Comment dans les applications industrielles, l'utilisation d'EtherCAT permet d’avoir des mesures en temps réel plus rapides.

 

Le défi

Comme le facteur coûts continue à toucher toute l'industrie, il y a un besoin croissant de fournir des mesures en temps réel plus rapides dans les applications industrielles.

Il y a déjà un grand nombre de systèmes différents en service qui sont construits avec  une liaison Ethernet mais ils sont souvent inefficaces puisqu'une grande partie de la bande passante existante est indisponible.

Il y a deux raisons à cette inefficacité:

  • La première est que seulement une petite quantité de données sont transmises n'importe quand.
  • En outre les messages commencent quand l’appareil du  client ou l’appareil maitre du système demande les données. Cela signifie que l’Ethernet standard fonctionne comme un système d'information semi-duplex.

Solution

Pour surmonter le problème, une recherche a été entreprise par Beckhoff Automation Gmbh pour développer un système de bus de terrain qui pourrait fonctionner en temps réel en défiant la bande passante basse des protocoles standard Ethernet.

Le résultat a été qu’EtherCAT (Ethernet Control Automation Technology), est un protocole de transmission industriel de hautes performances qui prolonge l'Ethernet IEEE 802.3 standard permettant ainsi de transférer les données à un moment prévisible  avec une synchronisation précise.

Le développement d'EtherCAT signifie que les paquets Ethernet ne sont plus longs à être reçus, interprétés, traités et copiés dans chaque appareil. Le protocole EtherCAT transporte toujours les données directement dans une trame standard Ethernet sans changer sa structure de base.

Cependant, les appareils esclaves EtherCAT peuvent lire les données qui leur sont adressées tandis que la trame traverse le noeud de l’appareil. Les données d'entrée peuvent également être insérées en même temps avec un laps de temps de quelques nanosecondes seulement. Puisque les trames d'EtherCAT comportent les données de nombreux appareils qui fonctionnent en modes expédition et réception, le débit utilisable grimpent jusqu'à plus de 90%. Ceci permet aux appareils entièrement duplex de 100BaseTX d'être complètement utilisés avec des débits efficaces  > 100 Mbit/s.

Avantages

Un autre avantage d'EtherCAT est qu'il supporte entièrement la famille CANopen et le profil de communication Sercos. Cela aide les utilisateurs à configurer facilement les réseaux EtherCAT selon leur application spécifique en modifiant les profils de base prédéfinis.

En outre EtherCAT peut soutenir presque n'importe quelle topologie le rendant approprié pour une large plage gamme d’applications avec une topologie standard basée sur la commutateur en étoile d'Ethernet. Ceci rend le système très flexible en termes de câblage et différents câbles peuvent être facilement employés. Ainsi la bande passante complète du réseau Ethernet peut aisément être utilisée en combinaison avec des commutateurs ou des convertisseurs de médias.

Modules Gateway

QuantumX CX27

Pour maximiser l'efficacité en recueillant des mesures en temps réel avec EtherCAT, HBM a présenté son module gateway CX27 comme élément de son système établi  QuantumX. Le CX27 comporte un raccordement EtherCAT, comportant un module/voies unique programmé pour un trafic de données isochronique. Cela permet le réglage et la configuration de voies différentes par l'intermédiaire de la liaison EtherCAT pour à la fois la configuration de la voie (SDO) et comme méthode d'assigner des données de processus (PDO).

Pour aider des utilisateurs, la configuration est facilement réalisée en employant  EtherCAT Studio, basé sur le système König PA ou TwinCAT, qui utilise les méthodes de Beckhoff. La configuration peut également être faite en employant le système fourni sur le CD QuantumX Système ou en téléchargeant le logiciel approprié à partir du site Internet de HBM. Enfin les utilisateurs peuvent également utiliser un scan réseau ou une information stockée dans l'EEPROM pour configurer l’appareil. Les utilisateurs disposent ainsi d’une plus grande flexibilité pour configurer facilement le CX27.

Considérations principales

Une considération importante, quand des actions simultanées sont exigées dans des processus largement répartis, est que le timing de tous les noeuds dans le réseau doit être parfaitement synchronisé.

Ceci est réalisé en transmettant la base de temps de l'horloge principale à toutes les horloges esclaves qui doivent être alignée pour compenser n'importe quel décalage de temps, en employant la méthode distribuée de synchronisation d'horloges (IEEE 1588).
Dans un groupement EtherCAT, l'horloge principale est dans un dispositif esclave, car le maître devrait délibérément être tracé par les composants standards. Tous les noeuds peuvent alors être synchronisés avec une erreur de plus ou moins 1 ms.

Dans le CX27, il y a une option dans le Device Description File (DDF) qui active ou désactive les horloges réparties; les horloges réparties sont placées par défaut comme activées. Quand les horloges distribuées sont activées, le timing maitre transmet le  temps à l'esclave du QuantumX et celui-ci distribue le timing aux modules. L'utilisation des horloges réparties est utile quand des mesures doivent être effectuées en parallèle par l'intermédiaire de la liaison Ethernet et qu’elles emploient le même groupe date/heure comme référence.

Utiliser le CX27 de HBM comme esclave EtherCAT permet d’avoir de grands nombres  de voies de mesure avec des taux d’échantillonnage élevés. Avec le bus de terrain du système QuantumX, puissant et moduliare, il est possible de gérer jusqu'à 199 signaux synchronisés en temps, avec un taux de prélèvement maximal de 1200 hertz ou 30 voies avec un taux de prélèvement de 4800 hertz.

Conclusion

EtherCAT est un protocole de haute performance, facile à se déployer, et ouvert pour toutes les applications Ethernet. Son intégration dans le CX27 de HBM, garantit que les utilisateurs peuvent profiter pleinement des possibilités de synchronisation tout en en utilisant la largeur de bande complète pour n'importe quelle application appropriée. Cela est particulièrement valable lorsqu’un grand nombre de modules de mesure doit être synchronisé.

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