EtherCAT Mehnat tamoyillari
1. Ish printsipi:
Haqiqiy vaqt funksiyasini taqdim qilish uchun mavjud bo'lgan bir qator chekilgan echimlari mavjud: Masalan, CSMA / CD ga kirish jarayoni yuqori darajadagi protokol qavati orqali o'chiriladi va vaqt dilimi yoki ovoz berish jarayoni bilan almashtiriladi. Boshqa yechimlarda maxsus kalitlardan foydalaning va Ethernet paketlarini tarqatish uchun aniq vaqtni qo'llang. Garchi bu echimlar ulangan Ethernet tugunlariga paketlarni tezroq va aniqroq etkazib berishi mumkin bo'lsa-da, ayniqsa, odatda otomasyon asboblari uchun tarmoqli kengligi foydalanish juda past bo'ladi, chunki juda kichik ma'lumotlar hajmi uchun ham, to'liq chekilgan ramka yuborilishi kerak. Bundan tashqari, chiqish yoki haydovchi tekshiruvi uchun yo'naltirish va kirish ma'lumotlarini o'qish uchun talab qilinadigan vaqt asosan ijro etilish rejimiga bog'liq. Odatda shuningdek, translyatsiya tezligini tezlashtirish uchun sinxron sub-avtobus tizimi orqali, ayniqsa, modulli I / U tizimida, ushbu tizimlar va BeckhoFF K-avtobuslarida sub-avtobusdan foydalanish kerak, ammo bunday sinxronlashdan qochib bo'lmaydi. aloqa avtobusining uzatilishiga sabab bo'lgan kechikish.
EtherCAT texnologiyasidan foydalangan holda BeckhoFF boshqa chekilgan echimlari tizimining cheklovlarini buzib o'tdi: har bir ulanish nuqtasida Ethernet paketlarini qabul qilish o'rniga, protsessor ma'lumotlari sifatida dekodlash va nusxalash. Har bir qurilma (jumladan, pastki terminal qurilmasi) ichida bir ramka o'tganida, EtherCAT toka tekshiruvi qurilmada muhim bo'lgan ma'lumotlarni o'qiydi. Xuddi shunday, kirish ma'lumotlari ham xabarga o'tishi mumkin. Kadrni qabul qilganda (faqat bir necha bit kechiktirilgan), qul tegishli buyruqni tan oladi va uni ishlaydi. Ushbu jarayon qul boshqarmasida apparatda amalga oshiriladi va shuning uchun protokoli yupqa dasturiy ta'minotining haqiqiy vaqtda operatsion tizimidan yoki protsessor ishlashidan mustaqildir. Segmentdagi so'nggi EtherCAT toifasi butunlay qayta ishlangan xabarni qaytaradi, shunda xabar birinchi ustundan ustaga javob sifatida qaytariladi.
Yurakka chekilgan imgelardan EtherCAT avtobusi segmenti shunchaki Ethernet ramkalarini qabul qilish va yuborish imkoniyatiga ega bo'lgan katta chekilgan qurilma. Shu bilan birga, "qurilma" pastda joylashgan mikroişlemci bilan bir chekilgan denetleyicisini o'z ichiga olmaydi, lekin faqat EtherCAT ko'p sonli qul. EtherCAT har qanday boshqa chekilgan kabi bo'lgani kabi, bir kalitga ehtiyoj sezmasdan aloqa o'rnatishi mumkin va shu bilan sof EtherCAT tizimini yaratadi.
2. Terminallar Ethernetni amalga oshiradi:
Tizimning har bir qurilmasi, har bir I / U terminali uchun ham, pastki avtobusdan foydalanmasdan, cheklangan chekilgan protokolidan foydalanishni kafolatlaydi. Elektron terminal blokining talablarini qondirish uchun bog'langan juftlikning (100baseTX) E-avtobusigacha bo'lgan transmigratsiya muhiti aylantiriladi. Terminal blokidagi E avtobus signalining turi (LVDS) alohida emas, u 10 Gigabit Ethernet uchun ham ishlatilishi mumkin. Terminal blokining oxirida jismoniy avtobus xususiyatlari 100baseTX standartiga aylanadi.
