EtherCAT® egy nagy teljesítményű, Ethernet alapú, determinisztikus hálózati protokoll, amelyet a Beckhoff fejlesztett ki. Az iparban bizonyítottan nagy sebességű, determinisztikus vezérlést biztosít szabványos 100 base-T hardverrel, és égetően gyors, konzisztens eredményeket ér el igényes alkalmazásokban. Az EtherCAT egy nyílt technológia, ami azt jelenti, hogy mindenki használhatja, megvalósíthatja és hasznosíthatja a technológiát. Ennek eredményeképpen az EtherCAT szervohajtások a mozgásvezérlő ipar nélkülözhetetlen részévé váltak.
Az EtherCAT az összes termékünkhöz rendelkezésre áll FlexPro™ családunk és sokan a DigiFlex® Teljesítmény™ (DP-család) digitális szervohajtások, amelyek nyomaték-, sebesség- és pozíció üzemmódban működnek, és az összes szervohurok teljes körű hangolási vezérlését kínálják az alkalmazáshoz szükséges legnagyobb teljesítmény elérése érdekében.
A NYÁK-ra szerelt EtherCAT-kompatibilis szervohajtások is használják a ADVANCED A Motion Controls egyedülálló, szabadalmaztatott, nagy sebességű, többtengelyes kommunikációs interfész és I/O bővítési lehetőségek ("DxM"™ és "DxI/O"™ technológiák). Mostantól egyetlen EtherCAT® csomópont akár 4 mozgástengely kombinációját is képes befogadni 32 digitális bemenettel, 32 digitális kimenettel, 4 analóg bemenettel és 2 analóg kimenettel. Az eredmény egy nagymértékben integrált, nagy értékű mozgásvezérlési megoldás egy- vagy többtengelyes alkalmazásokhoz.
ADVANCED A Motion Controls plug-in modulos EtherCAT szervohajtásai a Design News éves Golden Mousetrap Awards győztesei lettek, a mérnöki innováció és a terméktervezésben mutatott kreativitás elismeréseként! ADVANCED Motion Controls legújabb szervohajtás családja, FlexPro™volt az első olyan szervohajtóműcsalád, amelyet kezdettől fogva EtherCAT-tal terveztek.® szem előtt tartva.
Az EtherCAT előnyei®
Maximális sávszélesség-kihasználás
Az EtherCAT alapelve az áthaladó olvasás. Más protokollokkal ellentétben, ahol a mester minden egyes csomópontot külön-külön kérdez le, az EtherCAT egyetlen üzenetet küld egy csomópontnak, amely aztán átkerül a következő csomóponthoz és az azt követő csomópontokhoz, amíg a hálózat összes csomópontja meg nem kapja az üzenetet. Ez azért működik, mert az üzenet tartalmazza a hálózat összes csomópontjára vonatkozó információkat és utasításokat. Minden csomópont csak a saját adatait olvassa és válaszol a saját adataira, és minden csomópont képes információt visszaküldeni a mesterhez is, azáltal, hogy az átmenő üzenetbe adatokat illeszt be. Például pozíció-, sebesség- és állapotinformációkat adhat hozzá az üzenethez. A hozzáadott adatokat a Mester akkor olvassa be, amikor az üzenet áthalad az összes csomóponton, és visszatér a Mesterhez.
Amikor az üzenet visszaérkezik az EtherCAT Masterhez, a hálózat minden csomópontja új bemeneti adatokat kapott a Masterből, és új kimeneti adatokat küldött vissza a Masterhez. Az EtherCAT-hálózat egy vasúthoz hasonlítható, ahol minden állomás képes a vasúti kocsik ki- és berakodására, miközben a vonat mozgásban marad. A kis hasznos terhelések vagy az egyes csomópontokra irányuló üzenetek hiánya nélkül egy EtherCAT szervohajtás-hálózat maximális sávszélesség-kihasználást érhet el.
