EtherCAT® est un protocole de réseau déterministe haute performance basé sur Ethernet et développé par Beckhoff. Il a été prouvé dans l'industrie qu'il permet un contrôle déterministe à grande vitesse avec du matériel standard 100 base-T et qu'il permet d'obtenir des résultats rapides et cohérents dans des applications exigeantes. EtherCAT est une technologie ouverte, ce qui signifie que tout le monde peut utiliser, mettre en œuvre et bénéficier de cette technologie. En conséquence, les servovariateurs EtherCAT sont devenus un élément essentiel de l'industrie du contrôle du mouvement.
EtherCAT est disponible pour tous nos produits. FlexPro™ famille et beaucoup de nos DigiFlex® Performance™ (DP-Family), qui fonctionnent en mode couple, vitesse et position et offrent un contrôle complet des réglages de toutes les boucles d'asservissement afin d'obtenir les meilleures performances pour votre application.
Les servo-variateurs EtherCAT montés sur circuit imprimé utilisent également les technologies suivantes ADVANCED L'interface de communication multi-axe haute vitesse unique et propriétaire de Motion Controls et ses capacités d'extension d'E/S (technologies 'DxM'™ et 'DxI/O'™). Désormais, une seule interface EtherCAT® peut accueillir une combinaison de jusqu'à 4 axes de mouvement avec 32 entrées numériques, 32 sorties numériques, 4 entrées analogiques et 2 sorties analogiques chacun. Le résultat est une solution de contrôle de mouvement hautement intégrée et de grande valeur pour les applications à un ou plusieurs axes.
ADVANCED Les servovariateurs EtherCAT à module enfichable de Motion Controls ont été nommés gagnants des Golden Mousetrap Awards annuels de Design News en reconnaissance de notre innovation technique et de notre créativité dans la conception des produits ! ADVANCED La dernière famille de servomoteurs de Motion Controls, FlexPro™a été la première famille de servovariateurs conçue dès le départ avec EtherCAT.® en tête.
Avantages d'EtherCAT®
Utilisation maximale de la bande passante
Le principe fondamental d'EtherCAT est la lecture pass-through. Contrairement à d'autres protocoles où le maître interroge chaque nœud individuellement, EtherCAT envoie un seul message à un nœud qui est ensuite transmis au nœud suivant et aux nœuds successifs jusqu'à ce que tous les nœuds du réseau aient reçu le message. Cela fonctionne parce que le message contient les informations et les instructions pour tous les nœuds du réseau. Chaque nœud ne lit et ne répond qu'à ses propres données, et chaque nœud peut également renvoyer des informations au maître en insérant des données dans le message lors de son passage. Par exemple, il peut ajouter au message des informations sur la position, la vitesse et l'état. Les données ajoutées seront lues par le maître une fois que le message aura traversé tous les nœuds et sera renvoyé au maître.
Lorsque le message revient au maître EtherCAT, chaque nœud du réseau a reçu de nouvelles données d'entrée du maître et renvoyé de nouvelles données de sortie au maître. Un réseau EtherCAT peut être comparé à un chemin de fer où chaque station peut décharger et recharger des wagons pendant que le train reste en mouvement. Sans l'insuffisance de petites charges utiles ou de messages ciblés sur des nœuds spécifiques, un réseau de servomoteurs EtherCAT peut atteindre une utilisation maximale de la bande passante.
Vitesse et temps réel
Tous les paquets EtherCAT sont générés et envoyés par le maître en utilisant la transmission full duplex. Tous les contrôleurs de moteur EtherCAT d'un réseau peuvent lire et écrire des données dans le paquet EtherCAT au fur et à mesure qu'il passe avec seulement un court délai constant (généralement moins de 500 ns) pour chaque dispositif esclave (indépendamment de la taille du paquet). En règle générale, un grand nombre d'esclaves peut être pris en charge par un seul paquet, ce qui permet d'optimiser l'utilisation de la bande passante et de réduire le nombre d'interruptions. Une étude a montré un temps de cycle minimum de 50 microsecondes sur un réseau gigabit avec 50 dispositifs et 100 octets de charge utile par dispositif. Même dans cet exemple où le nombre de nœuds et la charge utile sont beaucoup plus élevés que dans un système d'asservissement typique, les temps de cycle sont toujours plus rapides que les taux de mise à jour de la boucle de position et de la boucle de courant des servomoteurs. Cela signifie que le réseau fonctionne plus rapidement que les boucles de contrôle du mouvement, ce qui garantit des performances en temps réel.
EtherCAT est suffisamment rapide pour fonctionner avec un contrôle distribué ou centralisé
Contrôle distribué
Avec la commande de mouvement distribuée, les servomoteurs fonctionnent en mode vitesse ou en mode position (par opposition au mode couple). Cela permet au contrôleur primaire de se concentrer sur les boucles de contrôle externes et de laisser les servocommandes s'occuper des boucles internes. Il en résulte une réduction de la charge de calcul nécessaire au contrôleur pour commander et contrôler le mouvement, car les servocommandes partagent une partie de la responsabilité en fermant la boucle de vitesse et/ou la boucle de position. De plus, le trafic réseau entre les servocommandes et le contrôleur est également réduit puisque moins de commandes doivent être envoyées.
