağımlı düğümleri birbiriyle senkronize halde tutmak için bunu gerektiği kadar otomatik olarak yapacaktır.

Bu zamanlama doğruluğu, gerçek zamanlı kontrol ve fabrika otomasyonu uygulamalarında son derece önemlidir. Ayrıca Dewesoft’tan temin edilebilenler gibi DAQ sistemlerinin kontrol sistemlerine bu kadar kolay entegre edilmesini sağlar.
EtherCAT’in yerleşik dağıtılmış saati, herhangi bir ek donanıma ihtiyaç duymadan, IEEE 1588 PTP’ye (Hassas Zaman Protokolü) eşdeğer olan bir mikrosaniyeden (1 µs) çok daha küçük mükemmel “titreşim” performansı sağlar.

EtherCAT Zaman Damgalı Veriler

EtherCAT’in Kendi Kendini Sonlandırması Hata Toleransı Demektir

Son düğümün çıkışı ana cihaza bağlı değilse, veriler otomatik olarak EtherCAT protokolü aracılığıyla diğer yönde döndürülür. Zaman damgası korunur.

Bu hata toleransı, EtherCAT ağlarının yukarıda gösterilen halka benzeri şemalarda düzenlenmesine gerek olmadığı, ancak ağaç topolojisi, halka topolojisi, hat topolojisi, yıldız topolojisi ve hatta kombinasyonlar dahil olmak üzere çeşitli şekillerde yapılandırılabileceği anlamına gelir.

Elbette kölelerle efendi arasında bir yol olmalı. Kelimenin tam anlamıyla fişlerini çekerseniz, çalışamazlar, ancak önemli olan, ağın topolojisinin oldukça esnek olması ve hataları istisnai bir dereceye kadar tolere etmesidir.

Ethernet sistemlerinde bulduğunuz gibi anahtarlar, EtherCAT sistemleri için gerekli değildir. Düğümler arasında 100 metreye (328 ft) kadar kablo uzunlukları mümkündür.

Bükülü çift bakır hatlardaki LVDS (düşük voltajlı diferansiyel sinyalleme), yüksek hızlarda ve çok düşük güç tüketimiyle çalışır. Hızı artırmak ve cihazlar arasında galvanik izolasyon eklemek için fiber optik kablolar kullanmak da mümkündür.

Ethernet ve EtherCAT

Ölçüm ve Kontrol EtherCAT Cihazları

Birkaç istisna dışında, EtherCAT kullanan sistemler iki gruba ayrılır:

• Kontrol ve
• Ölçüm

PLC’ler gibi kontrol cihazları, EtherCAT ağında ustalaşırken, ölçüm cihazları geçmişte “bağımlı” olmuşlardır.
Bununla birlikte, üçüncü tip cihaz Dewesoft tarafından icat edilmiştir: EtherCAT hız verileriyle paralel olarak bir ana bilgisayara yüksek hızlı veri edinimini bir PLC veya ana kontrolör yazılımı / donanımına birleştiren bir DAQ sistemi .

Yakın zamana kadar, mühendisler bir DAQ sisteminden gerçek zamanlı veri istediklerinde, DAQ sisteminden birkaç analog çıkışı (analog giriş kanallarının her biri için ayrı çıkış) alıp PLC kontrolörüne getiriyorlardı. Bu, çok sayıda analog girişin yanı sıra analogdan dijitale yedekli dönüştürme gerektiriyordu.

Bununla birlikte Dewesoft, DAQ sistemlerine bir EtherCAT bağımlı bağlantı noktası kurarak, aşağıdaki grafikte gösterildiği gibi PLC’deki fazlalık analog girişleri tamamen ortadan kaldırır:

Ama bu aslında sadece başlangıç çünkü IOLITE ve IOLITEd gibi DAQ sistemleri birçok uygulamada PLC donanımını tamamen ortadan kaldırabilir.

IOLITE’ı gerçek zamanlı PLC yazılımı çalıştıran bir bilgisayar ana bilgisayarına bağlamak mümkündür. Bunlar, aşağıdaki gibi sistemleri içerir:

• Clemmesy Syclone®,
• Beckhoff Twincat®,
• MTS Flextest®,
• Acontis EC_Master®,
• National Instruments LabVIEW®,
• ve dahası.

IOLITE’i EtherCAT ve IOLITE aracılığıyla bağlanan bu gerçek zamanlı PLC yazılım sistemlerinden biriyle birleştirmek, sistem için gereken gerçek zamanlı donanım kontrolünü sağlayarak aktüatörleri bile çalıştırabilir.

