EtherCAT Nedir? EtherCAT hakkında

ethercat nedir?, ethercat sistemi, ağ

GENEL BAKIŞ EtherCAT Nedir?
EtherCAT, hızlı bir hızda gelişen ve daha da hızlı bir klipte büyüyen, son derece esnek bir Ethernet ağ protokolüdür. “Uçmada işlenmesi” adı verilen eşsiz bir ilke, EtherCAT’a bir avuç benzersiz avantaj sağlıyor. EtherCAT mesajları her düğümde işlenmeden önce geçirildiği için, EtherCAT yüksek hız ve verimlilikle çalışır. Süreç, topolojide ve inanılmaz senkronizasyonda da esneklik sağlar. EtherCAT, “anında işlenerek” kazanılan avantajların dışında, üstün altyapıdan faydalanıyor. EtherCAT, diğer şeylerin yanı sıra bir güvenlik protokolü ve çoklu cihaz profillerini içerir. EtherCAT ayrıca güçlü bir kullanıcı grubundan yararlanır. Faydaların kombinasyonu, EtherCAT’in sürekli büyüme için dengelendiği anlamına gelir.



Geçmiş
Endüstriyel ve bina otomasyon sistemlerinde kullanılan Ethernet uygulama katmanları tipik olarak “düşük yük kapasitesi”, yarı çift yönlü uygulama katmanlarıdır. Örneğin, Modbus TCP gibi bir uygulama katmanı için bir Ethernet mesajı, bir valf kontrol cihazı gibi az miktarda veriye sahip bir sunucu cihazı için sadece bir kayıt taşıyabilir. Bunun gibi küçük veri yükü aygıtlarında, yalnızca küçük veri paketleri taşınırken değil, yalnızca istemci veya Ana aygıt bu verileri istediğinde, büyük bant genişliği dilimleri kaybolur. Modbus TCP son derece verimsiz bir örnektir, ancak EtherNet / IP ve Profinet IO gibi uygulama katmanlarında aynı tür bant genişliği ve yük kapasitesi sorunları bulunabilir.

Bir Alman otomasyon şirketi olan Beckhoff, diğer Ethernet protokollerinde bulunan düşük bant genişliği kullanım problemini düzeltmek için Fast Lightbus adında bir fieldbus sistemi geliştirdi. Bu protokol, Beckhoff’un 2003 yılında yayınladığı EtherCAT’e yol açtı.

EtherCAT Teknoloji Grubu

Alman şirketi Beckhoff, EtherCAT'i yarattı.

Alman şirketi Beckhoff, EtherCAT’i kurdu

2004 yılında Beckhoff, EtherCAT protokolünü tanıtmak için yeni bir grup oluşturmaya yardım etti. Çabaları, EtherCAT Teknoloji Grubu’na ya da ETG’ye yol açtı. Beckhoff, ETC’ye EtherCAT’in haklarını bağışladı.

EtherCat Technology Group ittifakının avantajları çoktur. ETG, EtherCAT protokolünün araştırılmasını ve ilerlemesini sağlayabilir. ETG ayrıca üye kuruluşlara EtherCAT’i kullanma konusunda daha fazla başarı sağlayan özellikleri ve belgeleri yayınlamaktadır.

ETG’nin merkezi Nürnberg, Almanya’dır, ayrıca Japonya, Çin, Kore ve Austin, Teksas’ta ofisleri bulunmaktadır.



Uluslararası Standartlar
ETG, özellikle dijital iletişim çalışma grubu için bir irtibat görevi gören Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) ile birlikte çalışmaktadır. Ortaklık, EtherCAT protokolünün tarihi boyunca standardizasyona yol açtı.

2005 yılında, EtherCAT IEC / PAS 62407 olarak standardize edilmiştir. Bu standart artık eskimiştir, ancak EtherCAT’deki herhangi bir arızaya bağlı değildir. Bunun yerine, EtherCAT, çok yönlülüğünün bir işareti olan bir dizi başka standartla birleştirildi.

