Prinċipju ta 'Ħidma EtherCAT
1. Prinċipju ta 'operazzjoni:
Hemm numru ta 'soluzzjonijiet Ethernet disponibbli biex jipprovdu funzjonalità f'ħin reali: pereżempju, il-proċess ta' aċċess CSMA / CD huwa diżattivat permezz ta 'saff ta' protokoll ta 'livell ogħla u mibdul b'ħin ta' ħin jew proċess tal-votazzjoni. Soluzzjonijiet oħra jużaw swiċċijiet apposta u jużaw kontroll ta 'ħin preċiż biex iqassmu pakketti Ethernet. Għalkemm dawn is-soluzzjonijiet jistgħu jwasslu pakketti lin-nodi tal-Ethernet konnessi b'mod aktar mgħaġġel u aktar preċiż, l-utilizzazzjoni tal-bandwidth hija baxxa ħafna, speċjalment għal tagħmir awtomatiku tipiku, għaliex anke għal volumi ta 'dejta żgħar ħafna, għandu jintbagħat qafas sħiħ Ethernet. Barra minn hekk, iż-żmien meħtieġ biex jiddawru mill-ġdid lejn il-kontrollur tal-ħruġ jew tas-sewqan u aqra d-dejta tal-input tiddependi primarjament fuq il-mod ta 'eżekuzzjoni. Normalment jeħtieġu wkoll li jużaw sub-bus, speċjalment fis-sistema I / O modulari, dawn is-sistemi u l-bus B BeckhoFF, permezz tas-sistema sotto-bus sinkronika biex tħaffef il-veloċità tat-trażmissjoni, iżda tali sinkronizzazzjoni ma tkunx tista 'tevita dewmien ikkawżat mit-trasmissjoni tal-komunikazzjoni tal-bus.
Bl-użu tat-teknoloġija EtherCAT, BeckhoFF kissru permezz ta 'dawn il-limitazzjonijiet tas-sistema ta' soluzzjonijiet Ethernet oħra: Minflok ma jirċievu pakketti Ethernet f'kull punt ta 'konnessjoni bħal qabel, id-dekodifikazzjoni u l-ikkupjar bħala data tal-proċess. Meta qafas jgħaddi minn kull apparat (inkluż it-tagħmir terminali sottostanti), il-kontrollur tal-iskjavi EtherCAT jaqra data li hija importanti għall-apparat. Bl-istess mod, id-data tal-input tista 'tiddaħħal fil-messaġġ hekk kif tgħaddi. Meta l-qafas jiġi mgħoddi (ftit bits ittardjati), l-iskjavi jirrikonoxxi l-kmand rilevanti u jipproċessah. Dan il-proċess huwa implimentat fil-hardware fil-kontrollur tal-iskjavi u għalhekk huwa indipendenti mis-sistema operattiva f'ħin reali jew mill-prestazzjoni tal-proċessur tas-softwer tal-munzell protokoll. L-aħħar slavaja ta 'l-EtherCAT fis-segment tirritorna l-messaġġ kollu pproċessat sabiex il-messaġġ jiġi rritornat bħala risposta mill-ewwel skjavi lill-kaptan.
Minn perspettiva Ethernet, is-segment tal-karozzi tal-linja EtherCAT huwa sempliċement mezz Ethernet kbir li jista 'jirċievi u jibgħat frejms Ethernet. Madankollu, il- "mezz" ma jinkludix kontrollur Ethernet wieħed b'mikroproċessur downstream, iżda numru kbir biss ta 'skjavi EtherCAT. Bħal kull Ethernet ieħor, EtherCAT jista 'jistabbilixxi komunikazzjoni mingħajr il-ħtieġa ta' swiċċ, u b'hekk toħloq sistema EtherCAT pura.
2. Terminali jimplimentaw Ethernet:
Kull apparat tas-sistema jiggarantixxi l-użu ta 'protokoll Ethernet komplet, anki għal kull terminal I / O, mingħajr ma jintuża sub-bus. Sempliċement ikkonverti l-mezz ta 'trażmissjoni tal-coupler minn par imdawwar (100baseTX) sa bus E biex jissodisfa r-rekwiżiti tal-blokka tat-terminali elettroniċi. It-tip tas-sinjal tal-bus E (LVDS) fil-blokka tat-terminal mhuwiex iddedikat, jista 'jintuża wkoll għal 10 Gigabit Ethernet. Fl-aħħar tal-blokka tat-terminali, il-karatteristiċi fiżiċi tax-xarabank huma kkonvertiti lura għall-istandard 100baseTX.