Dewesoft EtherCAT Veri Toplama ve Kontrol Donanımı

Dewesoft, EtherCAT uyumluluğu sunan farklı veri toplama sistemleri sağlar. Her birine bakalım ve EtherCAT teknolojisini nasıl uyguladıklarına bakalım.

IOLITE DAQ ve Kontrol Sistemi

IOLITE , bir DAQ sistemi ve endüstriyel uygulamalar için gerçek zamanlı bir kontrol sistemidir. Benzersiz bir şekilde hem gerçek zamanlı kontrol hem de geri bildirim izleme sağlar. Her IOLITE veri toplama sistemi, paralel olarak çalışan iki tamamen bağımsız EtherCAT veri yolu ile donatılmıştır.

Birincil veri yolu, Dewesoft X DAQ yazılımı aracılığıyla mükemmel şekilde senkronize edilmiş veri toplama sağlar.

IOLITE, herhangi bir sayıda giriş ve çıkış kanalını yüksek hızlarda bilgisayarın sabit sürücüsüne aktarabilir. İki temel modeli bulunan IOLITEr, giriş / çıkış modülleri için 12 yuvaya sahip 19 inç rafa montaj cihazıdır. IOLITEs, giriş / çıkış modülleri için 8 yuvaya sahip tezgah üstü (benchtop) bir cihazdır.

IOLITE’ın ikincil EtherCAT veri yolu iki şekilde kullanılabilir:

Herhangi bir üçüncü taraf EtherCAT uyumlu gerçek zamanlı denetleyici için düşük gecikmeli bir ön uç arabirim.

Kritik veri toplama uygulamaları için yedekli bir veri toplama sistem veriyolu.

IOLITE ve “kardeş ürünleri” R2rt, R4rt ve R8rt (bir sonraki bölümde açıklanmaktadır) DAQ / kontrol sistemleri arasında benzersizdir.

Yüksek hızlı arabelleğe alınmış verilerin USB aracılığıyla ayrı bir ana bilgisayara ve EtherCAT üzerinden herhangi bir üçüncü taraf EtherCAT denetleyicisine paralel olarak düşük gecikmeli verilerin aktarılabildiği sözde çift mod işlevselliği sunarlar.

EtherCAT Master Port aracılığıyla Kanal Genişletme

IOLITE DAQ ve kontrol sistemleri, çift yedek EtherCAT bağlantı noktalarına sahiptir, bu da Dewesoft SIRIUS ve KRYPTON modelleri gibi diğer EtherCAT donanımlı DAQ sistemlerinden veya tabii ki ek IOLITE veya IOLITEd modüllerinden senkronize veri alabileceği anlamına gelir.

R2rt, R4rt ve R8rt DAQ Sistemleri Serisi

IOLITE modeli gibi, R # rt serisi modeller de USB üzerinden bir ana bilgisayara yüksek hızlı akışı ve EtherCAT üzerinden herhangi bir üçüncü taraf ana bilgisayara düşük gecikmeli veri akışını birleştiren çift modlu işlevselliğe sahiptir.

Amiral gemisi SIRIUS DAQ sinyal koşullandırma ve ADC teknolojisini, belirleyici verilerin EtherCAT’e göre tüm avantajlarıyla birleştiriyorlar.

SIRIUS modülleri için 2, 4 veya 8 yuva mevcuttur, aşağıdaki tabloda gösterildiği gibi 8 ila 128 kanal ile donatılabilirler:

Mühendislerin bu özelliği nasıl iyi bir şekilde kullandıklarına dair ilginç bir örnek, bu vaka çalışmasında ana hatlarıyla verilmiştir – MTS Test Tezgahı için Yol Yük Veri Kaydedici ve Sinyal Koşullandırma . Aşağıda kısa bir genel bakış bulunmaktadır.

Maksimum kanal sayısını gösteren R # rt modelleri

Dewesoft’un R8rt’sini Kullanan Yol Yükü Uygulaması Vaka Çalışması

Yol Yükü Verileri veya Dayanıklılık testi otomotiv endüstrisinde iyi bilinmektedir. Arabalar ve kamyonlar, çok eksenli bir yol simülatörüne monte edilir, bu da daha sonra gerçek ve aşırı sürüş koşullarının yüklerini ve streslerini simüle eder.

Bu şekilde, mühendisler araçlarını, insan sürücüleri kullanmaktan daha verimli bir şekilde hızlandırılmış yaşam döngüsü analizine tabi tutabilirler (örneğin, hiç kimse doğrudan 100 saat boyunca araba kullanamaz).

