EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)، بروتوكول fieldbus في الزمن الحقيقي يُستخدم في الأتمتة الصناعية. يعمل على عتاد Ethernet القياسي لكنه يُجري تبادل البيانات بطريقة مختلفة عن منطق Ethernet الكلاسيكي. يُفضَّل خصوصًا في تطبيقات الحركة متعددة المحاور وفي الأنظمة التي تتطلّب قراءة عدد كبير من نقاط I/O بدورات قصيرة.
الفرق عن Ethernet الكلاسيكي
في Ethernet القياسي، يستقبل كل جهاز حزمته ويعالجها ويرسل ردّه في حزمة منفصلة. كلما زاد عدد الأجهزة في الشبكة، زاد عدد الحزم والتأخير. هذه البنية ليست مشكلة لشبكات المكاتب؛ لكنها غير فعّالة لحلقة تحكم تتكرّر عشرات الآلاف من المرات في الثانية.
يحلّ EtherCAT هذه المشكلة بطريقة الإطار المعالَج أثناء المرور (processing on the fly). يرسل الـ Master (وهو عادةً PLC أو حاسوب صناعي) إطار Ethernet واحدًا. وبينما يمرّ الإطار عبر كل جهاز slave في السلسلة، يقرأ الجهاز حقل البيانات المخصّص له والإطار في حالة حركة ويكتب بياناته في الإطار نفسه. وعندما يصل الإطار إلى نهاية السلسلة يعود ويصل إلى الـ Master.
النتيجة: تُؤخَذ بيانات جميع الأجهزة في الشبكة كلها وتُعطى بدورة إطار واحدة. لا حزمة منفصلة ولا انتظار منفصل لكل جهاز.
كفاءة عرض النطاق
في النهج الكلاسيكي، يُستهلك إطار Ethernet كامل (مع إلزام الحد الأدنى للطول) حتى من أجل دخل رقمي ببضعة بتات. في EtherCAT، لا يشغل كل slave داخل الإطار سوى القدر الذي يحتاجه فقط. وبذلك ترتفع نسبة البيانات المفيدة في الإطار كثيرًا، ويُستخدم عرض النطاق بكفاءة في الأنظمة كثيفة I/O التي تعمل بقطع بيانات صغيرة.
الطوبولوجيا
يعمل EtherCAT منطقيًا على حلقة: يذهب الإطار ويعود. أما فيزيائيًا فهو مرن:
- الخط (line): البنية الأكثر شيوعًا. تُوصَل الأجهزة تباعًا. لا يلزم switch
- الشجرة / النجمة: تُنشأ فروع فرعية بوحدات التفريع.
- الحلقة (redundant ring): يعود طرفا السلسلة إلى الـ Master. في حال انقطاع الكابل
إضافي، والتكبيل بسيط.
يستمر الاتصال دون انقطاع — يُفضَّل في المنشآت الحرجة.
لا يُستخدم switch Ethernet قياسي داخل قطاع EtherCAT؛ فأجهزة الـ slave نفسها تؤدّي وظيفة العبور أصلًا.
العنونة والتشغيل
لا يُعطى slaves الخاصة بـ EtherCAT عنوان IP. تُعنوَن الأجهزة تلقائيًا وفقًا لترتيبها الفيزيائي في السلسلة. هذا يبسّط التشغيل لكنه يُنتج النتيجة التالية: يجب أن يتطابق الترتيب الفيزيائي للأجهزة مع الإعداد. إذا غُيّر موضع slave أو أُضيف جهاز في المنتصف، فيجب تحديث الإعداد.
تُعرَّف الأجهزة بملفات XML من نوع ESI (EtherCAT Slave Information). يوفّر المصنّع هذا الملف؛ وعند نقله إلى برنامج الـ Master، تُعرَف كائنات البيانات والإعدادات التي يدعمها الجهاز.
CoE وFoE وملفات التعريف الأخرى
EtherCAT بنية نقل تحتية؛ تعمل فوقها ملفات تعريف تطبيق مختلفة:
- CoE (CANopen over EtherCAT): ملف التعريف الأكثر استخدامًا. يُنقَل قاموس كائنات CANopen
- FoE (File over EtherCAT): نقل ملف إلى الجهاز — يُستخدم لتحديث
- EoE (Ethernet over EtherCAT): نفق حركة Ethernet القياسية (مثل
- SoE (Servo Drive Profile over EtherCAT): ملف تعريف مشغّل بديل.
وملف تعريف المشغّل عبر EtherCAT. وهو النهج القياسي في محرّكات السيرفو.
الـ firmware.
واجهة ويب لجهاز) عبر الخط نفسه.
التشخيص وكشف الأعطال
من أثمن خصائص EtherCAT عمليًا قدرته التشخيصية. تُحفَظ عدّادات الأطر الخاطئة على كل منفذ slave. عندما يبدأ كابل أو موصّل بالتلف، تبدأ عدّادات الخطأ بالارتفاع قبل انقطاع الاتصال كليًا، ويمكن تحديد في أي جهاز وعلى أي منفذ تكمن المشكلة. هذا يقصّر بوضوح زمن البحث عن العطل في خطوط الآلات الطويلة.
أين يُفضَّل
- الحركة المتزامنة متعددة المحاور (الكامة الإلكترونية، التروس، تطبيقات القطع)
- الآلات التي تتطلّب دورة تحكم قصيرة
- عدد كبير من نقاط I/O الموزّعة
- الرغبة في تكبيل بسيط في خطوط الآلات الطويلة
- الأنظمة التي تتطلّب بنية زائدة (redundant) ضد انقطاع الكابل
ما يُراعى في التطبيق
يُستخدم في التكبيل كابل Ethernet مدرّع من النوع الصناعي؛ ويؤثّر تأريض الدرع وجودة تركيب الموصّل مباشرةً في استقرار الاتصال. يجب توثيق ترتيب الأجهزة — إذ يسهّل هذا المستند العمل عند التدخّل في السلسلة في الصيانة اللاحقة. في جانب الـ Master، يُحدَّد زمن دورة التحكم وفقًا لزمن معالجة أبطأ slave.
عائلات المنتجات ذات الصلة: PLC، مشغّل السيرفو، مشغّل AC، Remote I/O، وحدات الاتصال، Gateway
Leave a Reply