Macs Ethernet standard jew kards standard tan-netwerk mhux għaljin (NICs) huma biżżejjed biex jintużaw bħala hardware fil-kontrollur. DMA (Aċċess ta 'Memorja Diretta) tintuża biex tittrasferixxi d-data lill-PC. Dan ifisser li l-aċċess għan-netwerk m'għandux effett fuq il-prestazzjoni tal-CPU. L-istess prinċipju huwa wżat fil-biljett multi-port tal-BeckhoFF, li jiġbor sa 4 kanali Ethernet f'pakkett PCI wieħed.
3. L-ipproċessar tal-protokoll isir kompletament fil-hardware
3.1 protokoll:
Il-protokoll EtherCAT huwa ottimizzat għad-dejta tal-proċess u huwa trasferit direttament għall-frejms Ethernet jew ikkompressat f'deċiżjonijiet UDP / IP. Il-protokoll UDP jintuża meta s-segment EtherCAT f'subnetti oħra jkun indirizzat mill-router. Struttura Ethernet jista 'jkun fiha diversi messaġġi EtherCAT, li kull waħda minnhom hija ddedikata għal żona tal-memorja speċifika li tista' tintuża biex tipprogramma immaġni ta 'proċess loġiku sa 4GB fid-daqs. Peress li l-katina tad-data hija indipendenti mis-sekwenza fiżika tat-terminali EtherCAT, it-terminals EtherCAT jistgħu jiġu indirizzati liberament. L-istazzjonijiet ta 'l-iskjavi jistgħu jixxandru, jiffissaw ħafna u jikkomunikaw
Il-protokoll jista 'wkoll jimmaniġġja komunikazzjoni ta' parametri mhux ċikliċi b'mod normali. L-istruttura u t-tifsira tal-parametri huma stabbiliti mill-profil tal-apparat CANOPEN u dawn il-profili tal-apparat jintużaw għal varjetà ta 'klassijiet u applikazzjonijiet ta' apparat. EtherCAT jappoġġja wkoll regoli dipendenti li jikkonformaw ma 'l-istandard IEC 61491. Il-profil huwa msemmi wara SERCOSTM u huwa rikonoxxut universalment fid-dinja tal-applikazzjonijiet tal-kontroll tal-moviment.
Minbarra l-iskambju tad-dejta skont il-prinċipju tal-kaptan / l-iskjavi, EtherCAT huwa wkoll tajjeb ħafna għall-komunikazzjoni bejn il-kontrolluri (kaptan / kaptan). Varjabbli tan-netwerk tad-dejta tal-proċess li huma indirizzabbli b'mod liberu kif ukoll diversi servizzi ta 'parametriżżazzjoni, dijanjożi, ipprogrammar u kontroll mill-bogħod jistgħu jilħqu bosta rekwiżiti. L-interface tad-dejta għall-komunikazzjoni tal-kaptan / iskjavi mal-kaptan / kaptan huwa l-istess.
FMMU: L-ipproċessar tal-messaġġi jitwettaq kompletament fil-hardware
3.2 prestazzjoni:
EtherCAT laħaq għoli ġdid fil-prestazzjoni tan-netwerk. Iċ-ċiklu ta 'aġġornament ta' 1000 dejta I / O distribwita huwa biss 30μs, inkluż il-ħin taċ-ċiklu tat-terminal. B'qafas Ethernet, jistgħu jiġu skambjati sa 1486 byte ta 'data tal-proċess, li jikkorrispondi għal kważi 12,000 I / Os diġitali. It-trażmissjoni ta 'dan il-volum tad-data hija biss 300 μs.
Komunikazzjoni ma '100 assi servo tieħu biss 100 μs. Matul dan iż-żmien, il-valuri stabbiliti u d-dejta tal-kontroll jistgħu jiġu pprovduti lill-assi kollha u l-pożizzjoni u l-istat attwali tagħhom jistgħu jiġu rrappurtati. It-teknoloġija tal-arloġġ imqassam tiżgura li l-ħin ta 'sinkronizzazzjoni bejn dawn l-assi jiddevja b'inqas minn 1 mikrosekond.