Çok eksenli yol simülatörünün kullandığı veriler gerçek yol testlerinden elde edilir. Dewesoft DAQ sistemleri , bu testler için uzun süredir kullanılmaktadır, aracın içinde ilerler ve çeşitli sensörlerden, özellikle ivme ölçerlerden düzinelerce dinamik veri kanalı toplar.
Ancak daha önce, test pistinde kullanılan DAQ sistemi ile yol simülatörünün kontrolörünün hiçbir bağlantısı yoktu. DAQ tarafından test pistinde toplanan verilerin yol simülatöründe kullanılmak üzere çevrimdışına dönüştürülmesi gerekiyordu.

Ancak R8rt sisteminin ikili veri yollarıyla , DAQ sistemini kontrolör sistemiyle tamamen entegre etmek, çok daha fazla verimlilik ve maliyet tasarrufu sağlamak artık mümkün. Verileri yeniden sayısallaştırmaya gerek kalmadan ve bunları EtherCAT yoluyla göndererek kilometrelerce kablo ortadan kaldırılır ve test yolunda kullanılan DAQ sistemi aynı zamanda yük simülasyonları için test tezgahında da kullanılabilir.

Örnek olay incelemesinde, R8rt sisteminin MTS yol yükü test sistemi ile nasıl entegre edildiğini öğreneceksiniz. Cihazlar, iki veri yolunu (USB ve EtherCAT®) birleştirerek ve MTS ile FlexTest® serisi kontrolörlerinde EtherCAT® iletişimini uygulayarak temelde tek bir cihaz gibi hareket etti.

Aynı R8rt DAQ cihazı, hem gerçek yük verilerini toplamak için test yolundaki araçta hem de bu verilerin kontrolöre gerçek zamanlı akışı için test yatağında kullanılır.

Benzersiz çift mod özelliğini kullanarak, SIRIUS DAQ modüllerinden gelen veri örnekleri, kanal başına 10 kS / s hızla EtherCAT üzerinden MTS kontrol cihazına gerçek zamanlı olarak iletilir .

Aynı zamanda, çok eksenli yol simülatöründeki araçtan alınan test sonuçları, her kanal için 200 kS / s’ye kadar yüksek hızlarda R8rt dahili bilgisayarı ve SSD sabit sürücüsü tarafından kaydedilir.

KRYPTON – Zorlu Ortamlar İçin EtherCAT Dayanıklı (Rugged) DAQ

Piyasadaki çoğu DAQ donanımı, ofis veya hafif endüstriyel kullanım için tasarlanmıştır. Ancak DAQ ekipmanının zorlu ortamlara yerleştirilmesi gereken uygulamalar vardır.

Örneğin:

• 85 ° C’ye (185 ° F) varan yüksek sıcaklıklar
• -40 ° C / F’ye kadar düşük kriyojenik sıcaklıklar
• 100 g’a kadar yüksek şok ve titreşim
• Su spreyi veya daldırma
• Yüksek toz konsantrasyonu

Bir kez daha, çoğu DAQ cihazı bu aşırı çevresel koşullardan bir veya ikisine bile dayanacak şekilde tasarlanmamıştır. Dewesoft, bu gereksinimlere dayanarak KRYPTON serisi DAQ cihazlarını geliştirdi.

Tek EtherCAT Kablosuyla Dağıtım

Bu yolla birçok modül bağlanabilir. KRYPTON, en üst düzeyde esneklik için çok kanallı modüllerde ve tek kanallı KRYPTON ONE modüllerinde mevcuttur.

Suya ve Toza Dayanıklı

KRYPTON sistemleri, su ve toz için IP67 standartlarını karşılar, yani sadece su spreyine değil, 30 dakika boyunca 1 metre (39 inç) suya tamamen daldırmaya da dayanabilirler. Toz ve diğer küçük partiküllere karşı tamamen sızdırmazdırlar.

Aşırı Sıcaklık Toleranslı

Isı yalıtımlı bir kauçukla doldurulmuş olan KRYPTON modülleri, -40 ° ila 85 ° C (-40 ° ila 185 ° F) arasında geniş bir sıcaklık aralığına dayanabilir. KRYPTON modülleri, sıcak ve soğuk hava otomotiv testlerinde, roket motoru test stantlarında ve dondurma ve diğer soğuk (veya sıcak) yiyeceklerin yapıldığı fabrikalarda bulunur.

Şok ve Titreşime Dayanıklı

SIRIUS – Yüksek Performanslı DAQ Sistemi

Bazı uygulamalarda, bir PLC’nin kaydedebildiği nispeten düşük hızlı verileri desteklemek için çok yüksek kaliteli DAQ gereklidir. Bu uygulamalar için Dewesoft’tan SIRIUS ve SIRIUS Waterproof mükemmel bir çözümdür.

SIRIUS, hem yüksek hızlı USB hem de EtherCAT veri yollarına sahiptir , böylece verileri işleyebileceği bir hızda EtherCAT ana birimine sağlayabilir ve paralel olarak, çok daha yüksek hızlı verileri Dewesoft X yazılımı çalıştıran ayrı bir bilgisayara kaydedebilir.

