Hem yerel hem de geniş alan ağları için, çok düşük maliyetli ve birçok hataya dayanıklı bir ağ olan Ethernet, 1970’li yıllarda Xerox’un Palo Alto Ataştırma Merkezi’nde (PARC) geliştirildi. Bulunduğu sırada TokenBus, TokenRing, ARCNET, CDDI gibi çeşitli ağ arayüzleri de vardı. Endüstriyel otomasyonu büyük bir değişime uğratan Ethernet’in yanı sıra bugün giderek yaygınlaşan bir diğer teknoloji de EtherCAT. 1980’lerin sonlarına doğru ise LightBus adı verilen kendi Fieldbus versiyonunu geliştirdi. Bunu yapmasının sebebi ise diğer arabirimlerin bant genişliği sorununu çözmekti. Bütün bu çalışmaların sonucunda EtherCAT icat edildi ve kullanılmaya başlanmıştır. 2003 yılında gösterime sunulan EtherCAT, IEC 61158 kapsamı gereği standartlaştırılmıştır. Bugüne baktığımız da ise neredeyse tüm dünyada en hızlı büyüyen bir Fieldbus standardı olarak karşımıza çıkmaktadır.

İlginizi Çekebilir: Servo Sürücü Seçimi

Neden EtherCAT?

Kontrol sistemleri tamamen zamanlama ile ilgilidir. Bir şeyin ne zaman olduğu ve mümkün olduğu kadar çabuk gerçekleşmesi ve doğruluğu gerçekten önemlidir. Eğer bir otomasyon veya hareket kontrol sisteminde zaman ve deterministik önemli ise bu noktada Ethernet bize yeterli gelmeyecektir. EtherCAT, anında çalışan Ethernet ilkesini temel alır. Anında çalışan Ethernet, endüstriyel otomasyon uygulamalarında hızlı çevrim süreleri için önemli bir etkendir. Protokolleri farklı olan EtherCAT ve Ethernet aynı fiziksel ve veri bağlantısı katmanlarını kullanırlar.

Ethernet, daha önce bahsedildiği gibi, verileri bir master/slave konfigürasyonunda birçok farklı düğüm üzerinden yönlendirebilir, isteklere göre gönderip alabilir. Hızlı ve belirleyici bir ağ olan EtherCAT, verileri özel donanım ve yazılım kullanarak işler. Herhangi bir topolojiyi barındırabilmesinin yanında tam çift yönlü, maste-slave konfigürasyonu da kullanabilir.  1.000 I/O noktasını 30 mikrosaniyede işleyebilir ve 100 servo ekseni ile 100 mikrosaniyede haberleşebilir. Bu eksenler, ayar değerlerini ve kontrol verilerini alır ve gerçek konumu ve durumu bildirir. Eksenler, titreşimi 1 mikrosaniyenin altına indiren IEEE 1588‘in basit bir versiyonu olan dağıtılmış bir saat tekniği kullanılarak senkronize edilir.

EtherCAT protokolü, hızlı bir haberleşme sağlayabilir. Çünkü mesajlar bir sonraki bağımlıya iletilmeden önce donanımda işlenir. Bu da işlemin hızlı gerçekleşmesine neden olur. Veri çerçevesinden geçme esnasında slave’ler, kendileri ile alakalı verileri okur ve aynı veri akışına anında yeni veriler ekler. İşlem gecikmeleri sadece birkaç nano saniyedir, çünkü bu protokol yığınının çalışma süresine bağlı değildir.

İlginizi Çekebilir: Endüstri 4.0 ve hedefi

Özetle, EtherCAT, düşük sistem maliyeti, esnek topolojisi, maksimum performansı, kolay konfigürasyonu, mevcut fieldbus sistemleriyle haberleşme, güvenlik özellikleri ve üstün teşhis özellikleri ile kontrol ve hareket uygulamalarında giderek daha yaygın hale geliyor.

Merkezi Kontrol Yapısı ile EtherCAT

Merkezi kontrol yapısı, esas olarak belirli hareket kontrol algoritmaları sağlar. Bu hareket kontrol algoritmaları merkezi işlemci hızında gerçek zamanlı hareket veya servi ile ilgili verilere erişim sağlamaktadır. Ancak, eksen sayısı arttıkça merkezi işlemci mimarisi kaynak eksikliği yaşar. Eksenler eklendiği sürece, gerçek zamanlı kontrol sağlayabilmek için mevcut işlemci kaynakları daha fazla eksene dağılmaktadır. Bu da genellikle servo güncelleme oranlarını ve bununla birlikte performansı da düşürür. Bu dezavantajla baş edebilmek için geliştiriciler, kusursuz bir dağıtılmış işlemci mimarisi kullanır. Bu mimari, gerçek zamanlı kontrol dışında tüm makine görevlerini yerine getirmek için sağlam bir PC tabanlı Makine İşlemci Birimi’ne (MPU) dayanır. Gerçek zamanlı kontrol algoritmaları, özel servo işlemler aracılığıyla gerçekleştirilir. Bulunan servo işlemci bir veya iki eksenin kontrolünü sağlar. Bu yaklaşımla birlikte, eksenler eklenirken aynı zamanda daha fazla servo işlemci de eklenir.