Bl-użu tal-prestazzjoni superjuri tat-teknoloġija EtherCAT, huwa possibbli li jiġi implimentat metodu ta 'kontroll li ma jistax jiġi realizzat b'sistema konvenzjonali ta' bus fuq il-post. B'dan il-mod, linja ta 'kontroll ultrafast tista' tiġi ffurmata wkoll permezz tal-bus. Il-karatteristiċi li qabel kienu meħtieġa l-appoġġ tal-hardware iddedikat lokali issa jistgħu jiġu identifikati fis-softwer. Riżorsi kbar ta 'frekwenza ta' frekwenza jippermettu li d-data tal-istatus tiġi trasmessa b'mod parallel ma 'kwalunkwe dejta. It-teknoloġija EtherCAT tippermetti li t-teknoloġija tal-komunikazzjoni taqbel ma 'kompjuters industrijali moderni ta' prestazzjoni għolja. Is-sistema tax-xarabank m'għadhiex l-ostakolu tal-kunċett ta 'kontroll. It-trasferiment tad-dejta I / O mqassam jaqbeż il-prestazzjoni li tista 'tinkiseb biss mill-interface lokali ta' l-I / O.
Dan il-vantaġġ fir-rendiment tan-netwerk huwa evidenti f'kontrolluri żgħar b'qawwa informattiva relattivament moderata. Il-linja ta 'veloċità għolja ta' EtherCAT tista 'titlesta bejn żewġ ċikli ta' kontroll. Għalhekk, il-kontrollur dejjem ikollu l-aħħar data ta 'input disponibbli, u d-dewmien fl-indirizzar tal-output huwa minimu. L-imġieba tar-rispons tal-kontrollur titjieb b'mod sinifikanti mingħajr il-ħtieġa li tissaħħaħ il-qawwa tal-kompjuter tagħha stess.
Il-prinċipju tat-teknoloġija EtherCAT huwa skalabbli, mhux limitat għal 100M bandwidth - Ethernet estiż għal Gigabit huwa wkoll possibbli.
3.3 EtherCAT jieħu post PCI:
Bl-aċċellerazzjoni tal-minjaturizzazzjoni tal-komponenti tal-PC, id-daqs tal-kompjuters industrijali jiddependi l-aktar min-numru meħtieġ ta 'slots.
L-użu ta 'frekwenza ta' frekwenza Ethernet ta 'veloċità għolja u l-bandwidth tad-data tal-hardware ta' komunikazzjoni EtherCAT (EtherCAT Slave Controller) jiftaħ possibbiltajiet ġodda għall-applikazzjoni: interfaces li normalment jinsabu fl-IPC jiġu ttrasferiti lit-terminals tal-interface intelliġenti fis-sistema EtherCAT. Minbarra l-I / O distribwiti, assi u unitajiet ta 'kontroll, sistemi kumplessi bħal masters fieldbus, interfaces tas-serje ta' veloċità għolja, bibien u interfaces ta 'komunikazzjoni oħra jistgħu jiġu indirizzati permezz ta' port Ethernet fuq il-PC. Anki mezzi Ethernet oħra li mhumiex ristretti għal varjanti tal-protokoll jistgħu jiġu konnessi permezz ta 'terminals tal-iswiċċ imqassma. Id-daqs tal-host ta 'PC industrijali qed isir iżgħar u iżgħar, u l-ispiża qiegħda tonqos u tonqos. Interfaċċa Ethernet hija suffiċjenti għall-kompiti ta 'komunikazzjoni kollha.
Ethernet jintuża minflok apparati tal-fieldbus PCI (Profibus, CANOPEN, DeviceNet, AS-i, eċċ.) Biex jintegraw permezz ta 'terminals masterbus tal-fieldbus distribwiti. Ma jintużax master ta 'fieldbus li jiffranka slots PCI fil-PC.
3.4 Topoloġija:
Bus, siġra jew stilla: EtherCAT jappoġġja kważi kull topoloġija. Għalhekk, l-istruttura tal-karozzi tal-linja derivata mix-xarabank tista 'tintuża wkoll għall-Ethernet. Li tgħaqqad l-istrutturi tal-karozzi tal-linja u l-fergħat hija partikolarment utli għall-kejbils tas-sistema. L-interfaces kollha jinsabu fuq l-irbit u l-ebda swiċċijiet addizzjonali m'huma meħtieġa. Naturalment, tista 'tintuża wkoll topoloġija tradizzjonali tal-Ethernet stilla bbażata fuq il-bidla.
