Apa itu EtherCAT: Arsitektur, Pekerjaan & Aplikasinya

EtherCAT pertama kali dikembangkan oleh mayor PLC pabrikan yaitu Beckhoff Automation yang digunakan dalam sistem kontrol real-time & otomasi industri . Beckhoff Automation mengembangkan versi Fieldbus mereka sendiri seperti LightBus pada 1980-an untuk mengatasi masalah bandwidth untuk antarmuka lain. Pekerjaan ekstra pada protokol ini akhirnya menghasilkan penemuan EtherCAT. Beckhoff meluncurkan protokol EtherCAT pada tahun 2003 di seluruh dunia. Setelah itu, mereka menyumbangkan haknya ke EtherCAT Technology Group (ETG) pada tahun 2004. ETG memiliki pengembang dan juga grup pengguna yang sangat aktif. Artikel ini membahas ikhtisar tentang Dasar-dasar Ethercat - bekerja dengan aplikasi.

Apa itu Ethercat?

EtherCAT atau Ethernet Control Automation Technology adalah sistem jaringan industri yang bergantung pada sistem Ethernet yang digunakan untuk mencapai komunikasi yang sangat cepat dan lebih mahir. Jadi, EtherCAT adalah jaringan yang sangat cepat yang digunakan untuk memproses data dengan perangkat keras & perangkat lunak khusus. Jaringan ini menggunakan konfigurasi full duplex master-slave dengan topologi jaringan .

Waktu yang dibutuhkan untuk memproses 1000 titik I/O adalah 30 detik & berkomunikasi dengan 100 sumbu servo dalam jarak 100 kita. Sumbu servo akan mendapatkan nilai yang ditetapkan untuk mengontrol data & melaporkan status aktual. Sumbu-sumbu ini disinkronkan melalui metode jam terdistribusi yang merupakan versi IEEE 1588 sederhana & mengurangi jitter hingga di bawah 1 us. EtherCAT memberikan output yang cepat karena pesan diproses di dalam perangkat keras sebelum dipindahkan ke slave berikutnya.

Arsitektur EtherCAT

Arsitektur jaringan EtherCAT ditunjukkan di bawah ini yang menggunakan prinsip master/slave untuk mengontrol akses ke media. Dalam arsitektur ini, master EtherCAT biasanya merupakan sistem kontrol yang menggunakan port Ethernet biasa serta informasi konfigurasi jaringan yang tersimpan di dalam file ENI (EtherCAT Network Information).

File Informasi Jaringan EtherCAT dibuat berdasarkan file ESI (EtherCAT SlaveInformation) yang diberikan oleh pedagang untuk setiap perangkat. Di sini, node master mentransmisikan frame ke node slave yang dapat menyisipkan dan menghapus data dari frame tersebut. Perangkat slave adalah node seperti drive motor EPOS3 yang berisi port Ethernet untuk berkomunikasi melalui master EtherCAT. Di sini, master EtherCAT adalah perangkat komputer yang digunakan untuk menjaga komunikasi data antara master maupun slave yang berbeda.

Bagaimana Cara Kerja EtherCAT?

EtherCAT digunakan untuk mengatasi kesalahan khas Ethernet Industri melalui mode operasi kinerja tinggi, di mana biasanya satu frame cukup untuk mengirim & menerima data kontrol dari dan ke semua node. Protokol EtherCAT dibangun di atas lapisan fisik Ethernet namun, EtherCAT menggunakan pendekatan pemrosesan-on-the-fly untuk transportasi & perutean pesan yang juga disebut berkomunikasi-on-the-fly daripada menggunakan TCP/IP.

Konfigurasi master dan slave EtherCAT ditunjukkan di bawah ini. Dalam konfigurasi ini, master Ethercat mengirimkan paket data (telegram) ke setiap slave yang juga disebut node.
Fitur utama EtherCAT adalah bahwa slave dalam konfigurasi di atas dapat membaca, jika tidak, ekstrak hanya data terkait yang diperlukan dari telegram & tambahkan informasi ke telegram sebelum berpindah ke node atau slave kedua. Jadi, telegram bergerak ke seluruh budak yang terhubung & setelah itu kembali ke master.

Protokol EtherCAT mengirimkan telegram dari perangkat master ke semua budak yang terhubung dalam jaringan. Setiap slave dalam jaringan dapat dengan mudah membaca data yang berlaku untuk slave tersebut dan dapat menambahkan data ke telegram sebelum berpindah ke node kedua.