IEC 61158 ve IEC 61784-2 IEC fieldbus standartları her ikisi de 2007’den itibaren EtherCAT’i içerir. EtherCAT ayrıca ISO 15745-4 yayınlanmış standardında yer almaktadır.

Temel Prensip
EtherCAT’in temel ilkesi, geçişli okumadır. Okuma yoluyla geçmek, iletilerin tek bir düğüm için hedeflenmediği ve bu düğüm tarafından tüketildiği anlamına gelir. Bunun yerine, iletiler işlendiği sırada bir dizede aşağıdaki düğüme iletilir. Bir düğümün veri girişi, mesaj işlendikçe ve çıkış verileri bir sonraki düğüme mesaj olarak eklendikçe okunur.

Tüm düğümler için verilerle EtherCAT Master tarafından tek bir mesaj verilir. Mesaj, halka etrafında ve Master’a doğru geri iletildiğinden, her düğüm girişlerini okur ve çıktılarını mesaja ekler. İleti, EtherCAT Master’da geri geldiğinde, ağdaki her düğüm, Master’dan yeni girdi verileri aldı ve yeni çıktı verilerini, Master’a döndürdü. Küçük düğümler veya belirli düğümlere hedeflenen mesajların eksikliği olmadan, bir EtherCAT ağı maksimum bant genişliği kullanımını sağlayabilir.

Bir EtherCAT ağı, trenin istasyon boyunca hareket ederken, her istasyonun tren arabalarını yükleyip yeniden yükleyebileceği bir demiryolu ile karşılaştırılabilir.



Kendiliğinden Sonlanan Teknoloji
EtherCAT, standart IEEE 802.3 fiziksel katmanını kullanır. Bir EtherCAT ağı uygulamak için özel bir donanım gerekmez.

Harici anahtarlar bir EtherCAT ağında kullanılmaz. Bunun yerine, her EtherCAT cihazı bir anahtar içerir. Her cihazın iki RJ45 portu vardır. Bir RJ45 ağdaki bir önceki düğüme bağlanır ve bir sonraki düğüme bağlanır.

Ethernet’e özgü olan tek şey, kendi kendini sonlandıran ağların EtherCAT kavramıdır. Dizede bir sonraki düğümü algılamayacak herhangi bir düğüm, o anda ağı otomatik olarak sonlandırır. Sonlandırma düğümleri, Master’ın iletim yolundan Master alma yoluna mesajlar kopyalar.

Master’ın iki Ethernet portu varsa EtherCAT ağları bir halkada bağlanabilir. Bir halkada bağlanan ağlar, artıklık ölçüsü sağlar. Halkanın herhangi bir yerindeki kablo kırılmaları, girişin akış yönünde ve akışaşağısında yer alan bağlantılarla kapatılır. Master arayı tespit edebilir ve yeni alt segmentlerin her ikisine de mesaj gönderebilir.

Bu kendi kendini sonlandırma özelliği nedeniyle, EtherCAT ağları, yıldız, çizgi veya ağaç gibi çeşitli farklı topolojiler kullanılarak kablolanabilir.

Veri Temsili
Bir ağın verileri nasıl temsil ettiği ağın temel bir özelliğidir. Bir ağ teknolojisini ciddi olarak araştıran herkesin aklına ilk soru olması gereken ayırt edici bir faktördür.

En sofistike veri sunumuna sahip Ethernet uygulama katmanı CIP’dir. ODVA’dan CIP (Ortak Endüstriyel Protokol) cihazları bir Object / Instance / Attribute veri gösterimini kullanır. Veriler nesnelerde toplanır gibi. Bu nesnelerin ortak kümeleri örnek olarak belirtilir. Bu nesnelerdeki veri öğeleri niteliklerdir. Nesneler, devlet makineleri olarak uygulanan olay işleyicileri ve operasyon yapılarına da sahip olabilir.

