EtherCAT lần đầu tiên được phát triển bởi một PLC nhà sản xuất cụ thể là Beckhoff Automation được sử dụng trong các hệ thống điều khiển thời gian thực & Tự động trong công nghiệp . Beckhoff Automation đã phát triển phiên bản Fieldbus của riêng họ như LightBus vào những năm 1980 để giải quyết vấn đề băng thông cho các giao diện khác. Công việc bổ sung trên giao thức này cuối cùng đã dẫn đến phát minh EtherCAT. Beckhoff đã đưa ra giao thức EtherCAT vào năm 2003 trên toàn thế giới. Sau đó, họ đã đóng góp quyền cho Nhóm Công nghệ EtherCAT (ETG) vào năm 2004. ETG có một nhà phát triển cũng như một nhóm người dùng cực kỳ tích cực. Bài viết này thảo luận tổng quan về Khái niệm cơ bản về Ethercat - làm việc với các ứng dụng.

Ethercat là gì?

EtherCAT hay Công nghệ tự động hóa điều khiển Ethernet là một hệ thống mạng công nghiệp phụ thuộc vào hệ thống Ethernet được sử dụng để đạt được thông tin liên lạc rất nhanh và thành thạo hơn. Vì vậy, EtherCAT là một mạng rất nhanh được sử dụng để xử lý dữ liệu bằng phần cứng và phần mềm chuyên dụng. Mạng này sử dụng cấu hình song công chính, phụ với bất kỳ cấu trúc mạng .

Thời gian thực hiện để xử lý 1000 điểm I / O là 30 giây và giao tiếp với 100 trục servo trong vòng 100 chúng tôi. Các trục servo sẽ nhận các giá trị đã đặt để kiểm soát dữ liệu và báo cáo trạng thái thực tế. Các trục này được đồng bộ hóa thông qua một phương pháp đồng hồ phân tán là phiên bản IEEE 1588 đơn giản và giảm jitter xuống dưới 1 us. EtherCAT cung cấp đầu ra nhanh chóng vì các thông điệp được xử lý trong phần cứng trước khi chúng được chuyển sang nô lệ tiếp theo.

Kiến trúc EtherCAT

Kiến trúc mạng EtherCAT được hiển thị bên dưới sử dụng nguyên tắc chủ / tớ để kiểm soát quyền truy cập vào phương tiện. Trong kiến trúc này, EtherCAT master thường là hệ thống điều khiển sử dụng cổng Ethernet điển hình cũng như thông tin định lượng mạng được lưu trữ trong ENI (EtherCAT Network Information) ﬁ le.

Kiến trúc EtherCAT

Tệp Thông tin Mạng EtherCAT được tạo đơn giản dựa trên các tệp ESI (EtherCAT SlaveInformation) được các thương nhân cung cấp cho mỗi thiết bị. Tại đây, nút chính truyền các khung đến các nút phụ có thể chèn và xóa dữ liệu khỏi các khung này. Thiết bị nô lệ là các nút giống như ổ đĩa động cơ EPOS3 chứa các cổng Ethernet để giao tiếp thông qua một EtherCAT master. Ở đây, EtherCAT master là một thiết bị máy tính được sử dụng để duy trì giao tiếp dữ liệu giữa master cũng như các nô lệ khác nhau.

EtherCAT hoạt động như thế nào?

EtherCAT được sử dụng để khắc phục các lỗi điển hình của Ethernet công nghiệp thông qua chế độ hoạt động hiệu suất cao, trong đó thường một khung duy nhất là đủ để truyền và nhận dữ liệu điều khiển từ và đến tất cả các nút. Giao thức EtherCAT được xây dựng trên lớp vật lý của Ethernet, tuy nhiên, EtherCAT sử dụng cách tiếp cận xử lý khi di chuyển để chuyển tải và định tuyến tin nhắn, còn được gọi là giao tiếp trực tuyến thay vì sử dụng TCP / IP.

Cấu hình chính và phụ của EtherCAT được hiển thị bên dưới. Trong cấu hình này, master của Ethercat truyền một gói dữ liệu (điện tín) xuyên suốt mọi slave mà nó còn được gọi là một nút.
Tính năng chính của EtherCAT là các nô lệ trong cấu hình trên có thể đọc, trích xuất đơn giản dữ liệu liên quan được yêu cầu từ bức điện và thêm thông tin vào bức điện trước khi nó chuyển sang nút hoặc nô lệ thứ hai. Vì vậy, bức điện di chuyển xuyên suốt tất cả các nô lệ được kết nối và sau đó trở lại tổng thể.

