Như chúng ta đã biết Ethernet rất nhanh, không tốn kém và nó dễ dàng thực hiện trong các công cụ phần mềm trên máy tính, vậy tại sao trong nhiều trường hợp ta không thể đơn giản sử dụng Ethernet để kết nối các hệ thống điều khiển thay vào đó lựa chọn EtherCAT? Bài viết sau đây BKAII sẽ cùng các bạn làm rõ những thông tin về EtherCAT để có được đáp án cho vấn đề trên nhé!

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) là một mạng mở Ethernet Master/Slave thời gian thực được phát triển bởi Beckhoff. Ngày nay, nó là chuẩn mở được quản lý bởi EtherCAT technology group. EtherCAT thiết lập giới hạn cho hiệu suất thời gian thực vì nó xử lý 1000 I/O phân tán trong 30 µs hoặc 100 trục trong 100 µs sử dụng cáp sợi quang hoặc cáp xoắn. EtherCAT hỗ trợ dòng cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, cơ cấu cây hoặc thả dòng – không yêu cầu cấu trúc mở rộng. Ngoài ra, cấu trúc liên kết sao cổ điển đắt hơn có thể được sử dụng. 

Độ chính xác về thời gian

Trong các trường hợp ứng dụng vào việc gửi và nhận thư. Vào một ngày mà chỉ có 50 lá thư được gửi đến, thư của bạn sẽ nhanh chóng xuất hiện trong hộp thư của bạn. Vào những ngày nhiều thư, sẽ mất nhiều thời gian hơn, nhưng không có gì là khác biệt, phải không?

Vì vậy, Ethernet hoàn toàn phù hợp để gửi tài liệu xung quanh văn phòng hoặc từ thiết bị này sang thiết bị khác. “Thư” của bạn được gửi nhanh chóng và thực sự không quan trọng nếu thư được nhận vào lúc 10:00:02.12 hay lúc 10:01 – việc thời gian chính xác không quan trọng trong ứng dụng này.

Tuy nhiên với những hệ thống điều khiển thì thời gian là một yếu tố cực kỳ quan trọng. Thời gian nào đó đã xảy ra và với độ phân giải và độ chính xác trục thời gian càng nhiều càng tốt. Hệ thống điều khiển tự động hóa nhà máy theo định nghĩa là hệ thống thời gian thực. Việc bật và tắt máy yêu cầu độ trễ rất thấp. Ví dụ: bạn không muốn thông báo tắt khẩn cấp của mình lẫn vào luồng sao lưu dữ liệu gigabyte – các thông báo thời gian thực luôn được ưu tiên.

Nhưng trong một hệ thống Ethernet thông thường, không có giao thức nào xử lý cho việc này – tất cả dữ liệu về cơ bản là “bình đẳng”. Điều này hoạt động tốt với các máy tính văn phòng khi chia sẻ băng thông mạng để truy cập máy chủ và máy in, nhưng không phù hợp với các ứng dụng thời gian thực.

Nguyên tắc hoạt động của công nghệ EtherCAT

Nguyên tắc hoạt động của công nghệ EtherCAT là đọc truyền qua, các thông điệp được dành cho nhiều nút chứ không dành cho một nút duy nhất được sử dụng. Các thông điệp sẽ truyền lần lượt và truyền tới nút sau trong một chuỗi khi dữ liệu chưa được xử lý. Ở dữ liệu đầu vào sẽ cho một nút được đọc thông báo được xử lý và ở dữ liệu đầu ra sẽ chèn vào thông báo cho nút tiếp theo.

Chỉ một thông báo dữ liệu được phát hành duy nhất bởi EtherCAT Master cho tất cả các nút. Thông điệp sẽ được truyền xung quanh và trở lại Master, lúc này mọi nút trong mạng đã nhận được dữ liệu đầu vào mới từ Master và trả lại dữ liệu đầu ra mới cho Master.

Nếu không có các tải nhỏ, thông báo được nhắm đến mục tiêu các nút cụ thể thì mạng EtherCAT có thể đạt được tối đa mức sử dụng băng thông. Có thể so sánh chúng với một tuyến đường sắt, mỗi ga có thể hạ tải và sắp xếp lại toa tàu khi di chuyển qua ga.

EtherCAT và Ethernet

EtherCAT và Ethernet có liên kết vật lý và dữ liệu không quá nhiều, chúng khác nhau ở các lớp cao hơn như sau ta sẽ xem xét qua các trường hợp sau:

  • Ở mạng Ethernet, các thiết bị được kết nối ở cùng một cấp, các thiết bị có thể gửi và nhận dữ liệu qua mạng. Mạng có thể bao gồm một bộ switch để kết nối thiết bị internet để cung cấp quyền truy cập từ xa. Điều này linh hoạt nhưng dễ xảy ra tình trạng quá tải dữ liệu khi có nhiều thiết bị gửi và nhận cùng một lúc.
  • Còn đối với EtherCAT, thiết bị duy nhất được truyền dữ liệu qua mạng là Master. Master sẽ gửi chuỗi dữ liệu qua bus loại bỏ đi những xung đột dữ liệu của Ethernet và tối ưu hóa tốc độ.
  • Tốc độ của EtherCAT được tăng hơn so với các Ethernet vì chúng chỉ có một thiết bị gửi dữ liệu. Ngoài ra chúng còn có kỹ thuật xử lý nhanh chóng.
  • Trong Ethernet, mỗi thiết bị sẽ phải đọc tiêu đề của từng một thông báo để xác định dữ liệu có thuộc về mình hay không, sau đó mới nhập dữ liệu và xử lý.
  • Nhưng đối với EtherCAT quá trình xử lý nhanh chóng hơn, nút đọc tiêu đề và gửi dữ liệu cùng một lúc. Tiếp kiệm thời gian hiệu quả.

Và quan trọng hơn hết, khác với các Ethernet thông thường, EtherCAT cho phép dữ liệu đến và đi từ nhiều thiết bị khác nhau kết hợp thành các khung đơn. Khi có nút không có khả năng xử lý dữ liệu, tốc độ bus sẽ được điều chỉnh bởi master. Đảm bảo dữ liệu sẽ không bị mất bởi bất kỳ thiết bị nào.

Lợi ích của công nghệ EtherCAT

Tăng hiệu suất máy

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 giúp cho các máy tính công nghiệp có sức mạnh xử lý nhanh và chính xác hơn cho các ứng dụng và điều khiển có sẵn.

Điều khiển chuyển động 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.

Sự hỗ trợ công nghệ rộng rãi

Đây là sự lựa chọn phổ biến có giá thành linh kiện thấp bởi các chuỗi sản phẩm và nhà cung cấp. Nhận được sự hỗ trợ của nhóm công nghệ với hơn 1700 công ty thành viên từ 52 quốc gia. Mạng EtherCAT không hề có giới hạn về cấu trúc liên kết.

Trên đây là một vài tìm hiểu của BKAII về công nghệ EtherCAT. Có thắc mắc hay cần thêm thông tin các bạn liên hệ BKAII nhé!

Xem thêm:

"BKAII - Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất!"

 

Bài viết mới cập nhật...

 
 

Số lượng người đang truy cập...

Đang có 594 khách và không thành viên đang online