DEWESOFT ve CLEMESSY, her iki dünyanın en iyilerini bir araya getiriyor: verimli ve tam performanslı kontrol-komut yazılımı çözümü ile tek bir cihazda üst düzey veri toplama kapasitesi ve kontrol ön uçları. Ulusal Fransız Uzay Ajansı ve daha genel olarak Avrupa Uzay Ajansı tarafından istenen yüksek kalite seviyesi, yüzlerce ve binlerce kanala sahip büyük test tezgahları için Dewesoft çözümlerinin olgunluğunu ve sağlamlığını artırdı.

Zor Ortamlar için EtherCAT Kabloları

DAQ donanımı su geçirmez, toz geçirmez ise ve -40 ° sıcaklıklara dayanabiliyorsa, kabloların bu çevresel aşırılıklara da dayanabilmesi gerekir. Aksi takdirde, sistem sadece kablolar nedeniyle arızalanacaktır.

Buna göre Dewesoft, KRYPTON ve SIRIUS Waterproof serisi zorlu ortam DAQ sistemlerini birbirine bağlamak için kullanılan EtherCAT kablolarını geliştirdi. Aşağıdaki videoda kabloların -40 ° C’ye kadar dondurulduğunu ve esnekliğini nasıl koruduklarını gösteriyoruz.

Üçüncü Bölüm EtherCAT Masters ile Dewesoft Uyumluluğu

Dewesoft EtherCAT tabanlı DAQ sistemleri , bugün piyasada bulunan çok çeşitli üçüncü taraf EtherCAT donanım ve yazılım ustaları ile uyumludur;

• Clemmesy Syclone®
• Beckhoff Twincat®
• MTS Flextest®
• Acontis EC_Master®
• National Instruments LabVIEW® ile PLC

EtherCAT ve CANopen arasındaki fark nedir?

CANopen , CAN (Denetleyici Alan Ağı) donanım veriyoluna dayalı yüksek seviyeli bir protokoldür . Ayrıca, veri yolundaki herhangi bir cihaz için bir teknik özellik içerir. EtherCAT, ethernet protokolünün en düşük iki katmanını (veri ve fiziksel) kullanırken (bir hatırlatma için bu bölüme bakın), CANopen, CAN OSI’nin en düşük iki katmanını kullanır.

Geniş bir üretici yelpazesi tarafından yapılan hazır ve kanıtlanmış CAN veriyolu donanımının kullanılması CANopen’in önemli bir avantajıdır. CAN, otomobillerde elektrik kablolarını azaltmanın bir yolu olarak başlamış olabilir, ancak on yıllar içinde neredeyse her endüstride ve endüstriden havacılığa, enerjiye ve daha fazlasına kadar binlerce uygulamada kullanılmak üzere gelişti. Üst düzey CANopen protokolünü kanıtlanmış ve güvenilir CAN donanımının üstüne koymak, sistem geliştirme ve dağıtımını her zamankinden çok daha kolay hale getirir.

CANopen, mühendislerin donanım iletişim katmanı olarak CAN kullanan cihazları entegre etmeleri için yüksek düzeyde ve dolayısıyla basitleştirilmiş bir yol sağlar. Protokol, birçok donanıma özgü düşük seviyeli görevi yerine getirir, geliştirmeyi basitleştirir ve hızlandırır. Kabul filtreleme ve bit zamanlaması gibi CAN’a özgü donanım sorunları CANopen protokolü tarafından ele alınır. CANopen, zamana duyarlı süreçler ve diğer donanım yönetimi görevleri için iletişim nesneleri (COB) sağlar.

EtherCAT, tek bir ana / birçok bağımlı mimaridir. Master, her bir slave’e adresler atar, ağın aktarım hızını kontrol eder ve gerektiğinde tekrarlanabilen tüm cihazların başlangıç zaman senkronizasyonunu gerçekleştirir. Ayrıca, ana cihaz, mesajları iletmesine izin verilen tek cihazdır. Slave’ler mesajlara tepki vermekten, zaman damgalı yanıtlarını girmekten ve ardından bunları ana bilgisayara geri vermekten sorumludur.

CANopen ağları birden fazla ana bilgisayara sahip olabilir. Ancak entegratör, her cihazın benzersiz bir adrese sahip olduğundan ve tüm cihazların aynı bit hızına ayarlandığından emin olmalıdır. Bir CANopen sisteminin önerilen en yüksek bit hızı 1000 kbps’dir.