Cấu hình EtherCAT Master & Slave

Giao thức EtherCAT gửi một bức điện từ thiết bị chủ đến tất cả các nô lệ được kết nối trong mạng. Mọi nô lệ trong mạng có thể chỉ cần đọc dữ liệu áp dụng cho nô lệ đó và có thể thêm dữ liệu vào bức điện trước khi nó chuyển đến nút thứ hai.

Việc đọc và ghi dữ liệu chỉ được kích hoạt thông qua một ASIC đặc biệt trên mọi nô lệ của EtherCAT. Trong cách tiếp cận này, mọi nô lệ sẽ giới thiệu một độ trễ tối thiểu cho quy trình và các va chạm là không khả thi.

Giao thức EtherCAT chỉ đơn giản là cung cấp giao tiếp thời gian thực và xác định, tương thích với điều khiển chuyển động đồng bộ và đa trục mà không yêu cầu phần cứng bổ sung để đạt được đồng bộ hóa giữa một số trục.

Khả năng chịu lỗi

Trong cấu hình chủ & tớ của EtherCAT, nếu đầu ra của nút cuối cùng không liên kết với nút chính, thì dữ liệu được trả về tự động theo hướng khác thông qua giao thức EtherCAT. Vì vậy, dấu thời gian được duy trì.

Mỗi nút trong cấu hình trên đều đánh dấu thời gian dữ liệu khi nó được lấy và sau đó, nó lại đóng dấu khi nó truyền đến nút thứ hai. Do đó, bất cứ khi nào cái chính lấy lại dữ liệu từ các nút khác nhau, thì nó sẽ xác định độ trễ của mỗi nút một cách dễ dàng. Việc truyền dữ liệu từ cái chính thu được một dấu thời gian I / O từ mỗi nút để làm cho EtherCAT xác định và chính xác hơn nhiều.

Khả năng chịu lỗi

Khả năng chịu lỗi có nghĩa là, các mạng của EtherCAT không nhất thiết phải được kết nối trong một mạng vòng như thể hiện trong sơ đồ trên, tuy nhiên nó có thể được kết nối theo các cách khác nhau, như cấu trúc liên kết cây, cấu trúc liên kết đường, cấu trúc liên kết vòng, cấu trúc liên kết hình sao và cũng có thể với các tổ hợp.

Tất nhiên, giữa nô lệ và chủ nhân, phải có một làn đường kết nối. Một khi bạn rút phích cắm thì chúng không thể hoạt động, mặc dù cấu trúc liên kết mạng rất linh hoạt và chịu được lỗi ở mức độ tuyệt vời.

Trong hệ thống EtherCAT, các thiết bị chuyển mạch không cần thiết như những gì chúng ta đã tìm thấy trong Ethernet. Có thể đạt được chiều dài cáp giữa các nút lên đến 100 mét. Tín hiệu vi sai điện áp thấp trên cáp đồng xoắn đôi hoạt động ở tốc độ tối đa với mức tiêu thụ điện năng rất ít. Vì vậy, cũng khả thi khi sử dụng cáp quang (FOC) để tăng tốc độ và bao gồm cách ly điện giữa các thiết bị.

EtherCAT sử dụng Cáp Ethernet có thể lên đến 100m phạm vi giữa hai nút. Ngoài ra, giao thức cho phép truyền dữ liệu và cấp nguồn thông qua một dây cáp. Loại kết nối này được sử dụng để kết nối các thiết bị khác nhau như cảm biến với một đường dây duy nhất. Nếu khoảng cách của nút trên 100m thì Cáp quang được sử dụng giống như 100BASE-FX. Đối với EtherCAT, phạm vi dây Ethernet hoàn chỉnh cũng có sẵn.

Khung EtherCAT

Giao thức EtherCAT sử dụng một khung Ethernet điển hình bao gồm tối thiểu một hoặc trên các biểu đồ dữ liệu. Trong khung này, tiêu đề datagram sẽ chỉ định loại thiết bị chính muốn thực hiện:

Đọc, viết, đọc-viết.
Quyền truy cập vào một thiết bị phụ cụ thể thông qua địa chỉ trực tiếp hoặc quyền truy cập vào các thiết bị phụ khác nhau thông qua địa chỉ logic.

Định địa chỉ logic được sử dụng cho quá trình trao đổi dữ liệu theo chu kỳ trong đó mỗi Datagram địa chỉ một phần chính xác của hình ảnh quá trình trong phân đoạn của giao thức EtherCAT.

Khung EtherCAT

Mọi thiết bị phụ được cấp phát với một hoặc nhiều địa chỉ trong không gian địa chỉ chung này trong toàn bộ mạng được thiết lập. Một Datagram đơn lẻ có thể được coi là nếu một số thiết bị phụ được cấp phát địa chỉ trong một vùng tương tự.

