EtherCAT
Endüstriyel otomasyon, hareket kontrolü, gerçek zamanlı kontrol sistemleri ve veri toplama sistemlerinde Ethernet’in gücünü ve esnekliğini getiren bir protokoldür. Bu makalede EtherCAT protokolünü detaylı bir şekilde inceleyeceğiz ve işleyişine dair önemli noktaları ele alacağız.
EtherCAT ve Gelişimi
EtherCAT, "Ethernet for Control Automation Technology" kelimelerinin kısaltmasıdır. EtherCAT, endüstriyel otomasyon ve gerçek zamanlı veri toplama sistemlerinde Ethernet'in avantajlarını sunarak, hızlı ve etkili veri iletişimini mümkün kılar. EtherCAT protokolü, EtherCAT Teknoloji Grubu tarafından sürdürülmekte olup IEC 61158 standardına tabidir.
EtherCAT ve Ethernet Arasındaki Farklar
EtherCAT’in Ethernet ile karşılaştırıldığında bazı önemli farkları bulunmaktadır:
- Ethernet, genellikle ofisler ve evlerde kullanılan bir ağ türüdür. Birden fazla cihaz aynı seviyede bağlanabilir ve veri alışverişi yapabilir. Ancak bu esneklik, büyük veri trafiği durumlarında veri aşırı yüklenmesine neden olabilir ve zaman kritik mesajlar yavaşlayabilir veya engellenebilir.
- EtherCAT, bir MASTER cihazının veri gönderme yetkisine sahip olduğu bir yapıyı kullanır. MASTER cihazı, verileri otobüs üzerinden gönderir ve veri çarpışmalarını ortadan kaldırarak hız optimizasyonu sağlar. EtherCAT çerçeveleri, standart Ethernet çerçevelerine gömülüdür ve EtherType alanında 0x88A4 değeriyle tanımlanır. Bu yapı, geleneksel Ethernet'ten çok daha hızlıdır.
EtherCAT Zaman Damgalı Veri
EtherCAT’in en önemli özelliklerinden biri, dağıtılmış saat sistemidir. Her düğüm, veri alındığında ve bir sonraki düğüme gönderildiğinde veriye bir zaman damgası ekler. Bu sayede MASTER, her düğümün gecikmesini belirleyebilir. EtherCAT ile gönderilen her veri iletişimi, her düğümden bir I/O zaman damgası alır ve bu, zamanlama açısından daha belirleyici ve hassas sonuçlar doğurur.
EtherCAT Fiziksel Katmanlar
EtherCAT, Ethernet’in fiziksel ve veri bağlantı katmanlarını kullanır:
- Fiziksel Katman: Verinin fiziksel olarak ağ üzerinde iletilmesini sağlar. Bu, ağın temel elektriksel seviyesidir.
- Veri Bağlantı Katmanı: Verinin paketlere kodlandığı katmandır. EtherCAT, Ethernet uygulamalarını kullanır ancak Ağ (IP) ve Taşıma (TCP ve UDP) katmanlarını atlar, böylece yüksek performans sağlar. Bu, etkin bir veri hızı olan 100 Mbps’ye ulaşır.
EtherCAT Özellikler
- Yüksek Hız ve Verimlilik: EtherCAT, verilerin her düğümde işlenmeden önce geçtiği prensibi sayesinde yüksek hız ve verimlilik sağlar. Küçük veri paketleri yerine tüm düğümler için tek bir mesaj kullanılarak bant genişliği optimize edilir.
- Esnek Topoloji: EtherCAT ağı, çeşitli topolojilerde yapılandırılabilir. Geleneksel yıldız topolojisinden halka topolojisine kadar geniş bir yelpazede yapılandırılabilir. Kabloların kopması durumunda ağın otomatik olarak sonlandırılması, sistemin devamlılığını sağlar.
- Senkronizasyon: EtherCAT, IEEE 1588 Precision Time Protocol standardına uygun olarak tüm düğümleri senkronize eder. Her düğüm, gönderilen ve alınan mesajlara zaman damgası ekler, bu da ağın tamamen senkronize olmasını sağlar.
- Diğer Özellikler: EtherCAT, CANopen ve Sercos sürücü profillerini destekler ve standart Ethernet donanımları ile çalışabilir, bu da maliyetleri düşürür ve ağın kurulmasını kolaylaştırır.
EtherCAT’in Avantajları ve Kullanım Alanları
- Yüksek Hız ve Verimlilik: Endüstriyel otomasyon sistemlerinde hızlı ve verimli veri iletişimi sağlar. Özellikle hızlı hareket eden sistemlerin kontrolü için uygundur.
- Senkronizasyon: Hassas senkronizasyon gerektiren uygulamalarda kullanılır, örneğin çoklu eksenli hareket kontrolü.
- Esnek Topoloji: Çeşitli ağ topolojileri oluşturulabilir, bu da uygulama gereksinimlerine uygun bir yapı sağlar.
- Kolay Uygulanabilirlik: Standart Ethernet donanımları kullanarak özel donanım gerektirmeden kurulabilir, bu da maliyetleri düşürür.
EtherCAT, otomotiv, robotik, makine kontrolü ve enerji sektörü gibi birçok endüstriyel uygulamada yüksek performanslı bir ağ protokolü olarak öne çıkar.
