EtherCAT® Beckhoff tarafından geliştirilen yüksek performanslı Ethernet tabanlı deterministik bir ağ protokolüdür. Standart 100 base-T donanım ile yüksek hızlı, deterministik kontrol sağladığı ve zorlu uygulamalarda son derece hızlı, tutarlı sonuçlar elde ettiği sektörde kanıtlanmıştır. EtherCAT açık bir teknolojidir, yani herkes bu teknolojiyi kullanabilir, uygulayabilir ve bu teknolojiden faydalanabilir. Sonuç olarak, EtherCAT servo sürücüler hareket kontrol endüstrisinin önemli bir parçası haline gelmiştir.
EtherCAT tüm ürünlerimiz için mevcuttur FlexPro™ ailemiz ve birçok DigiFlex® Performans™ (DP-Family) dijital servo sürücüler, tork, hız ve konum modunda çalışır ve uygulamanız için en yüksek performansı elde etmek üzere tüm servo döngülerinde tam ayar kontrolü sunar.
PCB montajlı EtherCAT özellikli servo sürücüler ayrıca ADVANCED Motion Controls'ün benzersiz, tescilli yüksek hızlı çok eksenli iletişim arayüzü ve I/O genişletme yetenekleri ('DxM'™ ve 'DxI/O'™ Teknolojileri). Şimdi tek bir EtherCAT® düğümü, her biri 32 dijital giriş, 32 dijital çıkış, 4 analog giriş ve 2 analog çıkışa sahip 4 eksene kadar hareket kombinasyonunu barındırabilir. Sonuç, tek veya çok eksenli uygulamalar için son derece entegre, yüksek değerli bir hareket kontrol çözümüdür.
ADVANCED Motion Controls'ün takılabilir modül EtherCAT servo sürücüleri, mühendislik inovasyonumuz ve ürün tasarımındaki yaratıcılığımız nedeniyle Design News'in yıllık Altın Fare Kapanı Ödülleri'nde kazanan seçildi! ADVANCED Motion Controls'ün en yeni servo sürücü ailesi, FlexPro™EtherCAT ile baştan tasarlanan ilk servo sürücü ailesidir.® aklımda.
EtherCAT'in Avantajları®
Maksimum Bant Genişliği Kullanımı
EtherCAT'in temel prensibi geçişli okumadır. Master'ın her bir düğümü ayrı ayrı sorguladığı diğer protokollerin aksine EtherCAT bir düğüme tek bir mesaj gönderir ve bu mesaj daha sonra ağdaki tüm düğümler mesajı alana kadar bir sonraki düğüme ve sonraki düğümlere aktarılır. Bunun nedeni, mesajın ağdaki tüm düğümler için bilgi ve talimatlar içermesidir. Her düğüm yalnızca kendi verilerini okur ve yanıtlar ve her düğüm aynı zamanda mesaj geçerken mesaja veri ekleyerek Master'a geri bilgi gönderebilir. Örneğin, mesaja konum, hız ve durum bilgisi ekleyebilir. Eklenen veriler, mesaj tüm düğümlerden geçtikten sonra Master tarafından okunacak ve Master'a geri dönecektir.
Mesaj EtherCAT Master'a geri ulaştığında, ağdaki her düğüm Master'dan yeni giriş verileri almış ve Master'a yeni çıkış verileri göndermiştir. Bir EtherCAT ağı, tren hareket halindeyken her istasyonun tren vagonlarını indirip yeniden yükleyebildiği bir demiryoluna benzetilebilir. Küçük yüklerin veya belirli düğümleri hedefleyen mesajların eksikliği olmadan, bir EtherCAT servo sürücü ağı maksimum bant genişliği kullanımına ulaşabilir.