“hai công dụng chính của bóng bán dẫn là gì ”

Trong EtherCAT, Datagram bao gồm thông tin liên quan đến việc truy cập dữ liệu, do đó thiết bị chính đưa ra quyết định về thời điểm truy cập dữ liệu.

Giao thức an toàn

Hiện nay, an toàn là một trong những tính năng chính ngay cả trong lĩnh vực tự động hóa để truyền dữ liệu cũng như liên lạc. Vì vậy, EtherCAT sử dụng giao thức An toàn cho các mục đích bảo mật bằng cách cho phép một hệ thống liên lạc duy nhất cho cả an toàn và kiểm soát dữ liệu. Tính năng an toàn này cũng sửa đổi dữ liệu một cách linh hoạt & mở rộng kiến trúc hệ thống bảo mật, v.v.

Công nghệ an toàn của giao thức EtherCAT được chứng nhận TÜV & được phát triển dựa trên IEC 61508 & giống với IEC 61784-3. Giao thức này có thể áp dụng trong các ứng dụng an toàn thông qua Mức độ toàn vẹn an toàn bằng SIL 3.

Ethercat Vs Ethernet

Sự khác biệt giữa EtherCAT và Ethernet được thảo luận dưới đây.

EtherCAT	Ethernet
EtherCAT là một hệ thống Fieldbus dựa trên Ethernet.	Ethernet là một công nghệ mạng máy tính có dây.
Nó có thể áp dụng trong cả yêu cầu tính toán thời gian thực mềm và cứng trong công nghệ tự động hóa.	Nó có thể áp dụng trong mạng LAN, MAN và WAN.
Tiêu chuẩn quốc tế Ethercat là IEC 61158	Tiêu chuẩn quốc tế Ethernet là IEEE-802.3.
Nó yêu cầu hoạt động chủ / tớ.	Nó không yêu cầu hoạt động chính / phụ.
Nó cần Topo dựa trên Ring.	Nó không cần cấu trúc liên kết dựa trên vòng.
Nó được tối ưu hóa đặc biệt để kiểm soát thời gian thực.	Nó không được tối ưu hóa để kiểm soát thời gian thực.
Nó được tối ưu hóa để tránh va chạm dữ liệu.	Nó không được tối ưu hóa để tránh va chạm dữ liệu.

Ethercat Vs Profinet

Sự khác biệt giữa EtherCAT và Profinet được thảo luận dưới đây.

EtherCAT	Profinet
EtherCAT là một loại giao thức được sử dụng để mang lại tính linh hoạt và sức mạnh của Ethernet cho tự động hóa công nghiệp, hệ thống điều khiển thời gian thực, điều khiển chuyển động và hệ thống thu thập dữ liệu.	Profinet là một giao thức truyền thông dùng để trao đổi dữ liệu giữa bộ điều khiển và thiết bị.
EtherCAT cung cấp một giải pháp mở với chi phí rất thấp so với cả PROFINET IRT & SERCOS III.	Profinet không cung cấp giải pháp mở với chi phí rất thấp.
Thời gian phản hồi của nó là 0,1ms.	Thời gian phản hồi của nó là <1ms.
Jitter của ethercat là <0,1ms.	Profinet jitter là <1ms.

Ethercat Vs CANopen

Sự khác biệt giữa EtherCAT và CANopen được thảo luận dưới đây.

EtherCAT	HỦY
Tốc độ xe buýt trong Ethercat là 100 Mbps.	Tốc độ bus trong CANopen là 1 Mbps.
Chế độ truyền được sử dụng trong Ethercat là chế độ song công.	Chế độ truyền được sử dụng trong CANopen là chế độ bán song công.
Tính xác định hoặc độ chập chờn giữa các thiết bị thấp nhất là 1ns.	Tính xác định hoặc độ chập chờn giữa các thiết bị thường là 100 đến 200 ns.
Một chủ duy nhất được sử dụng với một hoặc nhiều nô lệ.	Single / multi-master được sử dụng với một hoặc nhiều nô lệ.
Khoảng cách tối đa giữa các thiết bị là 100 mét.	Khoảng cách tối đa giữa các thiết bị chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ của xe buýt.
Cổng giao tiếp được sử dụng như một cổng phụ là USB.	Cổng giao tiếp được sử dụng làm thứ cấp là RS232.

Ethercat Vs Modbus

Sự khác biệt giữa EtherCAT và Modbus được thảo luận dưới đây.

