EtherCAT darbo principas
1. Eksploatavimo principas:
Yra keletas Ethernet sprendimų, skirtų realaus laiko funkcijoms teikti: pavyzdžiui, CSMA / CD prieigos procesas yra išjungtas per aukštesnio lygio protokolo sluoksnį ir pakeičiamas laiko trupučiu arba apklausos procesu. Kiti sprendimai naudoja specialius jungiklius ir naudoja tikslų laiko valdymą, norint platinti Ethernet paketus. Nors šie sprendimai gali greičiau ir tiksliau perduoti paketus prie prijungtų Ethernet mazgų, dažnių juostos naudojimas yra labai mažas, ypač tipinei automatizavimo įrangai, nes net ir labai mažiems duomenų kiekiams reikia išsiųsti visą Ethernet rėmelį. Be to, laikas, reikalingas peradresuoti į išvesties arba pavaros valdiklį ir skaityti įvesties duomenis, visų pirma priklauso nuo vykdymo būdo. Paprastai taip pat reikia naudoti subbusą, ypač modulinėse I / O sistemose, šiose sistemose ir "BeckhoFF K-bus" per sinchroninę subbuso sistemą, siekiant paspartinti perdavimo greitį, bet tokio sinchronizavimo negalės išvengti delsimas dėl komunikacijos autobusų perdavimo.
Naudodamasis "EtherCAT" technologija, "BeckhoFF" sugedo per šiuos Ethernet sprendimų apribojimus: vietoj to, kad prijungtų Ethernet paketus kiekviename prijungimo taške, kaip ir anksčiau, dekoduojant ir kopijuojant kaip proceso duomenis. Kai rėmelis perduodamas per kiekvieną įrenginį (įskaitant pagrindinį galinį įrenginį), EtherCAT vergų valdiklis nuskaito prietaisui svarbius duomenis. Panašiai, įvesties duomenys gali būti įterpti į pranešimą, kai jis praeina. Kai rėmas yra perduodamas (tik kelis bitus uždelstas), vergas atpažįsta atitinkamą komandą ir ją apdoroja. Šis procesas yra įdiegtas aparatinėje įrangoje valdomajame valdiklyje ir todėl nepriklauso nuo protokolo kaupimo programinės įrangos realaus laiko operacinės sistemos ar procesoriaus našumo. Paskutinis EtherCAT vergas segmente grąžina visiškai apdorotą pranešimą, kad pranešimas būtų grąžinamas kaip atsakymas iš pirmojo vagono į pagrindinį.
Ethernet perspektyvos EtherCAT autobusų segmentas yra tiesiog didelis Ethernet įrenginys, galintis priimti ir siųsti Ethernet rėmus. Tačiau "įrenginyje" nėra vieno Ethernet valdiklio su pasroviui veikiančiu mikroprocesoriumi, bet tik daug EtherCAT vergų. Kaip ir bet kuris kitas "Ethernet", "EtherCAT" gali užmegzti ryšį be jungiklio, todėl sukurta gryna "EtherCAT" sistema.
2. Terminalai diegiasi "Ethernet":
Kiekvienas sistemos įrenginys garantuoja visiško Ethernet protokolo naudojimą, net ir kiekvienam I / O terminalui, nenaudojant papildomos magistralės. Tiesiog konvertuokite movos perdavimo terpę iš vytos poros (100baseTX) į E autobusą, kad atitiktumėte elektroninio gnybto bloko reikalavimus. Gnybtų bloko E jungties signalas (LVDS) nėra skirtas, jis taip pat gali būti naudojamas 10 Gigabit Ethernet. Gnybtų bloko pabaigoje fizinės magistralės savybės konvertuojamos atgal į 100baseTX standartą.
Standartinės Ethernet MAC arba nebrangios standartinės tinklo plokštės (NIC) yra pakankamos, kad valdiklyje būtų naudojama kaip aparatinė įranga. DMA (Direct Memory Access) naudojamas duomenims perduoti į kompiuterį. Tai reiškia, kad prieiga prie tinklo neturi įtakos procesoriaus našumui. Tas pats principas yra naudojamas "BeckhoFF" daugialypės terpės kortelėje, kuri viename PCI lizde jungia iki 4 Ethernet kanalus.
3. Protokolo apdorojimas yra visiškai atliktas technine įranga
3.1 protokolas:
EtherCAT protokolas optimizuotas proceso duomenims ir perduodamas tiesiai į Ethernet rėmus arba suspaustas į UDP / IP datagramus. UDP protokolas naudojamas, kai maršrutizatorius sprendžia EtherCAT segmentą kituose antriniuose tinkluose. "Ethernet" rėmas gali turėti keletą "EtherCAT" pranešimų, kurių kiekvienas skirtas tam tikrai atminties sričiai, kuria galima naudoti loginį proceso vaizdą iki 4 GB dydžio. Kadangi duomenų grandinė nepriklauso nuo EtherCAT terminalų fizinės sekos, EtherCAT gnybtus galima laisvai spręsti. "Slave" stotys gali transliuoti, dauginti ir bendrauti.
Protokolas taip pat gali reguliariai apdoroti ne ciklinius parametrus. Parametrų struktūrą ir reikšmę nustato "CANOPEN" įrenginio profilis, o šie prietaisų profiliai naudojami įvairioms prietaisų klasėms ir programoms. EtherCAT taip pat palaiko priklausomas taisykles, atitinkančias IEC 61491 standartą. Profilis yra pavadintas SERCOSTM vardu ir yra visuotinai pripažintas judesio valdymo programų pasaulyje.
Be duomenų mainų pagal pagrindinį / pavaldų principą, EtherCAT taip pat labai tinka ryšiui tarp valdiklių (magistro / meistro). Laisvai adresuojami proceso duomenų tinklo kintamieji, taip pat įvairios parametrizavimo, diagnostikos, programavimo ir nuotolinio valdymo paslaugos gali atitikti daugybę reikalavimų. Duomenų sąsaja su pagrindiniu / pagrindiniu ryšiu su pagrindiniu / pagrindiniu ryšiu yra ta pati.
FMMU: pranešimų apdorojimas yra visiškai atliktas aparatinėje įrangoje
3.2 našumas:
"EtherCAT" pasiekė naują tinklo veikimo aukštį. 1000 išplatintų įvesties / išvesties duomenų atnaujinimo ciklas yra tik 30μs, įskaitant galutinį ciklo laiką. Naudojant "Ethernet" karką, galima keistis iki 1486 baitų apdorojimo duomenų, tai atitinka beveik 12 000 skaitmeninių įvesties / išvesties. Šio duomenų kiekio perdavimas yra tik 300 μs.
Bendravimas su 100 servo ašimis užima tik 100 μs. Per šį laiką visoms ašims gali būti nustatytos reikšmės ir valdymo duomenys, ir apie jų faktinę padėtį ir būseną galima pranešti. Paskirstytojo laikrodžio technologija užtikrina, kad sinchronizacijos laikas tarp šių ašių nukrenta mažiau nei 1 mikrosekunde.
Naudojant aukščiausią "EtherCAT" technologijos našumą, galima įdiegti valdymo metodą, kuris negali būti realizuotas naudojant įprastą lauko magistralės sistemą. Tokiu būdu per autobusą galima suformuoti itin greitą valdymo kilpą. Funkcijos, kurioms anksčiau reikėjo vietinės specializuotos įrangos palaikymo, dabar gali būti susietos su programine įranga. Didžiuliai pralaidumo ištekliai leidžia perduoti būsenos duomenis lygiagrečiai su bet kokiais duomenimis. EtherCAT technologija leidžia ryšių technologijas suderinti su moderniais, našiais pramonės kompiuteriais. Autobusų sistema nebėra kontrolės koncepcijos kliūtis. Paskirstytasis įvesties / išvesties duomenų perdavimas viršija našumą, kurį gali pasiekti tik vietinė įvesties / išvesties sąsaja.
Šis tinklo pranašumas yra akivaizdus mažuose valdikliuose su gana nedideliu skaičiavimo galia. EtherCAT greitaeigė linija gali būti užbaigta tarp dviejų valdymo ciklų. Todėl valdiklis visada turi naujausius galimus įvesties duomenis, o išvesties adresavimo uždelsimas yra minimalus. Valdiklio atsako elgesys gerokai padidėja, nereikia tobulinti savo kompiuterio galios.
EtherCAT technologijos principas yra keičiamo dydžio, neapsiribojant 100M pralaidumu - taip pat galimas Ethernet plotis iki Gigabit.
3.3 EtherCAT pakeičia PCI:
Kompiuterių komponentų mažinimo pagreitėjimu, pramoninių kompiuterių dydis daugiausia priklauso nuo reikalaujamo laiko tarpsnių skaičiaus.
EtherCAT ryšių įrangos (EtherCAT slave-valdiklio) greitųjų Ethernet pralaidumo ir duomenų perdavimo spartos naudojimas atveria naujas taikymo galimybes: sąsajos, kurios paprastai yra IPC, perduodamos "EtherCAT" intelektualiųjų sąsajų terminalams. Be išplatintų įvesties / išvesties, ašių ir valdymo įtaisų, kompiuterio Ethernet prievadas gali būti išspręstos sudėtingomis sistemomis, tokiomis kaip lauko magistralės, greitųjų serijinės sąsajos, vartai ir kitos ryšio sąsajos. Netgi kiti Ethernet įrenginiai, kurie neapsiriboja protokolo variantais, gali būti prijungti per paskirstymo jungiklių gnybtus. Pramonės kompiuterio kompiuterio dydis vis mažėja ir mažėja, o išlaidos mažėja ir mažėja. Eterneto sąsaja pakanka visoms bendravimo užduotims.
Ethernet vietoj PCI lauko įrenginių (Profibus, CANOPEN, DeviceNet, AS-i ir tt) naudojamas integruoti per paskirstytus magistralinius magistralės terminalus. Nesinaudojant lauko magistro magistro saugo PCI lizdus kompiuteryje.
3.4 Topologija:
Autobusas, medis ar žvaigždutė: "EtherCAT" palaiko beveik bet kurią topologiją. Todėl iš Ethernet galima naudoti ir iš autobusų gautą autobusų struktūrą. Sistemų kabelių naudojimas ypač naudingas autobusų ir šakojančių konstrukcijų derinimui. Visos sąsajos yra ant jungties, be papildomų jungiklių. Žinoma, taip pat gali būti naudojama tradicinė "switch-based" žvaigždė Ethernet topologija.
Naudojant skirtingus perdavimo kabelius, maksimaliai padidinamas kabelių lankstumas. Lankstus ir nebrangus standartinis "Ethernet" pleistras gali perduoti signalus per Ethernet režimą (100baseTX) arba per E jungtį. Optinis pluoštas (PFO) gali būti naudojamas specialioms reikmėms. Eterneto dažnių juostos plotis (pvz., Skirtingi šviesolaidiniai kabeliai ir variniai kabeliai) gali būti naudojami kartu su jungikliais ar medijos keitikliais. "Fast Ethernet" fizinės charakteristikos gali padėti pasiekti, kad atstumas tarp prietaisų būtų 100 metrų, o "E-bus" gali užtikrinti tik 10 metrų atstumą. Fast Ethernet arba E-bus galima pasirinkti pagal atstumo reikalavimus. "EtherCAT" sistema gali priglobti iki 65 535 įrenginių, todėl visas tinklas beveik neribojamas
4. Laisvas topologijos pasirinkimas
Kabeliuose yra didžiausias lankstumas: ar naudoti jungiklius, ar naudoti kopijavimo topologiją ar medžio topologiją. Automatinis adresų priskyrimas; nereikia nustatyti IP adreso.
4.1 Paskirstytas laikrodis:
Tikslus sinchronizavimas yra ypač svarbus paskirstymo procese, kai reikalingi įvairūs vienalaikiai veiksmai, pvz., Kai kelios servo ašys atlieka vienalaikius sujungimo užduotis.
Tikslus paskirstyto laikrodžio kalibravimas yra pats veiksmingiausias sinchronizavimo sprendimas. Priešingai, jei naudojamas visas sinchronizavimas, sinchronizavimo duomenų kokybė labai paveikė ryšių klaidas. Komunikacijos sistemoje žingsnis po žingsnio kalibravimo laikrodis toleruoja klaidų delsimą tam tikru mastu. EtherCAT duomenų mainai yra visiškai pagrįsti grynaisiais aparatūros įrenginiais. Kadangi ryšys naudoja loginės žiedinės tinklo struktūrą, "full-duplex Fast Ethernet" ir tikrąją žiedinės tinklo struktūrą, "pagrindinis laikrodis" gali lengvai ir tiksliai nustatyti kiekvieno "slapto laikrodžio" operacinę kompensaciją ir atvirkščiai. Paskirstytas laikrodis sureguliuojamas pagal šią vertę, o tai reiškia, kad jis gali pateikti labai tikslią laikrodžio bazę, kurioje tinkle yra mažiau kaip 1 mikrosekundžio jitter.
Tačiau didelio našumo paskirstyti laikrodžiai naudojami ne tik sinchronizavimui, bet ir pateikiant tikslią informaciją apie vietos laiką duomenų rinkimo metu. Dėl naujų išplėstinių duomenų tipų įvedimo, išmatuotas vertes galima priskirti labai tiksliais laiko spaudais.
4.2 Karštasis ryšys:
Daugeliui programų reikia keisti I / O konfigūraciją veikiant. Pavyzdžiui, apdorojimo centras su keičiamomis charakteristikomis, jutikliai įrengta įrankių sistema, pažangus perdavimo įrenginys, lankstus ruošinio vykdiklis ir spausdintuvas, galintys savarankiškai uždaryti spausdinimo bloką. "EtherCAT" sistema atsižvelgia į šiuos reikalavimus: "Karšto ryšio" funkcija gali prijungti arba atjungti visas tinklo dalis arba "dinamiškai" jas pertvarkyti, kad būtų galima lanksčiai reaguoti į besikeičiančias konfigūracijas.
4.3 Aukšta galimybė:
Pasirinktinis kabelių perteklius atitinka didėjančią sistemos prieinamumo paklausą, kad būtų galima pakeisti įrangą be tinklo uždarymo.
EtherCAT taip pat palaiko nereikalingas pagrindines stotis su karštu budėjimo režimu. Kadangi "EtherCAT" vergų valdiklis automatiškai grąžina rėmus, kai susiduriama su pertrauka, įrenginio gedimas nesukels visą tinklą. Pavyzdžiui, kabelių apsaugos grandinė gali būti specialiai sukonfigūruota trumpo juostos formos, kad būtų išvengta trūkimo.
4.4 saugumas:
Saugumo funkcijos paprastai yra įgyvendinamos atskirai nuo automatizavimo tinklo, naudojant aparatinę įrangą arba naudojant specialią saugų autobusų sistemą. Dėka "TwinSAFE" ("BeckhoFF" saugumo technologija), dabar galima naudoti "EtherCAT" saugumo protokolą su saugumu susijusiai bendravimui ir valdymo paslaugoms tame pačiame tinkle.
Saugos protokolas grindžiamas EtherCAT taikymo sluoksniu ir nekeičia apatinių sluoksnių. Šis saugumo protokolas buvo patvirtintas pagal IEC 61508, kad būtų pasiektas saugos integracijos lygis (SIL) 3, ir netgi gali pasiekti SIL4, atlikus atitinkamas priemones. Duomenų ilgis gali skirtis, kad protokolas būtų vienodai taikomas saugos I / O duomenims ir saugos variklio technologijoms. Kaip ir kiti "EtherCAT" duomenys, saugūs duomenys gali būti nukreipti be saugaus kelvedžio arba vartai.
4.5. Diagnozė.
Tinklo diagnostikos galimybės yra labai svarbios norint padidinti tinklo prieinamumą ir sumažinti paleidimo laiką (taip sumažinant bendras išlaidas). Klaidos gali būti pašalintos tik greitai, jei jos greitai ir tiksliai nustatomos ir aiškiai identifikuojamos. Todėl, rengiant "EtherCAT", ypatingas dėmesys buvo skiriamas tipinėms diagnostikos funkcijoms.
Bandymo metu tikrąją I / O terminalo konfigūraciją patikrina tęstinumas naudojant nurodytą konfigūraciją. Topologija taip pat turi atitikti konfigūraciją. Dėl integruoto topologijos atpažinimo įvesties / išvesties gali būti patvirtinta, kai sistema yra įjungta arba kai ji automatiškai įdiegiama.
Duomenų perdavimo klaidų klaidas galima aptikti galiojančiu 32 bitų CRC. Be to, kad būtų nustatytas pertraukties taškas ir vieta, fizinio sluoksnio ir topologijos perdavimas per EtherCAT sistemos protokolą užtikrina kiekvieno atskiro perdavimo segmento aukštos kokybės stebėjimą. Automatiškai analizuojant atitinkamus klaidų skaitiklius, svarbiausia tinklo dalis gali būti tiksli. Galite aptikti ir aptikti nuolatinės klaidos šaltinių, tokių kaip elektromagnetinio suderinamumo trikdžiai, sugedę jungtys ar sugadinti laidai, net jei jie nepadarė pernelyg didelės įtakos tinklui gebėti išgydyti save.
4.6 Atvirumas:
EtherCAT technologija ne tik visiškai suderinama su "Ethernet", bet ir turi ypatingas dizaino atvirumo charakteristikas: šis protokolas gali egzistuoti kartu su kitais Ethernet protokolais, kurie teikia įvairias paslaugas, o visi protokolai egzistuoja toje pačioje fizinėje terpėje - paprastai tik Bendras tinklo našumas nedidelis poveikis. Standartinis Ethernet įrenginys gali būti prijungtas prie EtherCAT sistemos per jungiklio terminalą, kuris neturi įtakos ciklo trukmei. Įrenginiai su tradicine lauko magistralės sąsaja gali būti integruojami į tinklą per "EtherCAT" magistralės magistralės terminalo prijungimą. UDP protokolo variantas leidžia įrenginį integruoti į bet kokią sąsają. EtherCAT yra visiškai atviras protokolas, kuris buvo identifikuotas kaip oficialus IEC specifikacija (IEC / PAS62407).