एक ईथर कैट क्या है: वास्तुकला, कार्य और इसके अनुप्रयोग

EtherCAT को सबसे पहले एक मेजर द्वारा विकसित किया गया था पीएलसी निर्माता अर्थात् बेकहॉफ ऑटोमेशन जिसका उपयोग वास्तविक समय नियंत्रण प्रणालियों में किया जाता है और औद्योगिक स्वचालन . बेकहॉफ ऑटोमेशन ने अन्य इंटरफेस के लिए बैंडविड्थ की समस्या को दूर करने के लिए 1980 के दशक में लाइटबस की तरह अपना फील्डबस संस्करण विकसित किया। इस प्रोटोकॉल पर अतिरिक्त काम के परिणामस्वरूप अंततः EtherCAT का आविष्कार हुआ। बेकहॉफ ने 2003 में दुनिया भर में EtherCAT प्रोटोकॉल लॉन्च किया। उसके बाद, उन्होंने 2004 में EtherCAT Technology Group (ETG) के अधिकारों में योगदान दिया। ETG में एक अत्यंत सक्रिय डेवलपर के साथ-साथ एक उपयोगकर्ता समूह भी है। यह लेख . के सिंहावलोकन पर चर्चा करता है ईथरकैट मूल बातें - अनुप्रयोगों के साथ काम करना।

एक ईथरकैट क्या है?

EtherCAT या ईथरनेट कंट्रोल ऑटोमेशन टेक्नोलॉजी एक औद्योगिक नेटवर्क सिस्टम है जो बहुत तेज और अधिक कुशल संचार प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ईथरनेट सिस्टम पर निर्भर करता है। तो, EtherCAT एक बहुत तेज़ नेटवर्क है जिसका उपयोग समर्पित हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर के साथ डेटा को संसाधित करने के लिए किया जाता है। यह नेटवर्क किसी के साथ मास्टर-स्लेव, पूर्ण द्वैध कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करता है नेटवर्क टोपोलॉजी .

1000 I/O बिंदुओं को संसाधित करने में लगने वाला समय 30 सेकंड है और 100 सर्वो कुल्हाड़ियों के साथ 100 के भीतर संचार करता है। डेटा को नियंत्रित करने और वास्तविक स्थिति की रिपोर्ट करने के लिए सर्वो अक्षों को सेट मान मिलेंगे। इन कुल्हाड़ियों को एक वितरित घड़ी विधि के माध्यम से सिंक्रनाइज़ किया जाता है जो एक साधारण आईईईई 1588 संस्करण है और घबराहट को घटाकर 1 से नीचे कर देता है। EtherCAT तेजी से आउटपुट देता है क्योंकि संदेशों को अगले स्लेव में ले जाने से पहले हार्डवेयर के भीतर संसाधित किया जाता है।

ईथर कैट आर्किटेक्चर

EtherCAT नेटवर्क आर्किटेक्चर नीचे दिखाया गया है जो माध्यम तक पहुंच को नियंत्रित करने के लिए मास्टर/स्लेव सिद्धांत का उपयोग करता है। इस वास्तुकला में, EtherCAT मास्टर सामान्य रूप से नियंत्रण प्रणाली है जो ENI (EtherCAT नेटवर्क सूचना) फ़ाइल के भीतर एक विशिष्ट ईथरनेट पोर्ट के साथ-साथ संग्रहीत नेटवर्क कॉन्फ़िगरेशन जानकारी का उपयोग करता है।

EtherCAT नेटवर्क सूचना फ़ाइल केवल ESI (EtherCAT स्लेवइन्फॉर्मेशन) फाइलों के आधार पर बनाई जाती है जो व्यापारियों द्वारा प्रत्येक डिवाइस के लिए दी जाती है। यहां, मास्टर नोड फ़्रेम को स्लेव नोड्स तक पहुंचाता है जो इन फ़्रेमों से डेटा सम्मिलित और हटा सकता है। स्लेव डिवाइस EPOS3 मोटर ड्राइव की तरह नोड होते हैं जिनमें एक EtherCAT मास्टर के माध्यम से संचार करने के लिए ईथरनेट पोर्ट होते हैं। यहाँ, EtherCAT मास्टर एक कंप्यूटर उपकरण है जिसका उपयोग मास्टर के साथ-साथ विभिन्न दासों के बीच डेटा संचार को बनाए रखने के लिए किया जाता है।

ईथरकैट कैसे काम करता है?