Bir CANopen sistemi üzerinde 127 adede kadar cihaz bulunabilir ve bunlardan biri ana cihaz olmalıdır. Bir EtherCAT segmentinde 65.535 adede kadar cihaz bulunabilir. Cihazlar arasındaki maksimum mesafe 100 m’dir (328 fit).

EtherCAT son derece belirleyicidir ve 100 Mbps’de 1µs’den daha iyi gecikme sağlar. CANopen SYNC telgrafı bir çerçeve uzunluğuyla sınırlıdır ve 1 Mbps’de 130μs titreşebilir.

Üst Düzey Karşılaştırma: EtherCAT ve CANopen

CANopen standardı, CAN in Automation (CiA) Uluslararası Kullanıcılar ve Üreticiler Grubu tarafından korunur.

EtherCAT standardı, EtherCAT Technology Group tarafından korunur ve IEC 61158 kapsamında standartlaştırılmıştır.

Hem EtherCAT hem de CANopen, aşağıdakiler dahil çok çeşitli endüstrilerde ve uygulamalarda kullanılmaktadır:

• Otomotiv
• Ulaşım ve Demiryolu
• Sanayi
• Sağlık hizmeti
• Sanayi
• Fabrika otomasyonu
• Tarım
• Havacılık

Her iki protokol de modern, bakımlı ve kullanışlıdır. Düşük ve orta hızlı dağıtılmış uygulamalar için CANopen mükemmel bir seçimdir. Daha yüksek hızlı uygulamalar, özellikle yüksek doğruluk, belirleyici zaman senkronizasyonu gerektiren ve kontrolü içeren (DAQ ile veya olmadan), EtherCAT daha iyi bir seçimdir.

CANopen Over EtherCAT (CoE) Nasıl Çalışır?

Bu makale boyunca gördüğümüz gibi, EtherCAT, cihazlar arasında 100 metreye kadar izin veren, esnek ağ topolojilerini barındıran ve son derece belirleyici veri akışı, master tarafından otomatik bağımlı zaman senkronizasyonu sağlayan ethernet donanımından yararlanan sağlam bir sistemdir ve Daha.

Tabii ki CANopen’in avantajları da var. EtherCAT’ten daha uzun süredir var ve düşük donanım maliyeti ve kolay uygulaması nedeniyle binlerce kez uyarlandı. Hem CANopen hem de EtherCAT’in güçlü yönleri göz önüne alındığında, bunları birleştirmenin ve her iki sistemden de yararlanmanın bir yolu olması gerektiği neredeyse açıktır. Bu protokole CANopen over Ethernet (CoE) adı verilir ve mühendislerin hızlı ve sağlam EtherCAT üzerinden tüm CANopen özelliğini kullanmalarına izin verir.

CoE protokolü, işlem veri nesnelerini (PDO) ve hizmet veri nesnelerini (SDO) içerir. SDO protokolü doğrudan uygulandığı için neredeyse tüm mevcut CANopen yığınları değişiklik yapılmadan kullanılabilir.

PDO yığınları daha hızlı, belirleyici EtherCAT donanımı tarafından aktarılır, ancak artık CANopen’in 8 bitlik sınırlamasına tabi değildir. EtherCAT ve CANopen durum makineleri arasındaki benzerlikler, bir CANopen profilini EtherCAT üzerinde çalışacak şekilde uyarlarken birkaç değişikliğin yapılması gerekecek şekildedir. CoE, tüm CANopen cihaz profillerini destekler ve CAN durum makinesini içerir.

EtherCAT’in daha yüksek bant genişliği, tüm Nesne Sözlüğünün ağ üzerinden yüklenmesine izin verir. Çok sayıda cihaz profili de yeniden kullanılabilir, bu da geliştirme süresini ve maliyetini azaltır.
Çok protokollü EtherCAT, CANopen cihazlarını çalıştırmak için güçlü, hızlı bir platformdur ve endüstriyel Ethernet’e kolayca taşınmalarına olanak tanıyan köprü görevi görür.

EtherCAT ve Standart Ethernet Arasındaki Farklar Nelerdir?

İlk olarak, EtherCAT, bu bölümde açıkladığımız gibi, Ethernet protokolünün ilk iki katmanı üzerine inşa edilmiştir. Bu nedenle, en düşük seviyelerde çok güçlü benzerlikler vardır – ancak ağ, taşıma veya uygulama seviyelerinde değil, bu nedenle EtherCAT’de TCP / IP veya UDP yoktur.