Le trafic réseau peut être encore réduit si les variateurs fonctionnent en mode PVT. Dans ce mode, les variateurs reçoivent une série de valeurs de position, de vitesse et de temps. Chaque point PVT indique qu'à un moment donné, le moteur se trouve à la position et à la vitesse indiquées. Les éléments "T" des points PVT peuvent être espacés de plusieurs dizaines de millisecondes, ce qui réduit considérablement le trafic réseau. Les lecteurs interpolent ensuite entre les points. Plusieurs points PVT peuvent être envoyés au servomoteur et stockés dans une mémoire tampon pour être consommés aux moments opportuns. Avec le PVT, les variateurs prennent en charge toutes les tâches de contrôle du mouvement, le contrôleur se contentant de définir la trajectoire du mouvement. Les réseaux plus lents comme CANopen peuvent grandement bénéficier du contrôle PVT. Avec EtherCAT, le réseau est suffisamment rapide pour fonctionner avec un contrôle centralisé ou distribué, laissant au concepteur du système le soin de choisir le type de contrôle qu'il souhaite.
Contrôle centralisé
Dans le cas d'une commande centralisée, le contrôleur envoie des commandes de couple aux pilotes des moteurs et ferme toutes les boucles. Les frais généraux en termes d'exigences de calcul et de trafic réseau sont beaucoup plus élevés avec la commande centralisée qu'avec la commande distribuée. Heureusement, EtherCAT est suffisamment rapide pour fonctionner avec un schéma de contrôle centralisé. Quel est donc l'intérêt ? Pourquoi utiliser la commande centralisée ? Dans les applications à haute performance, les concepteurs de systèmes peuvent vouloir utiliser des algorithmes de commande spécialisés, des filtres, une anticipation, ou vouloir suivre les trajectoires de mouvement de plus près qu'avec des mouvements interpolés. La commande centralisée permet au concepteur du système de contrôler entièrement la commande de mouvement du système.
Câblage réduit pour les E/S, la rétroaction et les périphériques
Avant l'avènement des réseaux à haut débit dans le domaine du contrôle du mouvement, les fils de retour et de signal des moteurs et des autres dispositifs devaient remonter jusqu'au contrôleur. Si vous regardez un contrôleur multi-axes centralisé traditionnel, ne soyez pas surpris de trouver 50 à 100 bornes pour tous les fils de signaux. Dans un système traditionnel, chaque axe servo a besoin d'au moins 11 fils pour revenir au contrôleur :
Codeur avec signaux différentiels - A, B, I, puissance = 8 fils
Signal de commande = 2 fils
Ligne d'inhibition = 1 fil
Par exemple, un bras de robot avec 3 axes de contrôle de mouvement peut facilement devenir un cauchemar de câblage et de fiabilité. Avec les servomoteurs et les variateurs intégrés dans chaque articulation, il faudrait faire passer au moins 33 fils dans le bras et dans le contrôleur. Lorsque le faisceau de câbles atteint l'articulation de l'épaule, il est le plus gros et comporte le plus de fils. L'ensemble du faisceau devra encore être fiable et résister à toutes les flexions et torsions du bras. Dans un vrai bras de robot, le nombre de fils est en fait plus proche de 50-75 si l'on tient compte des relais de freinage, des capteurs, de l'alimentation des servomoteurs et d'autres composants. Chaque fil supplémentaire réduit la fiabilité et rend l'installation plus difficile.
Heureusement, avec les réseaux à grande vitesse tels que EtherCAT, ce problème n'existe plus. Le nombre de fils de signaux peut être réduit à 6 pour le signal EtherCAT plus l'alimentation logique si nécessaire. Avec les servomoteurs et les servocommandes intégrés situés à chaque articulation du bras, les servocommandes EtherCAT peuvent servir d'interface entre tous les périphériques et le contrôleur. Les périphériques n'ont même pas besoin d'être compatibles avec EtherCAT, tant qu'ils sont compatibles avec le servomoteur. Tout signal que le servomoteur voit peut être interprété et envoyé au contrôleur. Notamment la position du moteur, la vitesse, le courant du moteur et l'état des E/S. Même les capteurs analogiques peuvent être utilisés comme E/S réseau en utilisant les entrées analogiques des servovariateurs. Le convertisseur A/N du variateur peut convertir le signal analogique en numérique puis envoyer la valeur au contrôleur via EtherCAT.
Avantages
- Basé sur l'Ethernet standard pour 100baseT
- Temps réel jusqu'au niveau des E/S
- Plusieurs topologies possibles - ligne, étoile, arborescence, marguerite, lignes aériennes - peuvent être utilisées dans n'importe quelle combinaison.
- Ne nécessite pas de matériel Ethernet particulier - les cartes d'interface réseau (NIC) standard peuvent être utilisées.
- CANopen over EtherCAT (CoE) permet d'utiliser le protocole et les fonctionnalités de CANopen sur EtherCAT.
- Ethernet over EtherCAT (EoE) permet d'utiliser d'autres services et protocoles basés sur Ethernet sur le même réseau physique.
ADVANCED Les capacités de Motion Controls
- Vitesse maximale de 2x100 Mbit/sec
- Taux de mise à jour de 10 kHz
- Gigue < 1 ms
Conclusion
En raison de son taux de cycle rapide, EtherCAT peut être utilisé dans des schémas de commande centralisés et distribués dans des systèmes de contrôle du mouvement en temps réel. EtherCAT est suffisamment rapide pour prendre en charge non seulement le contrôle du mouvement, mais aussi le transport des données des périphériques. Le fait de canaliser toutes les exigences en matière de données via EtherCAT peut accroître la fiabilité en réduisant considérablement le nombre de fils susceptibles de tomber en panne. EtherCAT est une technologie ouverte que tout le monde peut utiliser.
