כונני סרוו EtherCAT

EtherCAT® הוא פרוטוקול רשת דטרמיניסטי מבוסס Ethernet בעל ביצועים גבוהים שפותח על ידי Beckhoff. זה מוכח בתעשייה כמספק שליטה דטרמיניסטית במהירות גבוהה עם חומרה סטנדרטית 100 base-T ומשיג תוצאות מהירות ועקביות ביישומים תובעניים. EtherCAT היא טכנולוגיה פתוחה שמשמעותה שכל אחד יכול להשתמש, ליישם ולהפיק תועלת מהטכנולוגיה. כתוצאה מכך, כונני סרוו EtherCAT הפכו לחלק חיוני מתעשיית בקרת התנועה.

EtherCAT

EtherCAT זמין עבור כולנו FlexPro™ המשפחה ורבים מאיתנו DigiFlex® Performance™ (DP-Family) כונני סרוו דיגיטליים, הפועלים במצב מומנט, מהירות ומיקום ומציעים בקרת כוונון מלאה של כל לולאות הסרוו כדי להשיג את הביצועים הגבוהים ביותר עבור היישום שלך.

 

גם כונני סרוו התומכים בתקנת PCB משתמשים ב-EtherCAT ADVANCED ממשק תקשורת מרובה צירים ויכולות הרחבת I/O הייחודי והקנייני של Motion Controls (טכנולוגיות 'DxM'™ ו-'DxI/O'™). עכשיו EtherCAT יחיד® הצומת יכול להכיל שילוב של עד 4 צירי תנועה עם 32 כניסות דיגיטליות, 32 יציאות דיגיטליות, 4 כניסות אנלוגיות ו-2 יציאות אנלוגיות כל אחת. התוצאה היא פתרון בקרת תנועה משולב במיוחד עבור יישומים בודדים או רב צירים.

ADVANCED מודול הפלאג-אין של Motion Controls כונני סרוו EtherCAT נבחרו לזוכים בפרסי מלכודת העכברים השנתיים של Design News כהוקרה על החדשנות ההנדסית והיצירתיות שלנו בעיצוב המוצר! ADVANCED קבוצת כונני הסרוו העדכנית ביותר של Motion Controls, FlexPro™, הייתה משפחת כונני הסרוו הראשונה שתוכננה מההתחלה עם EtherCAT® בראש.

מהם כונני סרוו ל-PCB Mount? 6 היתרונות המובילים

היתרונות של EtherCAT®

ניצול מירבי של רוחב פס

העיקרון הבסיסי של EtherCAT הוא קריאה מעבר. בניגוד לפרוטוקולים אחרים שבהם המאסטר סוקר כל צומת בנפרד, EtherCAT שולח הודעה בודדת לצומת אשר מועברת לצומת הבא ולצמתים עוקבים עד שכל הצמתים ברשת קיבלו את ההודעה. זה עובד מכיוון שההודעה מכילה את המידע וההוראות עבור כל הצמתים ברשת. כל צומת קורא ומגיב רק לנתונים שלו, וכל צומת יכול גם לשלוח מידע בחזרה למאסטר על ידי הכנסת נתונים להודעה כשהיא עוברת דרכה. לדוגמה, הוא יכול להוסיף מידע על מיקום, מהירות ומצב להודעה. הנתונים שנוספו ייקראו על ידי המאסטר ברגע שההודעה תעבור דרך כל הצמתים ותחזור חזרה אל המאסטר.

כאשר ההודעה חוזרת ל-EtherCAT Master כל צומת ברשת קיבל נתוני קלט חדשים מהמאסטר והחזירו נתוני פלט חדשים למאסטר. ניתן להשוות רשת EtherCAT למסילת רכבת שבה כל תחנה יכולה להוריד ולהטעין מחדש קרונות רכבת בזמן שהרכבת נשארת בתנועה. ללא החסר של מטענים קטנים או הודעות המיועדות לצמתים ספציפיים, רשת כונני סרוו EtherCAT יכולה להשיג ניצול מקסימלי של רוחב הפס.