Standart chekilgan MAC yoki arzon standart tarmoq kartalari (NICs) nazorat qurilmasiga qo'shimcha sifatida ishlatilishi mumkin. DMA (Direct Memory Access) kompyuterga ma'lumotlarni uzatish uchun ishlatiladi. Bu esa, tarmoq ulanishining CPU ishlashiga ta'sir qilmaydi degan ma'noni anglatadi. Xuddi shu printsip, bir PCI uyasida 4 ta chekilgan kanalga ega bo'lgan BeckhoFF multiport kartasida ishlatiladi.
3. Protokolni qayta ishlash apparaturada to'liq amalga oshiriladi
3.1 protokol:
EtherCAT protokoli protsedura ma'lumotlari uchun optimallashtirilib, to'g'ridan-to'g'ri Yurakka o'tkaziladigan freymlarga o'tkaziladi yoki UDP / IP datagramlarida siqiladi. UDP protokoli boshqa pastki tarmoqlarda joylashgan EtherCAT segmenti yo'riqnoma tomonidan ko'rib chiqilganda qo'llaniladi. Yurakka chekilgan freymda bir nechta EtherCAT xabarlari bo'lishi mumkin, ularning har biri 4 gigabayt hajmgacha bo'lgan mantiqiy jarayonni tasvirlash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan ma'lum xotira maydoniga bag'ishlangan. Ma'lumotlar zanjiri EtherCAT terminallarining jismoniy sekansından mustaqil bo'lgani uchun, EtherCAT terminallerini erkin tarzda olish mumkin. Tobe stantsiyalari efirga uzatishi, multicast va aloqa qilishi mumkin.
Protokol odatda oddiy bo'lmagan parametrli aloqa bilan ishlov beradi. Parametrlarning tuzilishi va ma'nosi CANOPEN qurilma profilida o'rnatiladi va ushbu qurilma rejimlari turli xil qurilma sinflari va ilovalar uchun qo'llaniladi. EtherCAT shuningdek, IEC 61491 standartiga mos keladigan qaram qoidalarni ham qo'llab-quvvatlaydi. Profilni SERCOSTM nomi bilan atashadi va harakatni boshqarish bo'yicha qo'llanmalar dunyosida tan olinadi.
Master / qul printsipiga muvofiq ma'lumotlar almashinishidan tashqari, EtherCAT ham boshqaruvchi (magistr / master) bilan aloqa qilish uchun juda mos keladi. Jarayonlardagi ma'lumotlar tarmog'ining erkin o'zgaruvchan parametrlari, diagnostika, dasturiy ta'minot va masofadan nazorat qilish xizmatlari ko'pgina talablarga javob berishi mumkin. Magistr / master bilan master / tobe aloqasi uchun ma'lumotlar interfeysi bir xil.
FMMU: Message processing to'liq apparatda amalga oshiriladi
3.2 ishlash:
EtherCAT tarmoq ishlashi uchun yangi balandlikka yetdi. 1000 ta tarqatilgan I / O ma'lumotlarining yangilanish tsikli faqat 30msni tashkil etadi, shu jumladan terminalda aylanish vaqti. Yurakka chekilgan freymda 1486 baytgacha bo'lgan jurnali ma'lumotlarini almashtirish mumkin, bu taxminan 12,000 raqamli I / O'ga to'g'ri keladi. Ushbu ma'lumotlarning uzatilishi faqat 300 ms ni tashkil qiladi.
100 ta servo oqi bilan aloqa faqat 100 ms ni oladi. Ushbu vaqt davomida o'rnatilgan qiymatlar va boshqarish ma'lumotlari barcha eksa uchun berilishi mumkin va ularning haqiqiy holati va holati haqida xabar berilishi mumkin. Tarqalgan soat texnologiyasi bu o'qlar orasidagi sinxronlash vaqtining 1 mikrosaniyadan kamroq bo'lishini ta'minlaydi.