Sebesség és valós idő
Minden EtherCAT csomagot a mester generál és küld el teljes duplex átvitellel. A hálózat összes EtherCAT motorvezérlője adatokat olvashat az EtherCAT csomagból, illetve írhat az EtherCAT csomagba, ahogy az áthalad, mindössze rövid állandó késleltetéssel (általában kevesebb, mint 500 ns) minden egyes slave eszköz esetében (a csomag méretétől függetlenül). Általában nagyszámú slave is elfér egyetlen csomaggal, ezáltal optimalizálva a sávszélesség használatát és csökkentve a megszakítási rátát. Egy tanulmány szerint egy gigabites hálózaton 50 eszközzel és eszközönként 100 bájt hasznos teherrel 50 mikromásodperc a minimális ciklusidő. Még ennél a példánál is, ahol a csomópontok száma és a hasznos teher sokkal nagyobb, mint egy tipikus szervorendszernél, a ciklusidő még mindig gyorsabb, mint a szervohajtások pozícióhurok és áramhurok frissítési sebessége. Ez azt jelenti, hogy a hálózat gyorsabban működik, mint a mozgásvezérlő hurkok, ami valódi valós idejű teljesítményt biztosít.
Az EtherCAT elég gyors ahhoz, hogy akár elosztott, akár központosított vezérléssel működjön
Elosztott vezérlés
Az elosztott mozgásszabályozással a szervohajtások sebesség- vagy pozíció üzemmódban működnek (szemben a nyomaték üzemmóddal). Ez lehetővé teszi, hogy az elsődleges vezérlő a külső szabályozási hurkokra összpontosítson, és a szervohajtások a belső hurkokkal foglalkozzanak. Az eredmény kevesebb számítási többletköltséget jelent a vezérlő számára a mozgás irányításához és vezérléséhez, mivel a szervohajtások a sebességhurok és/vagy a pozícióhurok lezárásával megosztják a felelősség egy részét. Ezenkívül a szervohajtások és a vezérlő közötti hálózati forgalom is csökken, mivel kevesebb parancsot kell elküldeni.
A hálózati forgalom tovább csökkenthető, ha a meghajtók PVT üzemmódban működnek. Ebben az üzemmódban a meghajtóknak egy sor pozíció, sebesség és idő értéket küldenek. Minden PVT pont meghatározza, hogy egy adott időpontban a motor a megadott pozícióban lesz, és a megadott sebességgel fog mozogni. A PVT pontok "T" elemei 10 ezredmásodpercekre oszthatók el, így jelentősen csökkentve a hálózati forgalmat. A meghajtók ezután interpolálnak a pontok között. Több PVT pont küldhető a szervohajtóműnek, és tárolható egy pufferben, hogy a megfelelő időpontokban felhasználható legyen. A PVT-vel a meghajtók kezelik az összes mozgásvezérlési feladatot, a vezérlő pedig csak a mozgáspályát határozza meg. Az olyan lassabb hálózatok, mint a CANopen, nagy hasznát vehetik a PVT vezérlésnek. Az EtherCAT esetében a hálózat elég gyors ahhoz, hogy akár központosított, akár elosztott vezérléssel működjön, így a rendszer tervezőjének preferenciáján múlik, hogy melyik típusú vezérlést választja.
Központosított vezérlés
Központi vezérlés esetén a vezérlő nyomatékparancsokat küld a motorhajtóknak, és bezárja az összes hurkot. A számítási követelmények és a hálózati forgalom tekintetében a központosított vezérlésnél sokkal nagyobb a többletköltség, mint az elosztott vezérlésnél. Szerencsére az EtherCAT könnyen elég gyors ahhoz, hogy központosított vezérlési sémával működjön. Mi tehát a nyereség? Miért érdemes központosított vezérléssel működni? Nagy teljesítményű alkalmazásokban a rendszer tervezői esetleg speciális vezérlési algoritmusokat, szűrőket, előrecsatolást szeretnének használni, vagy az interpolált mozgásoknál pontosabban szeretnék követni a mozgáspályákat. A központosított vezérlés a rendszer tervezője számára teljes ellenőrzést biztosít a rendszer mozgásvezérlése felett.
