EtherCAT

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), endüstriyel otomasyon sistemlerinde yüksek hız, düşük gecikme ve kesin senkronizasyon gereksinimlerini karşılamak amacıyla geliştirilmiş, gerçek zamanlı bir Ethernet tabanlı alan veri yolu (fieldbus) protokolüdür. IEC 61158 standardına uygun olan bu protokol, özellikle hareket kontrolü, veri toplama sistemleri ve fabrika otomasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Tarihçe

EtherCAT, 2003 yılında Alman Beckhoff Automation firması tarafından geliştirilmiş; 2004 yılında ise EtherCAT Teknoloji Grubu (ETG) bünyesinde açık bir standart haline getirilmiştir. Bugün dünya genelinde 6000’i aşkın üye kuruluş tarafından desteklenmektedir.

Teknik Yapı ve İşleyiş

Protokol Katmanları

EtherCAT, Ethernet'in fiziksel ve veri bağlantı katmanlarını kullanır. Ancak IP, TCP ve UDP gibi daha üst katmanları atlayarak yalnızca Katman 2 düzeyinde çalışır. Bu sayede çok daha kısa çevrim süreleri (cycle time) ve düşük jitter (titreşim) elde edilir.

Master-Slave Mimarisi

EtherCAT, tek bir master (ana cihaz) ve birden çok slave (köle cihaz) ile yapılandırılır. Sadece master cihaz çerçeve (frame) oluşturur ve gönderir. Bu çerçeve ağdaki tüm slave cihazlardan sırasıyla geçer. Her slave cihaz kendisine ait veriyi okur/yazar ve çerçeveyi sonraki cihaza iletir. Veri, ağ sonunda master'a geri döner.

Anında İşleme (On-the-fly processing)

Veri çerçevesi slave cihazlardan geçerken, cihazlar veriyi doğrudan çerçeve üzerinden işler. Bu, geleneksel Ethernet protokollerine kıyasla yüksek bant genişliği ve düşük gecikme sağlar.

Çerçeve Yapısı

EtherCAT çerçevesi, Ethernet başlığına gömülü özel bir EtherType alanı (0x88A4) ile tanımlanır. Her çerçeve bir veya daha fazla “datagram” içerir. Datagram’lar içinde, hedef adres, komut türü (okuma/yazma) ve işlem verisi gibi bilgiler yer alır.

Senkronizasyon

EtherCAT, "Dağıtılmış Saatler (Distributed Clocks)" mekanizmasıyla ağdaki tüm cihazların mikrosaniyelik doğrulukla senkronize çalışmasını sağlar. Bu özellik özellikle çok eksenli hareket kontrol uygulamaları için kritiktir.

Topoloji

EtherCAT; hat (line), halka (ring), yıldız (star) veya ağaç (tree) gibi farklı topolojilerde yapılandırılabilir. Bu esneklik, EtherCAT'in geleneksel Ethernet ağlarına kıyasla daha esnek ve kesintilere karşı dayanıklı olmasını sağlar. Hot Swap (cihaz değişimi) ve yedekleme gibi ileri seviye topoloji özelliklerini de destekler.

Fiziksel Katman ve Donanım

EtherCAT, standart Ethernet donanımı ve kablolarıyla (ör. CAT5, RJ45) çalışabilir. 100 Mbps hızında tam çift yönlü veri iletimi gerçekleştirilir. Ayrıca düşük voltajlı diferansiyel sinyalleme (LVDS) veya fiber optik seçenekleri de mümkündür.

Hata Algılama ve Güvenlik

EtherCAT, veri tutarlılığı için her slave cihazda kontrol toplamı (CRC) ve çalışma sayacı (Working Counter) kullanır. Bu sayede ağdaki hata kaynağı kolaylıkla saptanabilir. Ayrıca çerçeve içinde oluşabilecek bozulmalara karşı önceden uyarı sistemleri barındırır.

Uygulama Alanları

• Endüstriyel otomasyon
• Robotik sistemler
• CNC tezgahları
• Otomotiv endüstrisi
• Gerçek zamanlı veri toplama ve analiz sistemleri
• Tıbbi cihazlar