EtherCAT Control I/O Solutions

Mis on EtherCAT?

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) on Ethernet-põhine välibuss, mis on mõeldud tööstusarvutite võrguprotokollide jaoks ja pakub reaalajas hajutatud juhtimist tööstusautomaatika, liikumisjuhtimise rakenduste (robootika), reaalajas juhtimise (CNC, freespingid, ohutussüsteemid, trükimasinad) ja andmete kogumise süsteemide (tuuleturbiinid, kaalusüsteemid) jaoks. EtherCAT-seadmeprotokoll põhineb reaalajas töötavate kontrollerite ja välisseadmete (I/O-seadmed, servoajamid, andurid, ajamid, ...) vahelisel master-slave-kommunikatsioonil.

EtherCAT automaatika protokoll (EAP): Andmevahetus kontrollerite vahel või kontrollerite ja MES/ERP-süsteemide vahel tööstusvõrkudes.

Tööstus 4.0 tekitab nõudluse infotehnoloogia (IT) ja operatsioonitehnoloogia (OT) integreerimiseks. IT ja OT ühendamiseks tuleb koondada tootmisprotsessist saadavad suured andmed. Sel põhjusel on EtherCATist saanud juhtimisautomaatika peamine protokoll tänu oma kiirele sidepidamisele, paindlikule topoloogiale ja hajutatud arhitektuurile.

Kuidas EtherCAT töötab?

EtherCAT töötab nii - seade võtab vastu paketi ja kui ta on saanud päise (ja mõistnud, et tegemist on EtherCAT-paketiga), hakkab ta paketti edasi saatma, asendades seejuures paketi bite, kus teave tuleb saata, vajalike bittidega. EtherCAT-slaavid töötlevad andmeid (eraldavad ja sisestavad andmeid) jooksvalt. EtherCATi master- ja slave-konfiguratsioonis, kui viimase sõlme väljund ei külgne masteriga, saadetakse andmed automaatselt EtherCATi kaudu tagasi teises suunas. Sel viisil säilib ajaline viide.

Selle tulemusena võib master saata kilobaidi suuruse paketi kiirustega saja mootori jaoks ja tühjad kohad saja kodeerija jaoks, iga kodeerija kirjutab oma andmed sinna ja iga mootor loeb oma andmed, pakett jõuab tagasi masterisse ja see kõik võtab aega umbes mikrosekundi. Orjade jaoks on 3 sünkroniseerimisrežiimi:

DC-sünkroonne (katkestuse teel).
SM-sünkroonne (tsükliline sünkroniseerimine).
Vabalt jooksev.

EtherCAT-i juhtseade edastab andmeid standardiseeritud OSI ethernetimudeli 2. kihi (andmekihi) MAC-i (meediapääsukontrolleri) abil. Täiendavaid sideprotsessoreid pole vaja, mis tähendab, et EtherCAT-i põhifunktsiooni saab rakendada igas Etherneti pordiga seadmes. EtherCAT-võrgu seadmete arvu teoreetiline piirang on 65 535 alamseadet.

EtherCAT ei kasuta IP-aadresse. Nende võrku ühendamise järjekorra määrab iga seade ja seadmeid saab ühendada järjestikku. EtherCAT toetab tähe- ja puutopoloogiaid ning kahe EtherCAT-pordiga seadmed toetavad rõnga topoloogiaid. UDP: EtherCAT-protokolli saab edastada UDP kaudu. EtherCATi jaoks määratud UDP-port on 0x88a4.

Advantech EtherCAT

Advantech pakub täielikku portfelli EtherCAT Control I/O lahendusi, mis võimaldavad IoT rakenduste jaoks hõlpsat andmete kogumist ja töötlemist.