EtherCAT “điều khiển tốc độ của động cơ dc ”	Modbus
EtherCAT là một hệ thống bus trường dựa trên Ethernet.	Modbus là một giao thức truyền thông dữ liệu nối tiếp
Nó sử dụng quá trình xử lý trên nguyên tắc bay.	Nó sử dụng các đường giao tiếp nối tiếp ký tự.
EtherCAT dựa trên mô hình chủ và mô hình nô lệ.	Modbus dựa trên mô hình yêu cầu-phản hồi.
Nó hỗ trợ tất cả cấu trúc liên kết mạng hầu hết.	Nó chỉ hỗ trợ cấu trúc liên kết đường và hình sao.
Ethercat là xác định.	Modbus không mang tính xác định vì nó dựa trên TCP.

Ưu điểm và nhược điểm

Các ưu điểm của giao thức Ethercat bao gồm những điều sau đây.

EtherCAT là một Fieldbus nổi bật được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển chuyển động.
Nó được xác minh để tối ưu hóa hiệu suất máy thông qua cấu trúc liên kết linh hoạt, hiệu suất xác định & bộ tính năng khác nhau.
Nó chỉ hỗ trợ toàn bộ gia đình CANopen và hồ sơ ổ đĩa của Sercos. Vì vậy, điều này hỗ trợ người dùng sắp xếp các mạng EtherCAT một cách dễ dàng với ứng dụng chính xác bằng cách thay đổi các cấu hình cơ bản được xác định trước.
Khả năng dự phòng của nó cũng có thể sử dụng cấu trúc liên kết vòng.EtherCAT cũng sử dụng dấu sao, cây, dòng và cấu trúc liên kết xe buýt .
Giao thức này cung cấp tốc độ cao, lưu lượng dữ liệu ít hơn, chi phí phần cứng ít hơn và cơ chế đồng bộ hóa & chính xác hơn so với Ethernet.
Tốc độ mạng này cũng có thể được quản lý vì các máy tính có thể gặp khó khăn khi xử lý số lượng chu kỳ tốt hơn, do đó việc tối ưu hóa trong EtherCAT có thể đạt được.
Nó hỗ trợ gần như tất cả các cấu trúc liên kết để có thể được sử dụng trong một loạt các ứng dụng với bộ chuyển mạch dựa trên cấu trúc liên kết hình sao Ethernet điển hình.
Giao thức Ethernet rất an toàn, sử dụng các bản gốc được đơn giản hóa, dung lượng dữ liệu nhiều hơn và Quá trình xử lý đang diễn ra nhanh chóng.

Những nhược điểm của giao thức Ethercat bao gồm những điều sau đây.

Hạn chế chính của EtherCAT là các thiết bị nô lệ yêu cầu chèn một phần cứng ASIC cụ thể để thực thi EtherCAT. Mô hình dữ liệu của nó cực kỳ khác biệt và cũng rất khó hiểu.

Các ứng dụng

Các các ứng dụng của EtherCAT bao gồm những điều sau đây.

EtherCAT có thể áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau do có nhiều tính năng như hiệu suất tuyệt vời, tính đơn giản, mạnh mẽ, khả năng chi trả, bảo mật tích hợp và cấu trúc liên kết linh hoạt. Nó được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau như Máy công cụ, Robot, Máy ép in, Máy ép, Nhà máy điện, Trạm biến áp, Bàn thử nghiệm, Máy hàn, Máy nông nghiệp, Cần trục và thang máy, Tua bin gió, Máy phay, Máy chọn và Đặt, Máy đóng gói, Đo lường hệ thống, công trình sắt thép, máy giấy & bột giấy, hệ thống điều khiển sân khấu, hệ thống điều khiển đường hầm, v.v.
Nó được áp dụng trong đo lường thiết bị, thiết bị y tế, điều khiển máy, máy di động, nhiều hệ thống nhúng & ô tô.
Nó có hiệu suất cực cao, cài đặt đơn giản và mở giao thức dựa trên lớp ứng dụng được sử dụng trong các ứng dụng Ethernet
Đây là một hệ thống giao tiếp mở và thời gian thực, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất tự động hóa.

Vì vậy, đây là tổng quan về Ethercat - làm việc với các ứng dụng. EtherCAT làm cho hệ thống và máy móc đơn giản hơn, nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Đây là một tiêu chuẩn IEC quốc tế không chỉ dành riêng cho sự ổn định mà còn cho sự cởi mở: cho đến nay, các thông số kỹ thuật của EtherCAT chưa bao giờ bị thay đổi, mà chỉ mở rộng một cách tương thích. EtherCAT được coi là “Ethernet Fieldbus” vì nó kết hợp các lợi ích của Ethernet với sự đơn giản của hệ thống Fieldbus tiêu chuẩn & tránh sự phức tạp của công nghệ CNTT. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, Ethernet là gì?