Hız ve Gerçek Zamanlı
Tüm EtherCAT paketleri master tarafından tam çift yönlü iletim kullanılarak oluşturulur ve gönderilir. Bir ağdaki tüm EtherCAT motor kontrolörleri, her bir bağımlı cihaz için (paketin boyutundan bağımsız olarak) yalnızca kısa bir sabit gecikmeyle (genellikle 500 ns'den az) geçerken EtherCAT paketinden veri okuyabilir ve EtherCAT paketine veri yazabilir. Tipik olarak, sadece bir paket kullanılarak çok sayıda slave cihaz barındırılabilir, böylece bant genişliği kullanımı optimize edilir ve kesinti oranları azaltılır. Bir çalışma, 50 cihaz ve cihaz başına 100 bayt yük içeren bir gigabit ağında minimum 50 mikro saniyelik bir döngü süresi göstermiştir. Düğüm sayısı ve yükün tipik bir servo sistemden çok daha yüksek olduğu bu örnekte bile döngü süreleri servo sürücülerin konum döngüsü ve akım döngüsü güncelleme hızlarından daha hızlıdır. Bu da ağın hareket kontrol döngülerinden daha hızlı çalıştığı anlamına gelir ve gerçek zamanlı performans sağlar.
EtherCAT, Dağıtılmış veya Merkezi Kontrol ile Çalışabilecek Kadar Hızlıdır
Dağıtılmış Kontrol
Dağıtılmış hareket kontrolü ile servo sürücüler hız modunda veya konum modunda çalışır (tork modunun aksine). Bu, birincil kontrolörün dış kontrol döngülerine odaklanmasına ve servo sürücülerin iç döngüler hakkında endişelenmesine izin verir. Sonuç olarak kontrolörün hareketi komuta ve kontrol etmesi için daha az hesaplama yükü gerekir çünkü servo sürücüler hız döngüsünü ve/veya konum döngüsünü kapatarak sorumluluğun bir kısmını paylaşır. Buna ek olarak, daha az komut gönderilmesi gerektiğinden servo sürücüler ve kontrolör arasındaki ağ trafiği de azalır.
Sürücüler PVT modunda çalışırsa ağ trafiği daha da azaltılabilir. Bu modda sürücülere bir dizi Konum, Hız ve Zaman değeri gönderilir. Her PVT noktası, belirli bir zamanda motorun belirlenen konumda olacağını ve belirlenen hızda hareket edeceğini tanımlar. PVT noktalarının "T" elemanları 10'larca milisaniyeye yayılabilir ve böylece ağ trafiğini büyük ölçüde azaltır. Sürücüler daha sonra noktalar arasında enterpolasyon yapar. Birden fazla PVT noktası servo sürücüye gönderilebilir ve uygun zamanlarda kullanılmak üzere bir tamponda saklanabilir. PVT ile sürücüler tüm hareket kontrol görevlerini yerine getirir ve kontrolör sadece hareket yolunu tanımlar. CANopen gibi daha yavaş ağlar PVT kontrolünden büyük ölçüde faydalanabilir. EtherCAT ile ağ, merkezi veya dağıtılmış kontrol ile çalışacak kadar hızlıdır ve sistem tasarımcısının istediği kontrol türünü seçme tercihine bırakılmıştır.
Merkezi Kontrol
Merkezi kontrolde, kontrolör motor sürücülerine tork komutları gönderir ve tüm döngüleri kapatır. Hesaplama gereksinimleri ve ağ trafiği açısından ek yük, merkezi kontrolde dağıtılmış kontrole göre çok daha yüksektir. Neyse ki EtherCAT, merkezi bir kontrol şemasıyla çalışmak için yeterince hızlıdır. Peki getirisi nedir? Neden merkezi kontrol ile çalıştırılmalı? Yüksek performanslı uygulamalarda, sistem tasarımcıları özel kontrol algoritmaları, filtreler, ileri besleme kullanmak isteyebilir veya hareket yollarını enterpolasyonlu hareketlerden daha yakından takip etmek isteyebilir. Merkezi kontrol, sistem tasarımcısına sistemdeki hareket kontrolü üzerinde tam kontrol sağlar.