EtherCAT texnologiyasining ustun ishlashi yordamida an'anaviy avtobusi tizimida amalga oshirilmaydigan nazorat usulini qo'llash mumkin. Shunday qilib, avtobus orqali ultrafastli nazorat döngüsü ham mumkin. Keyinchalik dasturiy ta'minotda mahalliy maxsus apparatni qo'llab-quvvatlashni talab qiluvchi xususiyatlar mavjud. Katta tarmoqli kengligi resurslari har qanday ma'lumotga parallel ravishda status ma'lumotlarini uzatishga imkon beradi. EtherCAT texnologiyasi aloqa texnologiyasini zamonaviy yuqori samarali sanoat kompyuterlariga moslashtirishga imkon beradi. Avtobus tizimi endi nazorat tushunchasining taqchilligi emas. Tarqatilgan I / U ma'lumotlarini uzatish faqat mahalliy I / U interfeysi orqali bajarilishi mumkin bo'lgan ishlarni oshiradi.
Ushbu tarmoqning ishlash afzalligi o'rtacha hisoblash quvvatiga ega bo'lgan kichik nazorat qurilmalarida ko'rinadi. EtherCAT ning yuqori tezlikli aylanishi ikki boshqaruv oralig'ida amalga oshirilishi mumkin. Shuning uchun, tekshiruvi doimo eng so'nggi kirish ma'lumotlariga ega va chiqish manzilida kechikish minimal. Hisoblagichning xatti-harakatlari o'z hisoblash quvvatini kuchaytirmasdan sezilarli darajada yaxshilanadi.
EtherCAT texnologiyasining prinsipi kengaytiriladi, faqatgina 100M tarmoqli kengligi bilan chegaralanmaydi - Gigabitga uzatiladigan chekilgan bo'lishi ham mumkin.
3.3 EtherCAT PCI o'rnini bosadi:
Kompyuter komponentlarini miniaturizatsiyalashning tezlashishi bilan sanoat kompyuterlarining o'lchami asosan talab qilinadigan bo'shliqlarga bog'liq.
Yuqori tezlikli Ethernet tarmoqli kengligi va EtherCAT aloqa apparatining (EtherCAT Slave Controller) ma'lumotlar tarmoqli kengligi ulardan foydalanish uchun yangi imkoniyatlar ochadi: odatda IPCda joylashgan interfeyslar EtherCAT tizimidagi aqlli interfeysli terminallarga o'tkaziladi. Iste'mol qilingan I / U, eksa va boshqaruv bloklariga qo'shimcha ravishda, fieldbus ustalari, yuqori tezlikda ketma-ket interfeyslar, tarmoq eshiklari va boshqa aloqa interfeyslari kabi kompleks tizimlar kompyuterdagi Ethernet port orqali echilishi mumkin. Hatto protokol variantlari bilan cheklanmagan boshqa chekilgan qurilmalar ham tarqatiladigan kalit terminali orqali ulanishi mumkin. Sanoat kompyuterlari xostining hajmi kichikroq va kichikroq bo'lib, narx past va past bo'ladi. Ethernet interfeysi barcha aloqa vazifalari uchun etarli.
PCI fieldbus qurilmalari (Profibus, CANOPEN, DeviceNet, AS-i, va boshqalar) o'rniga tarqalgan fieldbus magistral terminali orqali integratsiya qilish uchun chekilgan. Fieldbus magistrini ishlatmasdan PCI slotlarini kompyuterda saqlaydi.
3.4 Topologiya:
Bus, daraxt yoki yulduz: EtherCAT deyarli har qanday topologiyani qo'llab-quvvatlaydi. Shu sababli, avtobusdan olingan avtobuslar tizimini Ethernet uchun ham ishlatish mumkin. Avtobus va dallanma inshootlarini birlashtirish, ayniqsa, tizim kabellari uchun foydalidir. Barcha interfeyslar ulash qurilmasida joylashgan va hech qanday qo'shimcha kalitlarga ehtiyoj yo'q. Tabiiyki, an'anaviy switch-based yulduz chekkalari topologiyasi ham ishlatilishi mumkin.