En az gelişmiş veri sunumuna sahip Ethernet uygulama katmanı Modbus TCP’dir. Seri kuzen gibi, tüm Modbus TCP cihazları da verileri 16 bit işaretsiz yazmaçlar veya bobinler olarak temsil eder. Her birinin giriş ve çıkış versiyonları vardır. Ne yazık ki, Modbus cihazlarında çok az standartlaşma ya da ortaklık var. Her üretici kendi benzersiz Modbus Kayıt haritasını geliştirir.

Profinet IO, Profibus’a benzer bir veri gösterimi kullanır. Her cihaz bir G / Ç rafına benziyor. Bir raf tanımlayıcısı, bir yuva, bir kanal ve bir nokta var.

EtherCAT, Modbus gibi bir tür basit veri gösterimi kullanır. Bir veri alanı, büyük bir veri alanı vardır ve her bir aygıt bu veri alanının bir parçasına tahsis edilir. Mesajlar ağ üzerinden iletildikçe, veri alanının bir kısmını Ethernet mesajındaki verilere eşlerler.



EtherCAT Çerçevesi

Ethernet Paketinin Ethernet Veri bölümünü, genellikle IP verilerini değiştirir

EtherCAT çerçevesinin her bir düğümde durmadan hareket etmesini sağlamak için, paket, bir trenin arabaları gibi özel bileşenler içermelidir. EtherCAT çerçevesine bakıldığında, trene olan benzerliği oldukça belirgindir. Başlık bir lokomotif gibi davranır. Arabalar ve onların içeriği, PDO Verileridir. Nakliye bilgileri ile birlikte kabotaj, çalışma sayacıdır.

Tüm bu parçalar sadece EtherCAT çerçevesine sığar ve çerçeve sadece bir Ethernet çerçevesine sığar. Ethernet, EtherCAT’ın çalışmasına izin veren aktarım ortamıdır. EtherCAT çerçevesi standart bir Ethernet mesajının IP çerçevesini değiştirir. Böylelikle, Ethernet çerçevesinin, yine EtherCAT için esnekliğe katkıda bulunan bir modifikasyona ihtiyacı yoktur.

EtherCAT Başlığı
EtherCAT çerçevesi standart bir başlık ile başlar. İlk tam sayı bir uzunluk tanımlayıcısıdır. Bu bit, düğümlerin çerçevenin EtherCAT kısmının ne kadar süreyle olacağını belirtir. Uzunluk, bir EtherCAT çerçevesinde özellikle önemlidir; uzunluk, ürünün daha fazla tren vagonu gibi, trenin daha uzun olmasına neden olan mesaj bayt ve düğüm sayısı ile değişir.

EtherCAT başlığının ikinci kısmı ayrılmış bir bittir, ardından bir tamsayı takip eder. Tamsayı, doğru yorumlamayı sağlayan mesajın türünü tanımlar.



PDO Verisi Başlıktan
sonra, Ether CAT çerçevesi İşlem Veri Nesneleri veya PDO’lar içerir. PDO’lar çerçeve içindeki düğüm ve mesajların sayısına karşılık gelir. Her bir PDO, bir düğüme, ürün kutusunun içindeki veriyi içerir. PDO’lar ayrıca PDO’ların alacağı düğümleri anlatarak ayrı ayrı ele alınmaktadır.

Çalışma Sayacı
EtherCAT çerçevesinin son kısmı çalışma sayacıdır. Bu sayı, bir çerçeve kontrol dizisinin çalıştığı şekilde çok çalışır. Çalışma sayacı, EtherCAT çerçevesinin içeriğine bağlıdır. Çalışma tezgahının doğru olmasını sağlayarak, her bir düğüm, çerçevenin bütününü aldığından emin olabilir.