EtherCAT, gerçek zamanlı, belirleyici bir ana / bağımlı sistem olarak optimize edilmiştir.
EtherCAT çerçeveleri (mesajlar) standart Ethernet Çerçevelerinin içinde oluşturulmuştur. Bununla birlikte, birçok büyük fark da vardır:

• Bir EtherCAT ağında, yalnızca ana bilgisayar mesajlar gönderebilir, bunları uygun bağımlı birimlere yönlendirebilir ve ardından zaman damgalı verileri onlardan geri alabilir. Bu, her cihazın mesaj gönderebildiği ve verilerin deterministik bir şekilde zaman damgalı olmadığı bir ethernet ağından çok farklıdır.
• EtherCAT belirleyicidir, yani son derece düşük gecikmeli gerçek zamanlı veriler, slave’lerden ana bilgisayara geri gelir.
• Bir EtherCAT ağında, düşük gecikmeli zaman damgasını kolaylaştırmak için ana birim, başlatma sırasında ve aralıklarla tüm bağımlıların zaman hizalamasından sorumludur. Bu, EtherCAT’de yerleşiktir ancak standart bir Ethernet ağına eklenmesi gerekir.
• EtherCAT, son derece düşük gecikmeyle cihazlar ve sistemler üzerinde gerçek zamanlı kontrol sağlamak için sıfırdan tasarlanmıştır. Ethernet, öncelikle ofis uygulamaları ve birbirine bağlanan bilgisayarlar, yazıcılar ve diğer ağ çevre birimleri için tasarlanmıştır.
• Standart bir Ethernet ağından farklı olarak, bir EtherCAT ağında veri çarpışmaları yukarıda belirtilen kısıtlamalar nedeniyle mümkün değildir.
• Bir EtherCAT ağında veri aktarımı, standart bir Ethernet ağından daha hızlıdır: 100 Mb / sn, çok düşük gecikme ile etkilidir.
• Ethernet gibi, EtherCAT ağları da çok çeşitli topolojilerde düzenlenebilir: hat, halka, yıldız vb.

Ethernet Kullanarak EtherCAT’i Nasıl Dağıtabilirim?

Bir EtherCAT ağı, cihazları birbirine bağlamak için standart ethernet kabloları kullanır. Dolayısıyla, basitçe kablolama açısından, hem EtherCAT hem de Ethernet ağları aynı CAT5 kablolarını kullanır.

Bununla birlikte, soru başka bir ethernet cihazını bir EtherCAT ağına bağlamak gibi daha fazlasını ifade ediyorsa, EtherCAT üzerinden Ethernet veya EoE adlı protokole bakmamız gerekir

EoE, bir Windows istemci uygulamasının bir EtherCAT ağı üzerindeki cihazlarla iletişim kurmasına izin veren bir protokoldür. Ethernet paketleri, istemciden EtherCAT ağına Anahtar Bağlantı Noktası adı verilen bir cihaz aracılığıyla gönderilir. Bir Anahtar Portu, TCP / IP mesajlarını mevcut EtherCAT sistem mesajlarına ağ ile karışmayacak şekilde ekleyerek Ethernet verilerini EtherCAT protokolüne tünel eder.

Bir Anahtar Bağlantı Noktası, tüm Ethernet (IEEE 802.3) tabanlı protokolleri destekleyen ve 500 V’a kadar elektriksel olarak izole edilen Beckhoff 6601 gibi ayrı bir cihaz olarak uygulanabilir . EtherCAT segmenti içinde herhangi bir yere kurulabilir ve böyle değildir. Herhangi bir konfigürasyon gerektirir.
Ancak, EtherCAT ağındaki bağımlı cihazlardan birinde bir işlev olarak veya hatta EtherCAT master’da bir yazılım işlevi olarak da uygulanabilir.

EtherCAT Master Nedir?

Her EtherCAT segmenti veya ağının bir EtherCAT master’a ihtiyacı vardır. Bu ana cihaz, ağdan sorumludur ve ağ üzerinden mesaj göndermesine izin verilen tek cihazdır. Ayrıca, ağdaki tüm slave’lerin zaman senkronizasyonundan ve her slave için adreslerin atanmasından sorumludur. Slave’lerden veri talep etmekten ve talep edilen verileri içeren değiştirilmiş mesajları onlardan geri almaktan sorumludur.

Bir EtherCAT master’ı , standartlaştırılmış ethernet OSI modelinde katman 2’de (veri katmanı) MAC (Ortam Erişim Denetleyicisi) aracılığıyla verileri gönderir . Ek iletişim işlemcisine gerek yoktur, bu da EtherCAT ana işlevselliğinin Ethernet portu olan herhangi bir cihazda uygulanabileceği anlamına gelir.

Sonuç olarak, EtherCAT ana yazılımları, çalıştırdığı işletim sisteminden bağımsız olarak hem özel bir donanım parçası olarak hem de bilgisayarda çalışan yazılım biçiminde mevcuttur. EtherCAT ustaları Microsoft Windows, Linux, QNX, RTX, VxWorks ve daha fazlası için geliştirilmiştir.