Turli shamollatish kabellarini ishlatish kabelning moslashuvchanligini oshiradi. Moslashuvchan va arzon standart chekilgan patch kabeli Ethernet rejimida (100baseTX) yoki E avtobus orqali signallarni uzatishi mumkin. Optik tolalar (PFO) maxsus dasturlar uchun ishlatilishi mumkin. Yurakka chekilgan tarmoqli kengligi (masalan, turli optik tolali kabellar va mis kabellar) kalitlarga yoki atrof-muhit konvertorlariga bog'liq holda ishlatilishi mumkin. Fast Ethernet jismoniy xarakteristikalari qurilmalar orasidagi masofani 100 metrga yetkazishi mumkin, E-avtobus esa faqatgina 10 metr oraliqni kafolatlaydi. Tez chekilgan yoki E-avtobus masofaviy talablarga muvofiq tanlanishi mumkin. EtherCAT tizimi 65,535 qurilmaga ega bo'lishi mumkin, shuning uchun butun tarmog'i deyarli cheksizdir
4. Topologiyani erkin tanlash
Bolalar kabelida maksimal moslashuvchanlik mavjud: avtobusli topologiyani yoki daraxt topologiyasidan foydalanish kerakmi? Avtomatik manzilni belgilash; IP manzilini o'rnatishning hojati yo'q.
4.1 tarqatilgan soat:
To'g'ridan-to'g'ri sinxronizatsiya, ayniqsa, bir nechta servo oqi bir vaqtda bog'lanish vazifalarini bajarayotganda, bir vaqtning o'zida bir nechta harakatlar talab etiladigan tarqatish jarayonida juda muhimdir.
Tarqatilgan soatni to'g'ri kalibrlash sinxronlashtirish uchun eng samarali echimdir. Aksincha, agar to'liq sinxronlash ishlatilsa, aloqa xatolar paydo bo'lganda sinxronizatsiya ma'lumotlarining sifati sezilarli darajada ta'sir qiladi. Aloqa tizimida bosqichma-bosqich kalibrlash vaqti ma'lum darajada xato kechikishiga chidamli. EtherCAT da ma'lumotlar almashinuvi butunlay toza apparat qurilmalariga asoslangan. Aloqa mantiqiy halqa tarmoq tuzilishi, to'liq duplex Fast Ethernet va haqiqiy ring tarmog'i tuzilmasidan foydalanilganda, "master clock" har bir "qul soati" uchun aksincha kompensatsiyani sodda va aniq aniqlashi mumkin va aksincha. Tarqalgan soat bu qiymatga asoslangan holda o'rnatiladi, ya'ni u tarmoqdagi 1 mikrosaniyadan kamroq nolga teng bo'lgan juda to'g'ri soat bazasini ta'minlaydi.
Biroq, yuqori sifatli taqsimlangan soatlar faqat sinxronizatsiya qilish uchun ishlatilmaydi, shuningdek ma'lumotlarni yig'ish vaqtida mahalliy vaqt haqida aniq ma'lumotni taqdim etadi. Yangi kengaytirilgan ma'lumotlar turlarini joriy etish hisobiga o'lchov qiymatlari juda aniq vaqt belgilari bilan berilishi mumkin.
4.2 Ichki ulanish:
Ko'pgina ilovalar ishlash paytida I / U konfiguratsiyasini o'zgartirishni talab qiladi. Masalan, o'zgaruvchan xususiyatlarga ega bo'lgan protsedura markazi, sensorli jihozlangan vosita tizimi, aqlli uzatish moslamasi, moslashuvchan ishlov berish moslamasi va printerni mustaqil ravishda yopib qo'yadigan printer. EtherCAT tizimi ushbu talablarni hisobga oladi: "hotlink" funksiyasi tarmoqning turli qismlarini ulashi yoki uzishi yoki o'zgaruvchan konfiguratsiyalarga moslashuvchan javob berish uchun ularni "dinamik ravishda" qayta konfiguratsiya qilishi mumkin.
4.3 Oliy mavjudligi:
Opsiyonel simi artışı, ortib borayotgan tizim mavjudligi uchun ortib borayotgan talabni qondirish uchun, tarmoqni o'chirmasdan jihoz o'zgartirish mumkin.
EtherCAT shuningdek, kutish rejimida ishlaydigan ortiqcha stansiyalarni qo'llab-quvvatlaydi. EtherCAT tovush tekshirgichlari avtomatik ravishda uzilishlar yuz berganda freymlarni qaytaradigan bo'lsa, qurilma buzilishi butun tarmoqni o'chirib qo'ymaydi. Misol uchun, kabel himoya zanjiri sinishi oldini olish uchun qisqa bar shaklida maxsus sozlanishi mumkin.