Avantaj: Hız
EtherCAT’in ardındaki “sinek üzerinde işlemenin” temel ilkesi, net bir avantaj sağlar. Bir mesajın standart bir Ethernet ağı üzerinden yaşayacağı gecikme, bir EtherCAT ağındaki küçük gecikmeden çok daha büyüktür. Bununla birlikte, dikkat edilmesi gereken iki önemli nokta vardır. İlk önce bir gecikme var. EtherCAT çerçevesi sürekli olarak hareket edemez, bu nedenle her düğüm küçük bir gecikme sunar.

İkincisi, gerekirse EtherCAT ağları yavaşlatılabilir. Bazı bilgisayarlar, artan döngü sayısını ve optimize edilmiş EtherCAT’ın sunabileceği azaltılmış çevrim sürelerini idare etmekte zorluk çekebilir. Ancak, bilgisayar için ağ yapılandırılabilir, ancak bu bilgisayarların altında çalışabilecekleri en yüksek hıza izin verir.

Her zaman sayılarla ilgili olduğu gibi; “Rakamlar yalan söylemez ama yalancı figür”. Endüstriyel bir ağ için herhangi bir performans numarası vermek şüpheye açıktır, ancak genellikle 1000’lü dijital IO’lar 30 mikrosaniyede güncellenebilir ve 100 Servo 10KHz’de güncellenebilir.



Esnek Topoloji
EtherCAT’ın “anında işlenmesi” ilkesi, hıza ek olarak bir başka avantaja sahiptir. EtherCAT ağları birçok tür topolojide yapılandırılabilir. Tıpkı Ethernet gibi, bir yıldız topolojisi oldukça basit. Yine de EtherCAT bir yıldız topolojisinin ötesine uzanabilir.

EtherCAT, Ethernet donanımı kullanan bir fieldbus sistemi imkanı yaratır. Fieldbus veya gövde, topolojiyi başlangıç ​​topolojisi ile birleştirmek son derece kullanışlı yeni bir stil yaratır. Ana hatların ve tek tek dalların kombinasyonu, bir EtherCAT ağı için programlamada esneklik sağlar.

EtherCAT, kablolamada olası kesintileri telafi eden yerleşik fazlalığa sahiptir. Bir hat bozulduğunda, ağ bir ara tespit edebilir. EtherCAT çerçevesi ağın sonuna kadar gidebilir ve mesajlar ters yönde aynı yol üzerinde geri döndüğü için, çerçeve tersine döner ve master’a geri döner. Bu şekilde, tüm EtherCAT ağları bir halka topolojisinde oldukları gibi davranabilir. Bir halka topolojisinde bir EtherCAT ağını yapılandırmak, daha sonra, başka bir yedeklilik seviyesi ekler.

Bu tartışmadan, EtherCAT’in tek bir alt ağ ile sınırlı olduğu varsayılabilir. Bu doğru değil. EtherCAT telgrafları yönlendirilebilir UDP paketlerinde taşınabilir. Elbette, yönlendirme tek bir alt ağda tüm EtherCAT slave’lerine sahip olmaktan daha fazla gecikme getirecektir.

Senkronizasyon
IEEE 1588 Precision Time Protocol standardının yayınlanmasıyla açıkça anlaşıldığı üzere, Endüstriyel Ağ endüstrisinde senkronizasyon önem kazanmıştır. Senkronizasyon, EtherCAT sistemlerinin bir başka avantajıdır. EtherCAT, ek donanım gerektirmeden IEEE 1588’in özelliklerini karşılayan düşük bir titreşim veren dağıtılmış bir saat mekanizması içerir.

EtherCAT senkronizasyon sağlar.

Mekanizma, her bir düğümün EtherCAT çerçevesine dahil ettiği zaman damgaları nedeniyle mümkündür. Her düğüm, EtherCAT çerçevesine iki kez bir zaman damgası ekler. İlk olarak, köle düğümü, ağ üzerinden gönderilirken iletiyi alırken bir zaman damgası ekler. Ardından, çerçeve düğümlerden geri döndüğünde, her köle başka bir zaman damgası ekler. Ana çerçeve, her bir köle için iki zaman damgası ile çerçeveyi alır.

