Giới thiệu công nghệ EtherCAT

1. Giới thiệu công nghệ EtherCAT

Hình 1: Giới thiệu công nghệ EtherCat

Như chúng ta đã biết, hiện nay Fieldbus (Bus trường) là một công nghệ tiêu chuẩn được thiết lập trong tự động hóa.Các I/O phân phối đã thay thế cho việc đi dây song song tới các card I/O tập trung trong hầu hết các ứng dụng. Người dùng được hưởng những lợi ích từ việc chuẩn đoán cải thiện, cài đặt được đơn giản hóa và đi dây ít hơn. Dưới đây là một số chuẩn truyền thông trong công nghiệp:

Hình 2: Giới thiệu công nghệ EtherCat

Công nghệ Fieldbus cho phép các ứng dụng ở quy mô rộng rãi của hệ thống điều khiển trên nền tảng máy tính. Trong khi hiệu suất của bộ điều khiển CPU – đặc biệt là máy tính công nghiệp (IPC) – đang tăng nhanh chóng, hệ thống fieldbus thông thường đã trở thành “nút thắt” làm hạn chế hiệu quả hoạt động của hệ thống điều khiển. Một yếu tố khác là cấu trúc điều khiển phân lớp, bao gồm một số hệ thống cấp dưới ( thường theo chu kỳ) : nhiệm vụ điều khiển thực tế (PLC Task), hệ thống fieldbus vàcũng có thể là các bus mở rộng địa phương với hệ thống I/O hoặc đơn giản là chu kỳ phần mềm địa phương trong các thiết bị ngoại vi. Thời gian phản ứng cao hơn thời gian chu kỳ điều khiển thường là 3-5 lần - một giải pháp không thỏa đáng.

Phía trên của cấp hệ thống fieldbus – tức là bộ điều khiển mạng, Ethernet thực sự đã trở thành công nghệ tiên tiến nhất hiện có. Ứng dụng Ethernet tại cấp độ I/O, drive tạinơi mà đã bị sở hữu bởi hệ thống fieldbus trong quá khứ.Yêu cầu chính cho loại ứng dụng này là khả năng đáp ứng thời gian thực cao, phù hợp với số lượng dữ liệu nhỏ và đương nhiên là tiết kiệm khoản chi phí.EtherCAT đáp ứng được những nhu cầu này và đồng thời tạo nên công nghệ internet có sẵn tại cấp I/O.

2. Công nghệ EtherCAT

Hình 3: Công nghệ EtherCat

Công nghệ EtherCAT khắc phục được những hạn chế hiện có của những giải pháp Ethernet công nghiệp khác: gói Ethernet nhận không dài hơn, sau đó giải mã với dữ liệu xử lý rồi được chép tới từng thiết bị.Thì ở đây, các thiết bị EtherCAT slave đọc dữ liệu được định địa chỉ tới chúng trong khi khung đi qua các nút. Tương tự như vậy, dữ liệu input được thêm vào trong khi các bức điện tín đi qua.Các khung hầu như không bị chì hoãn (vì thời gian delay chỉ mất vài nano giây). Các khung gửi bởi master vượt qua thiết bị tiếp theo đến tận khi nó đạt tới kết thúc của phân khúc này. Thiết bị cuối cùng tìm một cổng mở và gửi khung trở lại master.

Hình 4: Công nghệ EtherCat

Một khung EtherCAT bao gồm dữ liệu của nhiều thiết bị cả gửi vào nhận hướng trong một khung Ethernet. Tốc độ dữ liệu sử dụng có thể tăng tới hơn 90%. Tính năng full-duplex của 100BASE-TX được sử dụng đầy đủ, do đó tốc độ dữ liệu> 100Mbit/s (>90% của 2x100 Mbit) có thể đạt được.

Hình 5: Công nghệ EtherCat

Tuy nhiên các tính năng của EtherCAT đạt được kết quả gì? Và quan trọng hơn cả…những lơi ích người dùng cuối của các tính năng này là gì ?

3. Lợi ích của Công nghệ EtherCAT

3.1. Tăng hiệu suất máy…

Hình 6: Tăng hiệu suất máy với công nghệ EhterCAT

EtherCAT không phải là nhanh hơn đáng kể so với các hệ thống fieldbus truyền thống nhưng nó là nhanh nhất trong những giải pháp Ethernet công nghiệp. Thời gian chu kỳ EtherCAT thông thường là 50…250 µs, trong khi hệ thống fieldbus truyền thống mất từ 5-15ms để cập nhật. EtherCAT làm cho sức mạnh xử lý của máy tính công nghiệp có sẵn cho các ứng dụng, điều khiển nhanh hơn cung cấp kết quả chính xác hơn.Husky – nhà sản xuất máy ép phun người Canada cho biết: bằng việc sử dụng EtherCAT nó đã có thể làm giảm một phần khối lượng và độ dày của cốc nhựa…tiết kiệm nhiên liệu trị giá hơn 180.000 USD cho mỗi máy/1 năm.