4.4 xavfsizlik:
Xavfsizlik funktsiyalari odatda avtomatizatsiya tarmog'idan apparat yoki maxsus xavfsizlik avtobuslari tizimidan foydalaniladi. TwinSAFE (BeckhoFF ning xavfsizlik texnologiyasi) tufayli, xavfsizlik bilan bog'liq bo'lgan aloqa uchun EtherCAT xavfsizlik protokoli bilan bir xil tarmoqdagi d- nazorat aloqasidan foydalanish mumkin.
Xavfsizlik protokoli EtherCAT dastur qatlamiga asoslangan va pastki qatlamlarga ta'sir qilmaydi. Ushbu xavfsizlik protokoli xavfsizlikning integratsiya darajasiga (SIL) 3 erishish uchun IEC 61508 standartiga muvofiq sertifikatlangan va tegishli chora-tadbirlarni qabul qilganidan keyin SIL4 ga ham yetishi mumkin. Ma'lumotlarning uzunligi protokolning xavfsizligi I / U ma'lumotlariga va xavfsizlikning haydovchi texnologiyasiga teng darajada amal qilishi uchun har xil bo'lishi mumkin. Boshqa EtherCAT ma'lumotlari singari, xavfsiz ma'lumotlar xavfsiz yo'riqchini yoki shlyuzni ishlatmasdan yo'naltirilishi mumkin.
4.5 Tanı:
Tarmoqning tashxisiy salohiyati tarmoqning mavjudligini oshirish va foydalanishga topshirish vaqtini qisqartirish uchun juda muhimdir (shu sababli umumiy xarajatlarni kamaytiradi). Xatolar tez va aniq aniqlangan va aniq aniqlangan bo'lsa, ularni darhol bartaraf etish mumkin. Shu sababli, EtherCAT rivojlanishida odatda diagnostika xususiyatlariga alohida e'tibor berildi.
Sinov jarayonida, I / U terminalining haqiqiy konfiguratsiyasi ko'rsatilgan konfiguratsiyadan foydalanib, uzluksiz tekshiriladi. Topologiyani konfiguratsiyaga moslashtirish kerak. O'rnatilgan topologiyani identifikatsiya qilish tufayli, tizim ishga tushirilganda yoki avtomatik ravishda o'rnatilganda I / U tasdiqlanishi mumkin.
Ma'lumotlarni uzatishda xatolarga yo'l qo'yib bo'lmaydigan 32-bitli CRC bilan aniqlash mumkin. To'xtash nuqtasini aniqlash va joylashuvidan tashqari, EtherCAT tizimi protokoli orqali fizik qatlam va topologiyaning uzatilishi har bir uzatish segmentining yuqori sifatli monitoringini amalga oshiradi. Tegishli xato hisoblagichlarni avtomatik ravishda tahlil qilib, muhim tarmoq qismi aniq bo'lishi mumkin. EMC aralashuvi, nuqsonli ulagichlar yoki shikastlangan kablolar kabi doimiy xato manbalarini topish va topishingiz mumkin, hatto ular tarmoqning o'zini tiklash qobiliyatiga haddan tashqari ta'sir o'tkazmagan.
4.6 Ishonchlilik:
EtherCAT texnologiyasi faqat Ethernet bilan to'liq mos kelmaydi, shuningdek, maxsus dizayndagi ochiqlik xususiyatlariga ega: bu protokol turli xil xizmatlar taqdim etadigan boshqa chekilgan protokollari bilan birgalikda bo'lishi mumkin va barcha protokollar bir xil jismoniy muhitda mavjud - odatda faqat tarmoqning umumiy ishlashi kichik darajada ta'sir ko'rsatadi. Standart chekilgan imzo qurilmasi EtherCAT tizimiga bir kalit terminali orqali ulanishi mumkin, bu esa aylanish vaqtiga ta'sir qilmaydi. An'anaviy fieldbus interfeysi bo'lgan qurilmalar EtherCAT fieldbus magistral terminalini ulanishi orqali tarmoqqa ulanishi mumkin. UDP protokoli varianti qurilmani har qanday uy interfeysi bilan birlashtirilishiga imkon beradi. EtherCAT rasmiy IEC spetsifikatsiyasi (IEC / PAS62407) sifatida aniqlangan to'liq ochiq protokoldur.