G/Ç, Geri Bildirim ve Çevre Birimleri için Azaltılmış Kablolama
Hareket kontrolünde yüksek hızlı ağlardan önce, motorlardan ve diğer cihazlardan gelen geri bildirim ve sinyal kablolarının kontrolöre kadar gelmesi gerekiyordu. Geleneksel bir merkezi çok eksenli kontrolöre bakarsanız, tüm sinyal kabloları için 50 ila 100 terminal bulduğunuzda şaşırmayın. Geleneksel bir sistemde her servo ekseninin kontrolöre geri dönmek için en az 11 kabloya ihtiyacı vardır:
Diferansiyel sinyalli kodlayıcı - A, B, I, güç = 8 kablo
Komut sinyali = 2 kablo
İnhibit hattı = 1 tel
Örneğin: 3 eksenli hareket kontrolüne sahip bir robot kolu kolayca bir kablolama ve güvenilirlik kabusu haline gelebilir. Her bir ekleme entegre servo motorlar ve sürücüler yerleştirildiğinde, koldan aşağıya ve kontrolöre en az 33 kablo beslemeniz gerekir. Kablo demeti omuz eklemine ulaştığında en büyük halini alacak ve en fazla kabloya sahip olacaktır. Yine de tüm demetin güvenilir olması ve kolun tüm bükülme ve burulmalarına dayanması gerekecektir. Gerçek bir robot kolunda, fren röleleri, sensörler, servo sürücü gücü ve diğer bileşenler düşünüldüğünde bu sayı aslında 50-75'e yakındır. Eklenen her kablo güvenilirliği azaltır ve kurulumu daha da zorlaştırır.
Neyse ki EtherCAT gibi yüksek hızlı ağlarda bu artık bir sorun değil. Gerekirse EtherCAT sinyali artı lojik güç için sinyal kablolarının sayısı 6'ya düşürülebilir. Her bir kol ekleminde bulunan entegre servo motorlar ve servo sürücüler ile EtherCAT servo sürücüler, tüm çevresel cihazlar ve kontrolör arasında arayüz görevi görebilir. Servo sürücü ile uyumlu oldukları sürece cihazların EtherCAT ile uyumlu olmasına bile gerek yoktur. Servo sürücünün gördüğü herhangi bir sinyal yorumlanabilir ve kontrolöre gönderilebilir. Motor konumu, hız, motor akımı ve I/O durumu dahil. Servo sürücülerdeki analog girişler kullanılarak analog sensörler bile ağ I/O'su olarak kullanılabilir. Sürücünün A/D dönüştürücüsü analog sinyali dijitale dönüştürebilir ve ardından değeri EtherCAT üzerinden kontrolöre gönderebilir.
Avantajlar
- 100baseT için standart Ethernet tabanlı
- I/O seviyesine kadar gerçek zamanlı
- Çoklu topolojiler mümkündür - hat, yıldız, ağaç, papatya zinciri, damla hatları - herhangi bir kombinasyonda kullanılabilir
- Özel Ethernet donanımı gerektirmez - standart Ağ Arabirim Kartları (NIC) kullanılabilir
- EtherCAT üzerinden CANopen (CoE), EtherCAT üzerinden CANopen protokolünün ve özellik setinin kullanılmasını sağlar
- EtherCAT üzerinden Ethernet (EoE), aynı fiziksel ağ üzerinde diğer Ethernet tabanlı hizmetlere ve protokollere izin verir
ADVANCED Motion Controls'ün Yetenekleri
- 2x100 Mbit/sn maksimum hız
- 10 kHz güncelleme hızı
- < 1 ms titreşim
Sonuç
Hızlı çevrim oranı sayesinde EtherCAT, gerçek zamanlı hareket kontrol sistemlerinde merkezi ve dağıtılmış kontrol şemalarında kullanılabilir. EtherCAT sadece hareket kontrolünü üstlenmek için değil, aynı zamanda çevresel cihazlardan gelen verileri taşımak için de yeterince hızlıdır. Tüm veri gereksinimlerinin EtherCAT üzerinden kanalize edilmesi, arızaya açık kablo sayısını önemli ölçüde azaltarak güvenilirliği artırabilir. EtherCAT herkesin kullanabileceği açık bir teknolojidir.