Bir bilgisayarı EtherCAT master olarak kullanırken, tek gereksinim ethernet portudur. Bu, yerleşik bir bağlantı noktası veya eklenmiş bir NIC (Ağ Arabirim Kartı) olabilir. Çoğu NIC’in doğrudan DMA erişimi vardır, bu da CPU’nun veri erişimiyle ilgili olmadığı anlamına gelir ve bu da çok yüksek performanslı bir sistem oluşturur.

EtherCAT Cihazları Arasındaki Maksimum Mesafe Nedir?

Bu tek yanıtı olmayan bir sorudur çünkü çok fazla değişken vardır. İlk olarak, bir EtherCAT segmentinin topolojisi bir çizgi, halka, ağaç, yıldız ve hatta bu konfigürasyonların kombinasyonları olabilir.

İkinci olarak, EtherCAT bir segmentte 65.536’ya kadar benzersiz cihazı destekler , bu da kesinlikle çok sayıda cihazın desteklendiği ve aynı anda bağlanabileceği anlamına gelir. Elbette böyle bir sistemin pratikliği bir sorudur.

Standart ethernet kablolarını (100BASE-TX) kullanarak, segment üzerindeki herhangi iki cihaz arasındaki maksimum mesafe 100 m’dir (328 fit) .

Ancak, fiber optik kablolar (100BASE-FX) kullanılarak bu 100 m, 2 kilometreye (1,25 mil) kadar uzatılabilir .
Pratik olarak konuşursak, neredeyse tüm EtherCAT sistemleri tipik bir fabrika binasına veya bir fabrika içindeki belirli bir alana dağıtılır.

Gerçek Zamanlı Uygulamalar İçin En İyi Ethernet Benzeri Protokol Hangisi: EtherCAT, Profinet veya Başka Bir Şey?

Aslında, EtherCAT ve Profinet bugün kullanılan tek iki Endüstriyel Ethernet (IE) protokolü değildir. EtherCAT, Profinet, EtherNet / IP , Powerlink , SERCOS III , Modbus TCP ve CC-Link IE dahil birkaç tane var.

Bu protokollerin her birinin amacı, endüstriyel proses kontrol ortamlarında izleme ve kontrol sistemleri oluştururken düşük maliyetli ve hızlı Ethernet donanımından yararlanmaktır… aynı zamanda zaman senkronizasyonunu, determinizmi ve çevresel sağlamlığı önemli ölçüde geliştirir.

2003 yılında tanıtılan Profinet, endüstriyel Ethernet üzerinden iletişim için teknik bir standarttır. 1989 yılında tanıtılan ve IEC 61158 altında yönetilen bir proses Fieldbus olan Profibus ile karıştırılmamalıdır. Profibus RS485 seri iletişimine, Profinet ise Ethernet’e dayanmaktadır. Bir Profinet sistemi, bir Profibus sisteminin mevcut parçalarını değiştirmeden birleştirebilir, bu da onu bu eski sistemler için bir yükseltme yolu olarak çekici hale getirir.

Tüm bu Endüstriyel Ethernet sistemleri, kullandıkları Ethernet OSI’nin ne kadarıyla karakterize edilebilir. Bu belgede daha önce gördüğümüz gibi, EtherCAT, mümkün olan en hızlı döngü sürelerini ve dolayısıyla gerçek için en yüksek determinizmi elde etmek için Ethernet OSI’nin yalnızca ilk 2 katmanını kullanır, taşıma katmanını (TCP, UDP) ve benzerlerini zaman kontrol uygulamaları için atlar.

Ancak elimizdeki soruya dayanarak EtherCAT ve Profinet’e odaklanalım ve Ethernet OSI’yi nasıl kullandıklarına bakalım

Profinet’in üç versiyonu olduğunu yukarıdaki tablodan görebilirsiniz:

• Sürüm 1: Bileşen tabanlı (CBA): 100 ms döngü süreleri
• Sürüm 2: Gerçek Zamanlı (gerçek zamanlı yazılım): ~ 10 ms döngü süresi
• Sürüm 3: Gerçek Zamanlı (donanım gerçek zamanlı): <1 ms döngü süresi

Profinet sürüm 2’de ve taşıma (TCP / IP) katmanı kullanılmaz, bunun yerine Ethernet çerçevesi içinde taşınan özel bir işlem denetleyicisi ile değiştirilir. Versiyon 2’de bu kontrolör yazılımda uygulanırken, versiyon 3’te donanımda uygulanarak Profinet içinde mevcut en iyi döngü sürelerine ulaşılır.