VD: Trong trường hợp cần phải chờ đợi 1 phần tới như : xilanh để đạt tới vị trí cuối cùng của nó hoặc áp lực cần đạt tới một ngưỡng nhất định. Với một mạng lưới nhanh hơn, thời gian chờ đợi được giảm và thông lượng của máy hoặc nhà máy sẽ tăng lên dẫn đến hiệu suất công việc.

3.2. Điều khiển chuyển động tốt hơn…

Hình 7: Điều khiển chuyển động máy tốt hơn

EtherCAT cũng rất chính xác. Đồng hồ phân phối của nó cho phép giá trị đo được lấy mẫu và ngõ ra thiết lập trong một mạng lưới rộng đồng bộ. Jitternhỏ hơn 1 micro giây. Trong hầu hêt các trường hợp sự sai lệch thậm chí còn dưới 100 nano giây. Độ chính xác này là lý tưởng cho những ứng dụng chuyển động đồng bộ và cho sự tích hợp các nhiệm vụ đo lường trong cùng một mạng.

EtherCAT cũng không tốn chi phí nhiều. Một phần nó có phần mềm được thực hiện trên master trên cổng EtherCAT tiêu chuẩn, một phần là do chip điều khiển slave chi phí thấp. Về cáp truyền thông cũng tiết kiêm tiền, EtherCAT không đòi hỏi công tắc chuyển hay thành phần hạ tầng đang hoạt động khác và sử dụng cáp tiêu chuẩn cùng connector.

Về mặt kỹ thuật cũng được giảm như việc điều chỉnh mạng là không cần thiết, các tính năng chuẩn đoán của công nghệ này cung cấp chính xác định vị trí lỗi và đòi hỏi ít thời gian sử lý sự cố hơn.

3.3. Sự hỗ trợ công nghệ rộng rãi…

Hình 8: Sự hỗ trợ công nghệ rộng rãi

Một yếu tố khác cho giá thành linh kiện thấp đó là sự lựa chọn rộng rãi của chuỗi sản phẩm và sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp. EtherCAT được hỗ trợ bởi nhóm công nghệ EtherCAT với 1700 công ty thành việ từ 52 quốc gia.EtherCAT cũng có tỷ lệ thông qua nhanh nhất trong công nghệ Ethernet công nghiệp. Hướng dẫn sản phẩm trên trangwww.ethercat.orghiện tại hơn 300 tính năng với hơn 600 sản phẩm.

Mạng EtherCAT không có giới hạn thực tế liên quan đến cấu trúc liên kết – đường, sao, cây, vòng dự phòng và kết hợp lên tới 65 535 nút cho mỗi phân đoạn.Trong trường hợp khoảng cách 100m là không đủ giữa hai nút thì cáp quang được sử dụng. Ngay cả công nghệ không dây (wireless) cũng có thể được tích hợp hot kết nối aAd cho phép kết nối và ngắt kết nối của các nut trong khi runtime.

Tốc độ của EtherCAT cho phép hệ thống fieldbus cổ điển được tích hợp dễ dàng và 20 hệ thống được hỗ trợ. Với các thành phần này chúng có thể tích hợp các thiết bị hiện có vào một mạng EtherCAT và nhận ra giao diện cho hệ thống cấp cao hơn hoặc lân cận.Việc chuyển đổi từ hệ thống trước đó là thuận lợi và đồng thời các giao diện phúc tạp của bộ điều khiển trung tâm được bỏ qua : những hệ thống khác chỉ đơn giản là tích hợp thông qua EtherCAT mà không cần thông qua PCI, cPCI, PCIe, PC104,…

Nhắc tới Beckhoff các bạn thể nào bỏ qua nhân tố quan trọng tạo nên sự thành công hiện tại và những bước phát triển tiếp theo của công nghê tự động này_EtherCAT

• Khởi động từ là gì?
• Rơ le nhiệt là gì?
• Hướng dẫn tính toán chọn rơ le nhiệt
• Giải pháp nhà kho tự động?
• Lưu trữ đám mây là gì?