EtherCAT का उपयोग अपने उच्च-प्रदर्शन संचालन मोड के माध्यम से औद्योगिक ईथरनेट के विशिष्ट दोषों को दूर करने के लिए किया जाता है, जहां आमतौर पर एक ही फ्रेम सभी नोड्स से और सभी नोड्स से नियंत्रण डेटा संचारित और प्राप्त करने के लिए पर्याप्त होता है। EtherCAT प्रोटोकॉल ईथरनेट की भौतिक परत पर बनाया गया है, हालांकि, EtherCAT ट्रांसपोर्ट और मैसेज रूटिंग के लिए एक प्रोसेसिंग-ऑन-द-फ्लाई दृष्टिकोण का उपयोग करता है जिसे टीसीपी/आईपी का उपयोग करने के बजाय संचार-ऑन-द-फ्लाई भी कहा जाता है।

EtherCAT मास्टर और स्लेव कॉन्फ़िगरेशन नीचे दिखाए गए हैं। इस कॉन्फ़िगरेशन में, Ethercat का मास्टर प्रत्येक दास में एक डेटा पैकेट (टेलीग्राम) प्रसारित करता है जिसे नोड भी कहा जाता है।
EtherCAT की मुख्य विशेषता यह है कि उपरोक्त कॉन्फ़िगरेशन के दास अन्यथा पढ़ सकते हैं अन्यथा टेलीग्राम से आवश्यक संबंधित डेटा निकाल सकते हैं और दूसरे नोड या दास में जाने से पहले टेलीग्राम में जानकारी जोड़ सकते हैं। तो, तार जुड़े हुए सभी दासों में चला जाता है और उसके बाद वापस गुरु के पास आ जाता है।

EtherCAT प्रोटोकॉल नेटवर्क के भीतर जुड़े सभी दासों को मास्टर डिवाइस से एक टेलीग्राम भेजता है। नेटवर्क के भीतर प्रत्येक दास बस उस दास पर लागू डेटा को पढ़ सकता है और दूसरे नोड में जाने से पहले टेलीग्राम में डेटा जोड़ सकता है।

डेटा पढ़ने और लिखने को EtherCAT के प्रत्येक दास पर एक विशेष ASIC के माध्यम से आसानी से सक्षम किया जाता है। इस दृष्टिकोण में, प्रत्येक दास प्रक्रिया में न्यूनतम देरी का परिचय देगा और टकराव संभव नहीं है।

EtherCAT प्रोटोकॉल केवल वास्तविक समय और नियतात्मक, संचार प्रदान करता है जो कई अक्षों के बीच सिंक्रनाइज़ेशन प्राप्त करने के लिए अतिरिक्त हार्डवेयर की आवश्यकता के बिना सिंक्रनाइज़ और बहु-अक्ष गति नियंत्रण के साथ संगत है।

दोष सहिष्णुता

EtherCAT के मास्टर और स्लेव कॉन्फ़िगरेशन में, यदि अंतिम नोड का आउटपुट मास्टर से संबद्ध नहीं है, तो EtherCAT प्रोटोकॉल के माध्यम से डेटा स्वचालित रूप से दूसरी दिशा में वापस आ जाता है। इसलिए, टाइमस्टैम्पिंग को बनाए रखा जाता है।

उपरोक्त कॉन्फ़िगरेशन में प्रत्येक नोड डेटा प्राप्त होने के बाद टाइमस्टैम्प करता है, और उसके बाद, इसे दूसरे नोड पर प्रसारित करने के बाद इसे फिर से मुद्रित किया जाता है। नतीजतन जब भी मास्टर अलग-अलग नोड्स से डेटा वापस लेता है, तो यह प्रत्येक नोड की विलंबता को आसानी से निर्धारित करता है। मास्टर से डेटा का प्रसारण प्रत्येक नोड से I/O टाइम-स्टैम्प प्राप्त करता है ताकि EtherCAT को और अधिक नियतात्मक और सटीक बनाया जा सके।

फॉल्ट टॉलरेंस का मतलब है, EtherCAT के नेटवर्क को रिंग नेटवर्क में कनेक्ट करने की आवश्यकता नहीं है जैसा कि उपरोक्त आरेख में दिखाया गया है, हालांकि इसे अलग-अलग तरीकों से जोड़ा जा सकता है, जैसे ट्री टोपोलॉजी, लाइन टोपोलॉजी, रिंग टोपोलॉजी, स्टार टोपोलॉजी और इसके साथ भी संयोजन।

बेशक, गुलामों और मालिक के बीच एक कनेक्शन लेन होनी चाहिए। एक बार जब आप उन्हें अनप्लग कर देते हैं तो वे काम नहीं कर सकते, हालांकि नेटवर्क टोपोलॉजी अत्यधिक लचीली होती है और त्रुटियों को उत्कृष्ट स्तर तक सहन करती है।

EtherCAT सिस्टम में, स्विच आवश्यक नहीं हैं जैसे हमने ईथरनेट में पाया है। 100 मीटर तक के नोड्स के बीच केबल की लंबाई प्राप्त की जा सकती है। ट्विस्टेड पेयर कॉपर केबल्स पर लो-वोल्टेज डिफरेंशियल सिग्नलिंग बहुत कम बिजली की खपत के साथ अधिकतम गति पर काम करता है। इसलिए, गति बढ़ाने और उपकरणों के बीच गैल्वेनिक अलगाव को शामिल करने के लिए फाइबर ऑप्टिक केबल (एफओसी) का उपयोग करना भी संभव है।