Viimastel aastatel on EtherCATist saanud juhtautomaatika põhiprotokoll tänu oma kiiretele sidetsüklitele, paindlikule topoloogiale ja hajutatud arhitektuurile. Nendele eelistele toetudes ühendavad Advantechi EtherCAT-i ülem- ja alammoodulid riist- ja tarkvara, et pakkuda ajapõhist andmete kogumist ja kohalikku koondamist. See kiirendab andmetöötlust, et optimeerida tootlikke protsesse. Advantechi EtherCAT juhtimise I/O lahendused ühendavad riistvara ja tarkvara alused ning pakuvad täielikku portfelli EtherCAT MainDevice (MDevice) ja SubordinateDevice (SubDevice) mooduleid, mis toetavad OT ja IT integreerimist tõhususe ja tootlikkuse suurendamiseks.

Advantech  tooteseeriad:

1. Juhtimisplatvorm (nt IPC kontroller: AMAX-5000 seeria)

2. Aalluvseadised (Slave moodulid)

2.1 Digitaalsed I/O moodulid (nt AMAX-5052 – 16-tunnine digitaalne EtherCAT Slice I/O)

2.2 Analoog I/O ja temperatuuri mõõtmise moodulid (nt AMAX-5017H – 4-käiguline analoog EtherCAT Slice I/O)

2.3 EtherCAT Slice IO laiendusmoodul (nt AMAX-5079)

2.4 EtherCAT Slice IO toite sisendmoodul (nt AMAX-500)

2.5 EtherCAT-liitmik EtherCAT Slice IO AMAX-5000 jaoks (nt AMAX-5074)

3. EtherCAT I/O MDevice Card (näiteks PCIE-1203IO – 2-pordiline EtherCAT PCI Express Card)

4. 1-pordiline EtherCAT I/O MDevice Card (näiteks PCM-26R1EC – 1-pordiline EtherCAT I/O MDevice mPCIe kaart)

5. EtherCAT-lüüsid (nt EKI-1242IECMS Modbus RTU/TCP EtherCAT-väljasiini lüüsile, lai temperatuur)

6. EtherCAT alamseadmete moodulid

6.1 Digitaalsed I/O-moodulid (nt AMAX-485632-kanaliline isoleeritud digitaalsisend ja 32-kanaline isoleeritud digitaalne väljund EtherCAT-i kaugsisendi-/väljundmoodul)

6.2 Analoog I/O moodulid (nt AMAX-48178-ch, 16-bitine isoleeritud analoogsisendiga EtherCAT kaug-I/O moodul)

6.3 EtherCAT-i üleminekumoodulid (nt AMAX-4870 – 6-pordiline EtherCAT-i üleminekumoodul)

6.4 Liikumisjuhtimismoodulid (nt AMAX-3285IO8-teljeline EtherCAT liikumisseade 16DI/16DO laiendusega)

Tüüpiline lahendusarhitektuur

Miks valida Advantech EtherCAT I/O juhtimislahendused?

Advantechi riistvaralised EtherCAT-i MD-seadmed kasutavad EtherCAT-protokollide täitmiseks SoC-disaini (System-on-a-Chip), tagades reaalajas I/O-juurdepääsu võimalused minimaalsete tsükliaegadega kuni 200 µs.

• PC-põhise EtherCAT I/O lahenduse omamise kogukulu (TCO) madalam. EtherCAT-põhise lahenduse juurutamise kulud on tavaliselt madalamad kui PROFINET IRT ja SERCOS III.
• Diagnostikatööriist sidekvaliteedi kontrollimiseks. EtherCAT pakub diagnostikateavet nii riistvaras (sidekadude loendurid, kehtetud kaadriloendurid) kui ka tarkvaras (olekumasina vead, diagnostika ajaloo objekt).
• Lihtne ühendada ja paigaldada, SubDevice moodulid pakuvad mitmesuguseid vormitegureid
• EtherCAT riistvaraline MD seade, mis tagab reaalajas jõudluse. EtherCAT on kiirem kui CANopen. Võrreldes Modbusiga on EtherCAT-protokoll deterministlik.

See protokoll pakub Ethernetiga võrreldes suurt kiirust, väiksemat andmeliiklust, madalamaid riistvarakulusid, suuremat täpsust ja kella sünkroonimismehhanismi.
EtherCAT võib toimida transpordiprotokollina mitmetele teistele protokollidele, nagu BACnet, EtherNet/IP, PROFINET IO või Modbus. Orjad võivad toetada kõiki TCP/IP-rakendusi, nagu HTTP, HTTPS või HTML.