מהירות וזמן אמת

כל מנות EtherCAT נוצרות ונשלחות על ידי המאסטר באמצעות שידור דופלקס מלא. כל בקרי המנוע של EtherCAT ברשת יכולים לקרוא נתונים ולכתוב נתונים לחבילת EtherCAT כשהיא חולפת בהשהיה קבועה קצרה בלבד (בדרך כלל פחות מ-500 ns) עבור כל התקן עבד (ללא תלות בגודל החבילה). בדרך כלל, ניתן להכיל מספר רב של עבדים באמצעות חבילה אחת בלבד, ובכך לייעל את השימוש ברוחב הפס ולהפחית את שיעורי ההפסקות. מחקר אחד הראה זמן מחזור מינימלי של 50 מיקרו-שניות ברשת גיגה-ביט עם 50 מכשירים ו-100 בתים של מטען לכל מכשיר. אפילו עם דוגמה זו שבה ספירת הצמתים והמטען גבוהים בהרבה ממערכת סרוו טיפוסית, זמני המחזור עדיין מהירים יותר מקצבי לולאת המיקום וקצב עדכון הלולאה הנוכחי של כונני הסרוו. המשמעות היא שהרשת פועלת מהר יותר מלולאות בקרת התנועה, מה שמבטיח ביצועים אמיתיים בזמן אמת.

IMG_3843 fe ו-fm ביחד - קטן יותר

EtherCAT מהיר מספיק כדי לפעול עם בקרה מבוזרת או מרכזית

בקרה מבוזרת

ethercat-1.jpg

עם בקרת תנועה מבוזרת, כונני הסרוו פועלים במצב מהירות או במצב מיקום (בניגוד למצב מומנט). זה מאפשר לבקר הראשי להתמקד בלולאות הבקרה החיצוניות ומאפשר לכונני הסרוו לדאוג לגבי הלולאות הפנימיות. התוצאה היא פחות תקורה חישובית שדרושה לבקר כדי לפקד ולשלוט בתנועה מכיוון שכונני הסרוו חולקים חלק מהאחריות על ידי סגירת לולאת המהירות ו/או לולאת המיקום. בנוסף, תעבורת הרשת בין כונני הסרוו לבקר מצטמצמת אף היא מכיוון שצריך לשלוח פחות פקודות.

ניתן להפחית עוד יותר את תעבורת הרשת אם הכוננים פועלים במצב PVT. במצב זה נשלחות לכוננים סדרה של ערכי מיקום, מהירות וזמן. כל נקודת PVT מגדירה שבזמן נתון, המנוע יהיה במיקום המיועד וינוע במהירות המיועדת. רכיבי "T" של נקודות ה-PVT יכולים להיות מרווחים על פני 10 אלפיות של אלפיות שניות ובכך להפחית מאוד את תעבורת הרשת. לאחר מכן הכוננים מבצעים אינטרפולציה בין הנקודות. ניתן לשלוח נקודות PVT מרובות לכונן הסרוו ולאחסן במאגר לצריכה בזמנים המתאימים. עם PVT הכוננים מטפלים בכל משימות בקרת התנועה, והבקר רק מגדיר את נתיב התנועה. רשתות איטיות יותר כמו CANopen יכולות להפיק תועלת רבה מבקרת PVT. עם EtherCAT, הרשת מהירה מספיק כדי לפעול עם בקרה מרכזית או מבוזרת, מה שמותיר להעדפתו של מעצב המערכת לבחור איזה סוג של בקרה הוא רוצה.

בקרה מרכזית

בשליטה מרכזית, הבקר שולח פקודות מומנט לנהגי המנוע וסוגר את כל הלולאות. התקורה במונחים של דרישות חישוביות ותעבורת רשת היא הרבה יותר גבוהה עם בקרה מרכזית מאשר עם בקרה מבוזרת. למרבה המזל, EtherCAT מהיר מספיק כדי לפעול עם ערכת בקרה מרכזית. אז מה התמורה? למה לרוץ עם בקרה מרכזית? ביישומים בעלי ביצועים גבוהים, מעצבי מערכות עשויים לרצות להשתמש באלגוריתמי בקרה מיוחדים, מסננים, feedforward, או לרצות לעקוב אחר נתיבי תנועה מקרוב יותר מאשר עם מהלכים משולבים. בקרה מרכזית מעניקה למתכנן המערכת שליטה מלאה על בקרת התנועה במערכת.