Csökkentett kábelezés az I/O, a visszajelzés és a perifériák számára
A nagysebességű hálózatok előtt a mozgásvezérlésben a motoroktól és más eszközöktől származó visszajelző és jelző vezetékeknek egészen a vezérlőig kellett visszajutniuk. Ha megnéz egy hagyományos központosított többtengelyes vezérlőt, ne lepődjön meg, ha 50-100 csatlakozót talál az összes jelkábelhez. Egy hagyományos rendszerben minden egyes szervo tengelynek legalább 11 vezetékre van szüksége ahhoz, hogy visszajusson a vezérlőhöz:
Kódoló differenciális jelekkel - A, B, I, teljesítmény = 8 vezetékkel
Parancsjel = 2 vezeték
Inhibit vonal = 1 vezeték
Például: egy 3 tengelyes mozgásvezérlésű robotkar könnyen válhat kábelezési és megbízhatósági rémálommá. Az egyes csuklókba beépített szervomotorokkal és meghajtókkal legalább 33 vezetéket kellene végigvezetni a karon és a vezérlőbe. Mire a kábelköteg eléri a vállízületet, addigra az lesz a legnagyobb és a legtöbb vezetékkel ellátott. Az egész kötegnek még mindig megbízhatónak kell lennie, és ellen kell állnia a kar összes hajlításának és csavarodásának. Egy valódi robotkarban ez a szám valójában közelebb van az 50-75-höz, ha figyelembe vesszük a fékreléket, az érzékelőket, a szervohajtás teljesítményét és más alkatrészeket. Minden további vezeték csökkenti a megbízhatóságot és megnehezíti a telepítést.
Szerencsére az olyan nagy sebességű hálózatokkal, mint az EtherCAT, ez már nem jelent problémát. A jelkábelek száma 6-ra csökkenthető az EtherCAT-jelek és a logikai tápellátás esetében, ha szükséges. Az egyes karcsuklóknál elhelyezett integrált szervomotorokkal és szervohajtásokkal az EtherCAT szervohajtások az összes perifériás eszköz és a vezérlő közötti interfészként működhetnek. Az eszközöknek még csak nem is kell kompatibilisnek lenniük az EtherCAT-tal, amennyiben kompatibilisek a szervohajtással. Bármilyen jel, amelyet a szervohajtás lát, értelmezhető és elküldhető a vezérlőnek. Beleértve a motor pozícióját, sebességét, motoráramát és az I/O állapotát. Még analóg érzékelők is használhatók hálózati I/O-ként a szervohajtások analóg bemeneteinek használatával. A meghajtó A/D átalakítója képes az analóg jelet digitálisra alakítani, majd az értéket EtherCAT-on keresztül elküldeni a vezérlőnek.
Előnyök
- A 100baseT szabványos Ethernetre alapozva
- Valós idejű, egészen az I/O szintig
- Többféle topológia lehetséges - vonal, csillag, fa, daisy chain, drop lines - bármilyen kombinációban használható
- Nem igényel speciális Ethernet hardvert - szabványos hálózati kártyák (NIC) használhatók.
- A CANopen over EtherCAT (CoE) lehetővé teszi a CANopen protokoll és funkciókészlet használatát az EtherCAT-on keresztül.
- Az Ethernet over EtherCAT (EoE) lehetővé teszi más Ethernet-alapú szolgáltatások és protokollok használatát ugyanazon a fizikai hálózaton.
ADVANCED A Motion Controls képességei
- 2x100 Mbit/sec maximális sebesség
- 10 kHz frissítési sebesség
- < 1 ms jitter
Következtetés
Gyors ciklussebessége miatt az EtherCAT központosított és elosztott vezérlőrendszerekben használható valós idejű mozgásvezérlő rendszerekben. Az EtherCAT elég gyors ahhoz, hogy ne csak a mozgásvezérlést vegye át, hanem a perifériás eszközök adatait is továbbítsa. Az összes adatigény EtherCAT-on keresztül történő csatornázása növelheti a megbízhatóságot azáltal, hogy jelentősen csökkenti a meghibásodásra hajlamos vezetékek számát. Az EtherCAT egy nyílt technológia, amelyet mindenki használhat.