L-użu ta 'kejbils ta' trasmissjoni differenti jimmassimizza l-flessibbiltà tal-kejbil Il-kejbil tal-garża Ethernet standard flessibbli u rħas jista 'jittrasmetti sinjali permezz tal-modalità Ethernet (100baseTX) jew permezz tal-bus E. Il-fibra ottika (PFO) tista 'tintuża għal applikazzjonijiet speċjali. Ethernet bandwidth (eż., Kejbils tal-fibra ottika differenti u kejbils tar-ram) jistgħu jintużaw flimkien ma 'switches jew converters tal-midja. Il-karatteristiċi fiżiċi ta 'Fast Ethernet jistgħu jagħmlu d-distanza bejn l-apparati jilħqu 100 metru, filwaqt li lE-bus jista' jiggarantixxi biss l-ispazjar ta '10 metri. Fast Ethernet jew E-bus jistgħu jintgħażlu skont ir-rekwiżiti tad-distanza. Is-sistema EtherCAT tista 'takkomoda sa 65,535 apparat, sabiex in-netwerk kollu jkun kważi illimitat
4. Għażla libera ta 'topoloġija
Hemm flessibilità massima fuq il-wajers: jekk tużax swiċċijiet, kemm jekk tuża topoloġija tax-xarabank jew topoloġija ta 'siġra. Ċessjoni ta 'indirizz awtomatiku; ebda ħtieġa li jiġi stabbilit indirizz IP.
4.1 L-arloġġ imqassam:
Is-sinkronizzazzjoni preċiża hija partikolarment importanti fil-proċess ta 'distribuzzjoni fejn hemm bżonn ta' firxa wiesgħa ta 'azzjonijiet simultanji, bħal meta bosta servo-axes qed iwettqu kompiti simultanji ta' rabta.
Il-kalibrazzjoni eżatta tal-arloġġ distribwit hija s-soluzzjoni l-iktar effettiva għas-sinkronizzazzjoni. Bil-maqlub, jekk tintuża s-sinkronizzazzjoni sħiħa, il-kwalità tad-dejta tas-sinkronizzazzjoni ser tkun affettwata ħafna meta jseħħu żbalji fil-komunikazzjoni. Fis-sistema tal-komunikazzjoni, l-arloġġ ta 'kalibrazzjoni pass pass huwa tolleranti sa ċertu punt minn dewmien ta' żball. Fl-EtherCAT, l-iskambju tad-dejta huwa bbażat kompletament fuq mezzi ta 'hardware puri. Peress li l-komunikazzjoni tutilizza struttura tan-netwerk ċirkolari loġiku, Fast Ethernet full-duplex, u struttura tan-netwerk taċ-ċirku attwali, l- "arloġġ ewlieni" jista 'jiddetermina b'mod sempliċi u preċiż il-kumpens operattiv għal kull "arloġġ skjav" u viċi versa. L-arloġġ distribwit huwa aġġustat fuq il-bażi ta 'dan il-valur, li jfisser li jista' jipprovdi bażi ta 'l-arloġġ preċiża ħafna b'inqas minn 1 microsecond jitter fin-netwerk.
Madankollu, arloġġi distribwiti ta 'prestazzjoni għolja mhux biss huma użati għas-sinkronizzazzjoni, imma jipprovdu wkoll informazzjoni preċiża dwar il-ħin lokali waqt l-akkwist tad-dejta. Minħabba l-introduzzjoni ta 'tipi ġodda ta' data estiża, il-valuri mkejla jistgħu jiġu assenjati bi timbri ta 'ħin preċiżi ħafna.
4.2 Konnessjoni ta 'sħana:
Ħafna applikazzjonijiet jeħtieġu li tinbidel il-konfigurazzjoni ta 'l-I / O matul it-tħaddim. Per eżempju, ċentru ta 'proċessar b'karatteristiċi li jinbidlu, sistema ta' għodda mgħammra b'sensor, mezz intelliġenti ta 'trasmissjoni, attwatur flessibbli ta' biċċa xogħol, u printer li jista 'jagħlaq b'mod indipendenti l-unità tal-istampar. Is-sistema EtherCAT tqis dawn il-ħtiġiet: Il-funzjoni ta '"konnessjoni sħuna" tista' tqabbad jew tneħħi l-partijiet varji tan-netwerk jew "dinamikament" tikkonfigurahom biex jipprovdu rispons flessibbli għall-konfigurazzjonijiet li jinbidlu.
4.3 Disponibbiltà għolja:
Ir-ridondanza fakultattiva tal-kejbil tissodisfa d-domanda dejjem tikber għal żieda fid-disponibbiltà tas-sistema sabiex it-tagħmir jista 'jiġi sostitwit mingħajr ma jingħalaq in-netwerk.
L-EtherCAT jappoġġja wkoll l-istazzjonijiet prinċipali żejda bi stennija sħuna. Peress li l-kontrollur tal-iskjavi tal-EtherCAT awtomatikament jirritorna l-frejms meta tolqot l-interruzzjoni, il-falliment tal-apparat mhux se jikkawża li t-netwerk kollu jingħalaq. Pereżempju, il-katina tal-protezzjoni tal-cable tista 'tkun ikkonfigurata b'mod speċjali fil-forma ta' bar qasira biex tipprevjeni l-ksur.