EtherCAT-seadmete ühendamine

EtherCAT on täisduplekssüsteem ilma väliste lülititeta. Selle asemel on iga seadme sisse ehitatud lüliti. Igal seadmel on kaks RJ45 porti. EtherCAT-seadmete ühendamiseks kasutage CAT5, 6 ja 7 kategooria Etherneti kaablit vastavalt standardile EN 50173 või ISO/IEC 11801. Odavaid tööstuslikke Etherneti kaableid saab kasutada kahe kuni 100 m kaugusel asuva sõlme vahel 100BASE režiimis -TX.
Kiiruse suurendamiseks ja seadmetevahelise galvaanilise isolatsiooni tagamiseks on võimalik kasutada fiiberoptilisi kaableid (näiteks 100BASE-FX) kuni 2 km kaugusel.
See teeb võimalikuks lineaarse topoloogia. EtherCAT-laiendid toetavad täht- ja puutopoloogiaid, samas kui kaks EtherCAT-porti toetavad rõnga topoloogiaid. Liin, buss, puu, täht või karikakrakett: EtherCAT toetab peaaegu kõiki topoloogiaid.

Tüüp 12 IEC 61158 ühilduv

EtherCAT-protokolli kirjeldatakse Rahvusvahelise Elektrotehnikakomisjoni standardis IEC 61158 ja see hõlmab digitaalset andmesidet mõõtmiseks ja juhtimiseks. See määratleb nõuded tarkvara- ja riistvaralahendustele reaalajas automatiseerimiseks.

Standardi IEC 61158 kehtivusaja jooksul uuendati spetsifikatsioone, kuid täiustused mõjutasid ainult laiendatud ühilduvust. See tähendab, et olemasolevaid seadmeid saab sujuvalt kasutada erinevates süsteemiversioonides. Täiustused hõlmavad turvalisust EtherCAT-i kaudu masinate ja töötajate ohutuse tagamiseks samas võrgus, samuti EtherCAT P-d side- ja toitepinge (2 x 24 V) jaoks ühe 4-juhtmelise kaabli kaudu.

EtherCAT G ja EtherCAT G10 on EtherCAT protokolli uued versioonid, mis töötavad vastavalt kiirustel 1 Gbit/s ja 10 Gbit/s. EtherCAT G ja G10 ühilduvad täielikult originaal EtherCATiga. Algse 100 Mbit/s EtherCAT jaoks välja töötatud seadmeid saab hõlpsasti integreerida EtherCAT G ja G10 süsteemi. Samamoodi saavad EtherCAT G alluvad töötada koos EtherCAT-i ülemseadmega (eeldusel, et ülemal on Gbps-port), kuigi EtherCAT G- ja G10-seadmed käituvad EtherCAT-süsteemis kasutamisel nagu 100 Mbps EtherCAT-seadmed – kuni uut hargnemiskontseptsiooni ei kasutata.

EtherCAT - liiasus koos ajatempliga 

EtherCAT protokoll kasutab ajatemplit. Iga sõlm lisab ajatempli, kui ta võtab paketi vastu, ja lisab selle uuesti, kui ta edastab selle järgmisele sõlmpunktile. Seega saab master, kui ta saab sõlmedelt andmeid, hõlpsasti kindlaks teha iga sõlme viivituse. Iga andmeedastus masterilt saab igalt sõlmpunktilt I/O ajatempli. EtherCAT master-and-slave konfiguratsioonis, kui viimase sõlme väljund ei ole ühendatud masteriga, saadetakse andmed automaatselt teises suunas EtherCATi kaudu tagasi. Sel viisil säilib ajatempel.

AMAX-5052	AMAX-5017H	AMAX-5079	AMAX-5074
EKI-1242IECMS	PCIE-1203IO	PCM-26R1EC	AMAX-4856
AMAX-4817	AMAX-4870	AMAX-3285IO