חיווט מופחת עבור קלט/פלט, משוב וציוד היקפי

לפני רשתות מהירות בבקרת תנועה, חוטי המשוב וחוטי האות מהמנועים ומהמכשירים האחרים היו צריכים לחזור כל הדרך אל הבקר. אם אתה מסתכל על בקר מרובה צירים מרכזי מסורתי, אל תתפלא למצוא 50 עד 100 מסופים עבור כל חוטי האות. במערכת מסורתית כל ציר סרוו צריך לפחות 11 חוטים כדי לחזור לבקר:

מקודד עם אותות דיפרנציאליים - A, B, I, הספק = 8 חוטים

אות פיקוד = 2 חוטים

קו מעכב = 1 חוטים

לדוגמה: זרוע רובוט עם 3 צירים של בקרת תנועה יכולה להפוך בקלות לסיוט חיווט ואמינות. עם מנועי הסרוו והכוננים המשולבים המוטמעים בכל מפרק, תצטרך להזין לפחות 33 חוטים לאורך הזרוע ואל הבקר. עד שצרור החיווט יגיע למפרק הכתף הוא יהיה בגודלו ובעל הכי הרבה חוטים. הצרור כולו עדיין צריך להיות אמין ולעמוד בכל הכיפוף והפיתול מהזרוע. בזרוע רובוט אמיתית, המספר למעשה קרוב יותר ל-50-75 כשחושבים על ממסרי בלמים, חיישנים, כוח הנעת סרוו ורכיבים אחרים. כל חוט נוסף מפחית את האמינות ומקשה על ההתקנה.

למרבה המזל עם רשתות מהירות כמו EtherCAT, זו כבר לא בעיה. ניתן לצמצם את מספר חוטי האות ל-6 עבור אות EtherCAT בתוספת הספק לוגי במידת הצורך. עם מנועי הסרוו המשולבים וכונני הסרוו הממוקמים בכל מפרק זרוע, כונני הסרוו של EtherCAT יכולים לשמש כממשק בין כל ההתקנים ההיקפיים לבקר. המכשירים אפילו לא צריכים להיות תואמים ל-EtherCAT כל עוד הם תואמים לכונן הסרוו. כל אות שכונן הסרוו רואה יכול להתפרש ולשלוח לבקר. כולל מיקום מנוע, מהירות, זרם מנוע ומצב קלט/פלט. אפילו חיישנים אנלוגיים יכולים לשמש כקלט/פלט רשת על ידי שימוש בכניסות האנלוגיות בכונני הסרוו. ממיר ה-A/D של הכונן יכול להמיר את האות האנלוגי לדיגיטלי ואז לשלוח את הערך לבקר באמצעות EtherCAT.

יתרונות

  • מבוסס על Ethernet סטנדרטי עבור 100baseT
  • בזמן אמת עד לרמת ה-I/O
  • טופולוגיות מרובות אפשריות - קו, כוכב, עץ, שרשרת חיננית, קווי נפילה - ניתן להשתמש בכל שילוב
  • לא דורש חומרת Ethernet מיוחדת - ניתן להשתמש בכרטיסי ממשק רשת סטנדרטיים (NIC).
  • CANopen על EtherCAT (CoE) מאפשר שימוש בפרוטוקול CANopen ובערכת תכונות על EtherCAT
  • Ethernet over EtherCAT (EoE) מאפשר שירותים ופרוטוקולים מבוססי Ethernet אחרים באותה רשת פיזית

ADVANCED יכולות בקרות התנועה

  • מהירות מקסימלית של 2x100 Mbit/sek
  • קצב עדכון של 10 קילו-הרץ
  • ריצוד של < 1 ms

סיכום

בגלל קצב המחזור המהיר שלו ניתן להשתמש ב-EtherCAT בסכימות בקרה מרכזיות ומפוזרות במערכות בקרת תנועה בזמן אמת. EtherCAT מהיר מספיק כדי לא רק לקחת על עצמו בקרת תנועה, אלא גם לשאת את הנתונים ממכשירים היקפיים. תקשור כל דרישות הנתונים באמצעות EtherCAT יכול להגביר את האמינות על ידי הפחתה משמעותית של מספר החוטים הרגישים לכשל. EtherCAT היא טכנולוגיה פתוחה שכולם יכולים להשתמש בה.

תעשיות, טכנולוגיות ומוצרים הקשורים ל-EtherCAT...

תיבת מידע FlexPro
FlexPro®
תיבת מידע DigiFlex Performance
DigiFlex® Performance™
תיבת מידע Ethernet Powerlink 2
Ethernet POWERLINK
תיבת מידע בתדר גבוה
תדר גבוה
תיבת מידע מקודד מצטבר
מקודד אינקרמנטלי - TTL
Tech_Motion-Control_overview
סקירה כללית של בקרת תנועה