Bu değişiklikler, TCP ve IP’nin protokol tarafından kullanılmasını engellemez, ancak bunlara güvenmekten kaçınır.

Profinet Version 1, diğer adıyla CBA (bileşen tabanlı otomasyon) artık iyi desteklenmemektedir. Çok sayıda değişkeni idare edemez ve eski Profibus’tan Endüstriyel Ethernet dünyasına bir köprü olarak görülmüştür. Bugün odak noktası, daha önce SRT (yazılım gerçek zamanlı) ve IRT (eşzamansız [donanım] gerçek zamanlı) olarak adlandırılan Profinet IO üzerinedir.

Profinet IO’ya özel donanımın eklenmesi, onu hareket kontrol uygulamaları için kullanılacak kadar hızlı ve belirleyici hale getirir. Profinet IO (IRT) performans açısından EtherCAT’e en yakın olanı olduğundan, bu üst düzey karşılaştırmada diğer iki versiyona değil, ona odaklanacağız:

1) Daha fazla düğüm mümkündür, ancak Siemens maksimum 64’ü önerir.
Siemens, Profinet cihazlarının ana üreticisi ve protokolün destekçisidir.

2) EtherCAT’in aksine, Profinet’in gelen trafiği kısıtlamak için yerleşik bir yolu yoktur, bu nedenle ağ aşırı yüklerinin ağı bozması mümkündür. Kullanıcı, ağ yüklerini yönetmekten ve bunun olmamasını sağlamaktan sorumludur.

Tüm önemli ölçütlere göre, EtherCAT, üstün bir endüstriyel ethernet çözümüdür. Topoloji açısından daha hızlı, uygulaması daha kolay, daha esnek ve düşük maliyetli ve lisanslama maliyeti olmayan tamamen açık bir standarttır.

Ek olarak, DAQ sistemlerini endüstriyel proses kontrol sistemleriyle entegre etmeye odaklandığımızdan, EtherCAT, başarılı bir DAQ entegrasyonu yapmak için gerekli olan kancaları, hızı, düşük gecikme süresini ve determinizm seviyesini sağlar. Üzerinde çalıştığımız başka hiçbir protokol bunu sağlamaz.

I am text block. Click edit button to change this text. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

EtherCAT Özeti

Bu makalede EtherCAT hakkında çok şey öğrendiğinizi ve endüstriyel kontrol uygulamalarında sağladığı faydaları takdir ettiğinizi umuyoruz… özellikle Dewesoft’tan IOLITE gibi DAQ sistemlerini ve KRYPTON ve SIRIUS gibi genişletme modüllerini içerenler.

EtherCAT Avantajları

• Yüksek performans – 200 Mb / sn’de en hızlı endüstriyel ethernet topolojisi (tam dupleks = 100 Mbps x 2)
• Deterministik – senkronizasyon ile gerçek zamanlı işlem ~ 1 ns
• Esnek topoloji – sınırsız halka, çizgi, ağaç, yıldız şeklinde düzenlenebilir
• Hub veya anahtar yok – neredeyse sınırsız ağ genişletmesi
• Kolay kullanım – ana makine, düğüm adreslerini otomatik olarak atar ve bunlara saat senkronizasyon mesajları gönderir
• Basit konfigürasyon – bakımı yapılacak IP adresi veya MAC adresi yoktur
• Uygun fiyatlı – geleneksel bir Fieldbus ağına benzer veya daha düşük fiyat. Ana kontrolörler nispeten ucuzdur.

EtherCAT Uygulamaları

• Fabrika otomasyonu
• PLC ağları
• Servo sürücü kontrolü
• Veri Toplama (DAQ) sistemleri
• Hareket kontrolü ve Makine kontrol platformları
• Robotik
• Malzeme ve bagaj taşıma sistemleri
• Tartım Sistemleri
• Baskı makineleri
• Yarı iletken üretimi
• Metaller ve Selüloz ve kağıt üretimi
• Enerji santralleri
• Test tezgahları
• Rüzgar türbinleri
• Tarım makinesi
• Freze makineleri
• Tünel kontrol sistemleri
• Güvenlik sistemleri
• Ve yüzlerce daha

DAQ ve EtherCAT’in Avantajları

• Gelişmiş DAQ sistemlerinden gelen yüksek ve düşük hızlı veriler artık gerçek zamanlı bir kontrol sistemine mükemmel bir şekilde entegre edilebilir
• Gereksiz A / D işlemeyi ortadan kaldırmak, daha az karmaşıklık, daha iyi doğruluk ve gerçek maliyet tasarrufu anlamına gelir
• Gerekirse gelişmiş analiz için ayrı bir çok yüksek hızlı veri dosyası mevcuttur ve ayrıca PLC verileriyle senkronize edilir