4.4 sigurtà:
Il-funzjonijiet tas-sigurtà ġeneralment jiġu implimentati separatament min-netwerk ta 'awtomazzjoni, permezz tal-hardware jew bl-użu ta' sistema ddedikata ta 'bus tas-sigurtà. Bis-saħħa tat-TwinSAFE (it-teknoloġija tas-sigurtà ta 'BeckhoFF), issa huwa possibbli li jintuża protokoll ta' sigurtà EtherCAT għal komunikazzjoni relatata mas-sigurtà u komunikazzjoni ta ' kontroll d fuq l-istess netwerk.
Il-protokoll tas-sigurtà huwa bbażat fuq is-saff tal-applikazzjoni tal-EtherCAT u ma jaffettwax is-saffi l-aktar baxxi. Dan il-protokoll ta 'sigurtà ġie ċċertifikat skont IEC 61508 biex jinkiseb livell ta' integrazzjoni tas-sikurezza (SIL) 3 u jista 'anke jilħaq SIL4 wara li jieħu l-miżuri rilevanti. It-tul tad-data jista 'jvarja sabiex il-protokoll ikun ugwalment applikabbli għad-data dwar l-I / O ta' sigurtà u t-teknoloġija tas-sewqan tas-sikurezza. Bħal dejta EtherCAT oħra, data sigura tista 'tiġi trasferita mingħajr l-użu ta' router jew portal sikur.
4.5 Dijanjożi:
Il-kapaċitajiet dijanjostiċi tan-netwerk huma importanti ħafna biex tissaħħaħ id-disponibbiltà tan-netwerk u jitnaqqas il-ħin tal-ikkummissjonar (b'hekk jitnaqqsu l-ispejjeż totali). L-iżbalji jistgħu jiġu eliminati minnufih biss jekk ikunu skoperti malajr u b'mod preċiż u identifikati b'mod ċar. Għalhekk, matul l-iżvilupp ta 'EtherCAT, ingħatat attenzjoni speċjali lill-karatteristiċi dijanjostiċi tipiċi.
Matul l-operazzjoni tat-test, il-konfigurazzjoni attwali tat-terminal I / O hija kkontrollata għall-kontinwità bl-użu tal-konfigurazzjoni speċifikata. L-topoloġija għandha wkoll taqbel mal-konfigurazzjoni. Minħabba l-identifikazzjoni ta 'topoloġija integrata, I / O jista' jiġi kkonfermat meta tinbeda s-sistema jew meta tiġi installata awtomatikament.
L-iżbalji bit matul it-trażmissjoni tad-data jistgħu jinstabu b'CRC validu ta '32-bit. Minbarra r-rilevament u l-post tal-breakpoint, it-trażmissjoni tas-saff fiżiku u l-topoloġija permezz tal-protokoll tas-sistema EtherCAT tagħmel il-monitoraġġ ta 'kwalità għolja ta' kull segment ta 'trażmissjoni individwali realtà. Billi janalizza awtomatikament l-indikaturi tal-iżbalji rilevanti, il-parti tan-netwerk kritiku tista 'tkun lokalizzata b'mod preċiż. Tista 'ssib u ssib sorsi ta' żball kostanti bħal interferenza EMC, konnetturi difettużi, jew kejbils bil-ħsara, anki jekk ma kellhomx impatt eċċessiv fuq il-kapaċità tan-netwerk li saħħu nnifsu.
4.6 Ftuħ:
It-teknoloġija EtherCAT mhix biss kompletament kompatibbli ma 'Ethernet, iżda għandha wkoll karatteristiċi speċjali ta' ftuħ tad-disinn: dan il-protokoll jista 'jeżisti flimkien ma' protokolli oħra Ethernet li jipprovdu servizzi varji , u l-protokolli kollha jeżistu fl-istess medja fiżika - normalment biss. grad żgħir ta 'impatt. Ethernet standard jista 'jiġi mqabbad ma' sistema EtherCAT permezz ta 'terminal tas-swiċċ, li ma jaffettwax il-ħin taċ-ċiklu. Mezzi b'interface tal-fieldbus tradizzjonali jistgħu jiġu integrati fin-netwerk permezz tal-konnessjoni tat-terminal manwal tal-fieldbus tal-EtherCAT. Il-varjant tal-protokoll UDP jippermetti li l-apparat jiġi integrat f'xi interface tas-slots. EtherCAT huwa protokoll kompletament miftuħ li ġie identifikat bħala speċifikazzjoni formali tal-IEC (IEC / PAS62407).