Zaman bilgisi ile, master her düğüm için gecikmeyi hesaplayabilir. Master, gönderdiği her kare için hesaplamayı tekrarlar. Ağ çalışırken, muazzam numune boyutu, master’ın inanılmaz derecede doğru verilere sahip olduğu anlamına gelir. Doğal halka topolojisi, her mesajda doğrulukla artan inanılmaz verimli bir saat mekanizması yaratır.



Diğer Özellikler
Senkronizasyon, esnek topoloji ve hız, EtherCAT’in benzersiz çalışma prensibine bağlı avantajlarıdır. ETG’nin çalışmaları sayesinde, EtherCAT’in bahsetmeye değer başka bazı özellikleri var.

Cihaz Profilleri
EtherCAT, cihaz profillerini Ethernet / IP ve diğer CIP protokolleri gibi nesneleri kullanır. EtherCAT ağlarında kullanılan birçok fieldbus cihazı CAN’da zaten tanımlanmıştır. EtherCAT, tüm CANopen ailesini destekler, diğer bir IEC standardı olan EtherCAT, içine sığar. CANopen’e ek olarak, EtherCAT Sercos sürücü profilini destekler. Tahrik profilleri, bir kullanıcının EtherCAT ağını, “tekerleği yeniden icat etmeden” özel ihtiyaçlarına göre yapılandırmasını sağlar. Temel profiller önceden tanımlanmıştır.

Güvenlik Protokolü
EtherCAT’in bazı bölümlerini tanımlayan bir çok IEC standardı IEC 61508’dir. Bu standart, EtherCAT (FSoE) üzerinden Fonksiyonel Güvenliği tanımlar. EtherCAT protokolünün FSoE versiyonu, Güvenlik Bütünlüğü Seviye 3 gereksinimlerini karşılar. Daha yüksek güvenlik elde etmek için FSoE, güvenlik bilgisini standart EtherCAT çerçevesine ekler.

Geliştirme
EtherCAT Master cihazları herhangi bir standart Ethernet MAC kullanılarak geliştirilebilir. Özel bir donanım gerekmez. Beckoff, standart bir Windows PC’den EtherCAT slave cihazlarına erişebilen bir PC Master cihazı sağlar. EtherCAT Slave cihazları, EtherCAT ağına erişmek için EtherCAT ASIC (Uygulamaya Özel Entegre Devre) kullanmalıdır. EtherCAT ASIC, Beckoff ve diğer tedarikçilerden temin edilebilir.

Uygulama Maliyetleri
Kontrolör veya Ana cihaz için donanım maliyetleri, özel bir donanım gerektirmediği için sınırlıdır ve herhangi bir Ethernet özellikli PC, Ana cihaz olarak kullanılabilir. EtherCAT ASIC, standart Ethernet özellikli mikroişlemcilerden daha pahalı olan büyük bir ayak izi aygıtı olduğundan, EtherCAT Slave cihazları tasarım ve geliştirmeye oldukça büyük bir yatırım gerektirir. Sistem uygulamasında, EtherCAT çok uygun maliyetli olabilir. EtherCAT ağını oluşturmak için ek anahtarlar, yönlendiriciler veya hub’lar gerekli değildir ve uygulama için en uygun olan topolojide konuşlandırılabilir.



Özet
EtherCAT, Ethernet uygulamaları için çok yüksek performanslı, kurulumu kolay, açık uygulama katmanı protokolüdür. Senkronizasyon yetenekleri ve tam bant genişliği kullanımı, çok sayıda sürücünün senkronize edilmesi gereken hareket uygulamaları için çok çekici. Hem Ethernet başlangıç ​​topolojisini hem de tüm switch yönlendiricileri ve hub’ları kaldırarak kurulum masraflarını kaydeder. EtherCAT, performans, topoloji ve genel dağıtım maliyetinin sürüş faktörleri olduğu Ethernet uygulama katmanları yelpazesine uyar.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir