EtherCAT이란 무엇입니까 : 아키텍처, 작업 및 응용 프로그램

EtherCAT은 처음에 메이저에 의해 개발되었습니다. PLC 실시간 제어 시스템에 사용되는 Beckhoff Automation의 제조업체 및 공업 자동화 . Beckhoff Automation은 다른 인터페이스의 대역폭 문제를 해결하기 위해 1980년대에 LightBus와 같은 자체 Fieldbus 버전을 개발했습니다. 이 프로토콜에 대한 추가 작업으로 마침내 EtherCAT이 발명되었습니다. Beckhoff는 2003년 전 세계적으로 EtherCAT 프로토콜을 출시했습니다. 그 후, 그들은 2004년에 EtherCAT 기술 그룹(ETG)에 권리를 기부했습니다. ETG에는 사용자 그룹뿐만 아니라 매우 활발한 개발자가 있습니다. 이 문서에서는 개요에 대해 설명합니다. 이더캣 기본 – 응용 프로그램 작업.

이더캣이란?

EtherCAT 또는 이더넷 제어 자동화 기술은 매우 빠르고 보다 능숙한 통신을 달성하는 데 사용되는 이더넷 시스템에 의존하는 산업용 네트워크 시스템입니다. 따라서 EtherCAT은 전용 하드웨어 및 소프트웨어로 데이터를 처리하는 데 사용되는 매우 빠른 네트워크입니다. 이 네트워크는 마스터-슬레이브, 전이중 구성을 사용합니다. 네트워크 토폴로지 .

1000개의 I/O 포인트를 처리하는 데 걸리는 시간은 30초이며 100us 내에서 100개의 서보 축과 통신합니다. 서보 축은 데이터를 제어하고 실제 상태를 보고하기 위해 설정된 값을 받습니다. 이 축은 간단한 IEEE 1588 버전인 분산 클록 방식을 통해 동기화되고 지터를 1us 미만으로 줄입니다. EtherCAT은 메시지가 다음 슬레이브로 이동되기 전에 하드웨어 내에서 처리되기 때문에 빠른 출력을 제공합니다.

EtherCAT 아키텍처

매체에 대한 액세스를 제어하기 위해 마스터/슬레이브 원칙을 사용하는 EtherCAT 네트워크 아키텍처가 아래에 나와 있습니다. 이 아키텍처에서 EtherCAT 마스터는 일반적으로 ENI(EtherCAT 네트워크 정보) 파일 내에 저장된 네트워크 구성 정보뿐만 아니라 일반적인 이더넷 포트를 활용하는 제어 시스템입니다.

EtherCAT 네트워크 정보 파일은 단순히 각 장치에 대해 판매자가 제공하는 ESI(EtherCAT SlaveInformation) 파일을 기반으로 생성됩니다. 여기서 마스터 노드는 프레임을 슬레이브 노드로 전송하고 슬레이브 노드는 이러한 프레임에서 데이터를 삽입 및 제거할 수 있습니다. 슬레이브 장치는 EtherCAT 마스터를 통해 통신하기 위한 이더넷 포트를 포함하는 EPOS3 모터 드라이브와 같은 노드입니다. 여기서 EtherCAT 마스터는 마스터와 다른 슬레이브 간의 데이터 통신을 유지하는 데 사용되는 컴퓨터 장치입니다.

EtherCAT은 어떻게 작동합니까?

EtherCAT은 일반적으로 단일 프레임으로 모든 노드에서 제어 데이터를 송수신하기에 충분한 고성능 작동 모드를 통해 산업용 이더넷의 일반적인 결함을 극복하는 데 사용됩니다. EtherCAT 프로토콜은 이더넷의 물리적 계층에 구축되지만 EtherCAT은 TCP/IP를 사용하는 대신 통신 중 통신이라고도 하는 전송 및 메시지 라우팅을 위해 즉시 처리 방식을 사용합니다.

EtherCAT 마스터 및 슬레이브 구성은 다음과 같습니다. 이 구성에서 Ethercat의 마스터는 노드라고도 하는 모든 슬레이브를 통해 데이터 패킷(텔레그램)을 전송합니다.
EtherCAT의 주요 기능은 위의 구성 내의 슬레이브가 다른 방법으로 읽기만 하면 텔레그램에서 필요한 관련 데이터를 간단히 추출하고 텔레그램이 두 번째 노드 또는 슬레이브로 이동하기 전에 텔레그램에 정보를 추가할 수 있다는 것입니다. 따라서 텔레그램은 연결된 모든 슬레이브를 통해 이동한 후 마스터로 돌아갑니다.

EtherCAT 프로토콜은 마스터 장치에서 네트워크 내에 연결된 모든 슬레이브로 텔레그램을 보냅니다. 네트워크 내의 모든 슬레이브는 해당 슬레이브에 적용 가능한 데이터를 간단히 읽을 수 있으며 두 번째 노드로 이동하기 전에 텔레그램에 데이터를 추가할 수 있습니다.

데이터 읽기 및 쓰기는 EtherCAT의 모든 슬레이브에서 특수 ASIC을 통해 간단하게 활성화됩니다. 이 접근 방식에서 모든 슬레이브는 절차에 최소 지연을 도입하고 충돌은 실현 가능하지 않습니다.

EtherCAT 프로토콜은 여러 축 간의 동기화를 달성하기 위해 추가 하드웨어가 필요 없이 동기화된 다축 모션 제어와 호환되는 실시간 및 결정론적 통신을 제공합니다.

결함 허용

EtherCAT의 마스터 및 슬레이브 구성에서 마지막 노드의 출력이 마스터와 동맹을 맺지 않으면 EtherCAT 프로토콜을 통해 데이터가 자동으로 다른 방향으로 반환됩니다. 따라서 타임스탬프가 유지됩니다.

위 구성의 모든 노드는 데이터를 얻은 후 타임스탬프를 찍고, 그 후 두 번째 노드로 전송하면 다시 스탬프를 찍습니다. 결과적으로 마스터는 다른 노드에서 데이터를 받을 때마다 각 노드의 대기 시간을 쉽게 결정합니다. 마스터로부터의 데이터 전송은 EtherCAT을 훨씬 더 결정적이고 정확하게 만들기 위해 각 노드에서 I/O 타임스탬프를 얻습니다.

내결함성은 EtherCAT의 네트워크가 위의 다이어그램과 같이 링 네트워크에 연결될 필요가 없음을 의미하지만 트리 토폴로지, 라인 토폴로지, 링 토폴로지, 스타 토폴로지 및 다음과 같은 다양한 방식으로 연결할 수 있습니다. 조합.

물론 슬레이브와 마스터 사이에는 연결 레인이 있어야 합니다. 네트워크 토폴로지가 매우 유연하고 오류를 우수한 수준으로 허용하더라도 플러그를 뽑으면 작동하지 않습니다.

EtherCAT 시스템에서 스위치는 이더넷에서 발견한 것처럼 필요하지 않습니다. 노드 사이의 케이블 길이는 최대 100미터에 도달할 수 있습니다. 트위스트 페어 구리 케이블의 저전압 차동 신호는 전력 소비가 매우 적으면서 최대 속도로 작동합니다. 따라서 FOC(광섬유 케이블)를 사용하여 속도를 높이고 장치 사이에 갈바닉 절연을 포함하는 것도 가능합니다.

EtherCAT은 두 노드 사이에서 최대 100m 범위가 될 수 있는 이더넷 케이블을 사용합니다. 또한, 프로토콜은 하나의 케이블을 통해 데이터 전송 및 전원을 사용할 수 있습니다. 이러한 종류의 연결은 센서와 같은 다른 장치를 단일 라인으로 연결하는 데 사용됩니다. 노드의 거리가 100m 이상이면 광섬유 케이블이 100BASE-FX와 같이 사용됩니다. EtherCAT의 경우 전체 이더넷 배선 범위도 사용할 수 있습니다.

EtherCAT 프레임

EtherCAT 프로토콜은 최소 하나 이상의 데이터그램을 포함하는 일반적인 이더넷 프레임을 사용합니다. 이 프레임에서 데이터그램 헤더는 마스터 장치가 수행하려는 항목의 종류를 지정합니다.

• 읽고, 쓰고, 읽고 쓰고.
• 직접 주소 지정을 통해 특정 슬레이브 장치에 대한 진입 권한 또는 논리적 주소 지정을 통해 다양한 슬레이브 장치에 대한 진입 권한.

논리적 주소 지정은 모든 데이터그램이 EtherCAT 프로토콜 세그먼트 내에서 프로세스 이미지의 정확한 부분을 지정하는 순환 데이터 교환 프로세스에 사용됩니다.

모든 슬레이브 장치에는 설정된 네트워크 전체에 걸쳐 이 전역 주소 공간에 하나 이상의 주소가 할당됩니다. 유사한 영역 내에서 여러 슬레이브 장치에 주소가 할당된 경우 단일 데이터그램을 고려할 수 있습니다.

EtherCAT에서 Datagram은 데이터 접근과 관련된 정보를 포함하므로 마스터 장치는 데이터 접근 시점을 결정합니다.

프로토콜 안전성

현재 안전은 데이터 전송 및 통신 자동화 분야에서도 주요 기능 중 하나입니다. 따라서 EtherCAT은 데이터의 안전과 제어를 위한 유일한 통신 시스템을 허용하여 보안을 위해 Safety 프로토콜을 사용합니다. 이 안전 기능은 또한 데이터를 유연하게 수정하고 보안 시스템 아키텍처 등을 확장합니다.

EtherCAT 프로토콜의 안전 기술은 TÜV 인증을 받았으며 IEC 61508을 기반으로 개발되었으며 IEC 61784-3과 동일합니다. 이 프로토콜은 SIL 3과 동일한 안전 무결성 수준을 통해 안전 애플리케이션에 적용할 수 있습니다.

Ethercat 대 이더넷

EtherCAT과 이더넷의 차이점은 아래에서 설명합니다.

Ethercat 대 Profinet

EtherCAT과 Profinet의 차이점은 아래에서 설명합니다.

Ethercat 대 CANopen

EtherCAT과 CANopen의 차이점은 아래에서 설명합니다.

Ethercat 대 Modbus

EtherCAT과의 차이점 모드버스 아래에서 논의됩니다.

장점과 단점

Ethercat 프로토콜의 장점은 다음과 같습니다.

• EtherCAT은 모션 제어 애플리케이션에 활용되는 뛰어난 Fieldbus입니다.
• 유연한 토폴로지, 결정적 성능 및 다양한 기능 세트를 통해 기계 성능을 최적화하는 것으로 검증되었습니다.
• 그것은 단순히 전체 CANopen 제품군과 Sercos의 드라이브 프로필을 지원합니다. 따라서 이것은 사용자가 미리 정의된 기본 프로파일을 변경하여 정확한 애플리케이션에 EtherCAT 네트워크를 쉽게 배열할 수 있도록 도와줍니다.
• 링 토폴로지를 사용하여 이중화도 가능합니다. EtherCAT은 또한 스타, 트리, 라인 및 버스 토폴로지 .
• 이 프로토콜은 이더넷에 비해 고속, 더 적은 데이터 트래픽, 더 적은 하드웨어 비용, 더 높은 정밀도 및 클록 동기화 메커니즘을 제공합니다.
• 컴퓨터가 더 많은 양의 사이클을 처리하는 데 문제가 있을 수 있으므로 이 네트워크 속도도 관리할 수 있으므로 EtherCAT 내에서 최적화를 달성할 수 있습니다.
• 거의 모든 토폴로지를 지원하므로 일반적인 이더넷 스타 토폴로지 기반 스위치와 함께 광범위한 애플리케이션에서 사용할 수 있습니다.
• 이더넷 프로토콜 매우 안전하고, 단순화된 마스터를 사용하고, 데이터 공간이 더 많으며, 처리가 즉시 진행됩니다.

Ethercat 프로토콜의 단점은 다음과 같습니다.

• EtherCAT의 주요 단점은 슬레이브 장치가 EtherCAT을 실행하기 위해 특정 ASIC 하드웨어를 삽입해야 한다는 것입니다. 데이터 모델은 매우 다르며 이해하기 매우 어렵습니다.

애플리케이션

그만큼 EtherCAT의 응용 다음을 포함합니다.

• EtherCAT은 우수한 성능, 단순성, 견고성, 경제성, 통합 보안 및 유연한 토폴로지와 같은 많은 기능으로 인해 다양한 분야에 적용할 수 있습니다. 공작 기계, 로봇 공학, 인쇄기, 프레스, 발전소, 변전소, 테스트 벤치, 용접 기계, 농기계, 크레인 및 리프트, 풍력 터빈, 밀링 머신, 픽 앤 플레이스 머신, 포장 기계, 측정과 같은 다양한 분야에서 사용됩니다. 시스템, 제철소, 제지 및 펄프 기계, 무대 제어 시스템, 터널 제어 시스템 등
• 장비, 의료 기기, 기계 제어, 모바일 기계, 수많은 임베디드 시스템 및 자동차의 측정에 적용 가능합니다.
• 매우 고성능이며 설치가 간단하며 이더넷 응용 프로그램에서 사용되는 개방형 응용 프로그램 계층 기반 프로토콜입니다.
• 이것은 실시간 개방형 통신 시스템이므로 자동화 제조에 광범위하게 사용됩니다.

따라서 이것은 Ethercat 개요 – 응용 프로그램 작업. EtherCAT은 시스템과 기계를 더 간단하고 빠르고 비용 효율적으로 만듭니다. 이것은 안정성뿐만 아니라 개방성을 의미하는 국제 IEC 표준입니다. 지금까지 EtherCAT 사양은 변경되지 않고 호환 가능하게만 확장되었습니다. EtherCAT은 이더넷의 이점을 표준 Fieldbus 시스템의 단순성과 병합하고 IT 기술의 복잡성을 피하기 때문에 'Ethernet Fieldbus'로 간주됩니다. 이더넷이란 무엇입니까?