Pembacaan & penulisan data hanya diaktifkan melalui ASIC khusus pada setiap slave EtherCAT. Dalam pendekatan ini, setiap budak akan memperkenalkan penundaan minimum untuk prosedur & tabrakan tidak layak.

Protokol EtherCAT hanya menyediakan komunikasi real-time dan deterministik, yang kompatibel dengan kontrol gerak yang disinkronkan dan multi-sumbu tanpa memerlukan perangkat keras tambahan untuk mencapai sinkronisasi antara beberapa sumbu.

Toleransi kesalahan

Dalam konfigurasi master & slave EtherCAT, jika output dari node terakhir tidak bersekutu dengan master, maka data dikembalikan secara otomatis ke arah lain melalui protokol EtherCAT. Jadi, timestamping dipertahankan.

Setiap node dalam konfigurasi di atas menstempel data setelah diperoleh, dan setelah itu, menstempel lagi setelah mentransmisikannya ke node kedua. Akibatnya setiap kali master mendapatkan kembali data dari node yang berbeda, maka ia menentukan latency setiap node dengan mudah. Transmisi data dari master memperoleh stempel waktu I/O dari setiap node untuk membuat EtherCAT jauh lebih deterministik & akurat.

Toleransi kesalahan berarti, jaringan EtherCAT tidak harus terhubung dalam jaringan cincin seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas, namun dapat dihubungkan dengan cara yang berbeda, seperti topologi pohon, topologi garis, topologi cincin, topologi star & juga dengan kombinasi.

Tentu saja, di antara budak & master, harus ada jalur koneksi. Setelah Anda mencabutnya maka mereka tidak dapat bekerja, meskipun topologi jaringan sangat fleksibel & mentolerir kesalahan ke tingkat yang sangat baik.

Dalam sistem EtherCAT, sakelar tidak diperlukan seperti yang kami temukan di Ethernet. Panjang kabel di antara node hingga 100 meter dapat dicapai. Sinyal diferensial tegangan rendah pada kabel tembaga pasangan terpilin bekerja pada kecepatan maksimum dengan konsumsi daya yang sangat rendah. Jadi, juga layak untuk menggunakan kabel serat optik (FOC) untuk meningkatkan kecepatan & menyertakan isolasi galvanik di antara perangkat.

EtherCAT menggunakan Kabel Ethernet yang dapat menjangkau hingga 100m di antara dua node. Selain itu, protokol memungkinkan transmisi data & daya melalui satu kabel. Koneksi semacam ini digunakan untuk menghubungkan perangkat yang berbeda seperti sensor dengan satu jalur. Jika jarak node diatas 100m maka digunakan Kabel Fiber Optik seperti 100BASE-FX. Untuk EtherCAT, rangkaian kabel Ethernet lengkap juga tersedia.

Bingkai EtherCAT

Protokol EtherCAT menggunakan bingkai Ethernet tipikal yang mencakup minimal satu atau lebih datagram. Dalam bingkai ini, header datagram akan menentukan jenis hidangan apa yang ingin dilakukan perangkat master:

• Baca, tulis, baca-tulis.
• Hak masuk ke perangkat slave tertentu melalui pengalamatan langsung atau hak masuk ke berbagai perangkat slave melalui pengalamatan logis.

Pengalamatan logis digunakan untuk proses pertukaran data siklik di mana setiap Datagram mengalamatkan fraksi yang tepat dari gambar proses dalam segmen protokol EtherCAT.

Setiap perangkat budak dialokasikan dengan satu atau lebih alamat di ruang alamat global ini di seluruh jaringan yang dibuat. Sebuah Datagram tunggal dapat dipertimbangkan jika beberapa perangkat budak dialokasikan alamat dalam wilayah yang sama.

Di EtherCAT, Datagram menyertakan informasi yang terkait dengan akses data, sehingga perangkat master mengambil keputusan tentang kapan harus mengakses data.

Keamanan Protokol

Saat ini, keselamatan merupakan salah satu fitur utama bahkan di bidang otomasi untuk transfer data maupun komunikasi. Jadi, EtherCAT menggunakan protokol Keselamatan untuk tujuan keamanan dengan mengizinkan satu-satunya sistem komunikasi untuk keamanan & kontrol data. Fitur keamanan ini juga memodifikasi data secara fleksibel & memperluas arsitektur sistem keamanan, dll.

Teknologi keamanan protokol EtherCAT bersertifikat TÜV & dikembangkan berdasarkan IEC 61508 & identik dengan IEC 61784-3. Protokol ini berlaku dalam aplikasi keselamatan melalui Tingkat Integritas Keselamatan yang setara dengan SIL 3.

Ethercat Vs Ethernet

Perbedaan antara EtherCAT dan Ethernet dibahas di bawah ini.

Ethercat Vs Profinet

Perbedaan antara EtherCAT dan Profinet dibahas di bawah ini.

Ethercat Vs CANopen

Perbedaan antara EtherCAT dan CANopen dibahas di bawah ini.

Ethercat Vs Modbus

Perbedaan antara EtherCAT dan Modbus dibahas di bawah ini.

Keuntungan dan kerugian

Keuntungan protokol Ethercat termasuk yang berikut.

• EtherCAT adalah Fieldbus luar biasa yang digunakan dalam aplikasi kontrol gerak.
• Ini diverifikasi untuk mengoptimalkan kinerja alat berat melalui topologi fleksibel, kinerja deterministik & serangkaian fitur yang berbeda.
• Ini hanya mendukung seluruh keluarga CANopen & profil drive Sercos. Jadi ini membantu pengguna untuk mengatur jaringan EtherCAT dengan mudah ke aplikasi yang tepat dengan mengubah profil dasar yang telah ditentukan.
• Redundansinya juga dimungkinkan menggunakan topologi cincin. EtherCAT juga menggunakan bintang, pohon, garis, dan topologi bus .
• Protokol ini memberikan kecepatan tinggi, lalu lintas data yang lebih sedikit, biaya perangkat keras yang lebih sedikit, dan mekanisme jam yang lebih presisi & sinkronisasi dibandingkan dengan Ethernet.
• Kecepatan jaringan ini juga dapat diatur karena komputer mungkin mengalami kesulitan menangani jumlah siklus yang lebih baik, sehingga optimasi dalam EtherCAT dapat dicapai.
• Ini mendukung hampir semua topologi sehingga dapat digunakan dalam berbagai aplikasi dengan switch berbasis topologi bintang Ethernet tipikal.
• Protokol Ethernet sangat aman, gunakan master yang disederhanakan, ruang data lebih banyak, dan Pemrosesan dengan cepat.

Kerugian protokol Ethercat termasuk yang berikut.

• Kelemahan utama EtherCAT adalah bahwa perangkat slave perlu memasukkan perangkat keras ASIC tertentu untuk menjalankan EtherCAT. Model datanya sangat berbeda & juga sangat sulit untuk dipahami.

Aplikasi

Itu aplikasi EtherCAT termasuk berikut ini.

• EtherCAT dapat diterapkan di berbagai bidang karena banyak fitur seperti kinerja luar biasa, kesederhanaan, ketahanan, keterjangkauan, keamanan terintegrasi, dan topologi fleksibel. Ini digunakan di berbagai bidang seperti Peralatan mesin, Robotika, Mesin cetak, Pengepres, Pembangkit listrik, Gardu Induk, Bangku uji, Mesin las, Mesin pertanian, Derek dan lift, Turbin angin, Mesin penggilingan, Mesin Pick and Place, Mesin Pengemasan, Pengukuran sistem, Pekerjaan Besi & Baja, Mesin Kertas & Pulp, Sistem kontrol panggung, Sistem kontrol terowongan, dll.
• Ini berlaku dalam pengukuran peralatan, perangkat medis, kontrol mesin, mesin bergerak, berbagai sistem & mobil tertanam.
• Ini memiliki kinerja yang sangat tinggi, mudah dipasang, dan protokol berbasis lapisan aplikasi terbuka yang digunakan dalam aplikasi Ethernet
• Ini adalah sistem komunikasi real-time dan terbuka, sehingga banyak digunakan dalam pembuatan otomasi.

Jadi, ini adalah gambaran umum tentang Ethercat - bekerja dengan aplikasi. EtherCAT membuat sistem dan mesin lebih sederhana, lebih cepat & lebih hemat biaya. Ini adalah standar IEC internasional yang tidak secara eksklusif mewakili stabilitas, tetapi juga untuk keterbukaan: sampai sekarang, spesifikasi EtherCAT tidak pernah diubah, tetapi hanya diperluas secara kompatibel. EtherCAT dianggap sebagai 'Ethernet Fieldbus' karena menggabungkan manfaat Ethernet dengan kesederhanaan sistem Fieldbus standar & menghindari kompleksitas teknologi TI. Berikut adalah pertanyaan untuk Anda, apa itu Ethernet?