EtherCAT ईथरनेट केबल का उपयोग करता है जो दो नोड्स के बीच 100m रेंज तक हो सकता है। इसके अलावा, प्रोटोकॉल एक केबल के माध्यम से डेटा ट्रांसमिशन और पावर को सक्षम बनाता है। इस तरह के कनेक्शन का उपयोग सेंसर जैसे विभिन्न उपकरणों को एक लाइन से जोड़ने के लिए किया जाता है। यदि नोड की दूरी 100 मीटर से अधिक है तो फाइबर ऑप्टिक केबल का उपयोग 100BASE-FX की तरह किया जाता है। EtherCAT के लिए, संपूर्ण ईथरनेट वायरिंग रेंज भी उपलब्ध है।

ईथर कैट फ्रेम

EtherCAT प्रोटोकॉल एक विशिष्ट ईथरनेट फ्रेम का उपयोग करता है जिसमें न्यूनतम एक या अधिक डेटाग्राम शामिल होते हैं। इस फ्रेम में, डेटाग्राम हेडर निर्दिष्ट करेगा कि मास्टर डिवाइस किस प्रकार का प्रवेश करना चाहता है:

• पढ़ें, लिखें, पढ़ें-लिखें।
• सीधे एड्रेसिंग के जरिए किसी खास स्लेव डिवाइस में एंट्री का अधिकार या लॉजिकल एड्रेसिंग के जरिए विभिन्न स्लेव डिवाइसेज में एंट्री का अधिकार।

लॉजिकल एड्रेसिंग का उपयोग चक्रीय डेटा एक्सचेंज की प्रक्रिया के लिए किया जाता है जहां प्रत्येक डेटाग्राम ईथर कैट प्रोटोकॉल के खंड के भीतर प्रक्रिया छवि के सटीक अंश को संबोधित करता है।

स्थापित नेटवर्क में इस वैश्विक पता स्थान में प्रत्येक दास डिवाइस को एकल या अधिक पतों के साथ आवंटित किया जाता है। एक एकल डेटाग्राम पर विचार किया जा सकता है यदि एक समान क्षेत्र में कई दास उपकरणों को पते आवंटित किए जाते हैं।

EtherCAT में, डेटाग्राम में डेटा एक्सेस से संबंधित जानकारी शामिल होती है, इस प्रकार मास्टर डिवाइस डेटा तक पहुंचने के बारे में निर्णय लेता है।

प्रोटोकॉल सुरक्षा

वर्तमान में, डेटा ट्रांसफर के साथ-साथ संचार के लिए स्वचालन क्षेत्र में भी सुरक्षा मुख्य विशेषताओं में से एक है। इसलिए, EtherCAT डेटा की सुरक्षा और नियंत्रण दोनों के लिए एकमात्र संचार प्रणाली की अनुमति देकर सुरक्षा उद्देश्यों के लिए प्रोटोकॉल सुरक्षा का उपयोग करता है। यह सुरक्षा सुविधा डेटा को लचीले ढंग से संशोधित करती है और सुरक्षा प्रणाली वास्तुकला आदि का विस्तार करती है।

EtherCAT प्रोटोकॉल की सुरक्षा तकनीक TÜV प्रमाणित है और IEC 61508 के आधार पर विकसित की गई है और IEC 61784-3 के समान है। यह प्रोटोकॉल एसआईएल 3 के बराबर सुरक्षा अखंडता स्तर के माध्यम से सुरक्षा अनुप्रयोगों में लागू होता है।

इथरकैट बनाम ईथरनेट

EtherCAT और ईथरनेट के बीच के अंतरों पर नीचे चर्चा की गई है।

ईथरकैट बनाम प्रोफिनेट

EtherCAT और Profinet के बीच के अंतरों पर नीचे चर्चा की गई है।

ईथरकैट बनाम कैनोपेन

EtherCAT और CANopen के बीच के अंतरों पर नीचे चर्चा की गई है।

ईथरकैट बनाम मोडबस

EtherCAT और . के बीच अंतर Modbus नीचे चर्चा की गई है।

फायदे और नुकसान

ईथरकैट प्रोटोकॉल के फायदों में निम्नलिखित शामिल हैं।

• EtherCAT गति नियंत्रण अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाने वाला एक उत्कृष्ट फील्डबस है।
• इसकी लचीली टोपोलॉजी, नियतात्मक प्रदर्शन और सुविधाओं के विभिन्न सेट के माध्यम से मशीन के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए इसे सत्यापित किया जाता है।
• यह केवल पूरे कैनोपेन परिवार और सर्कोस के ड्राइव प्रोफाइल का समर्थन करता है। तो यह उपयोगकर्ताओं को पूर्वनिर्धारित मौलिक प्रोफाइल को बदलकर सटीक एप्लिकेशन के लिए आसानी से EtherCAT नेटवर्क की व्यवस्था करने में सहायता करता है।
• रिंग टोपोलॉजी का उपयोग करके इसकी अतिरेक भी संभव है। EtherCAT स्टार, ट्री, लाइन और . का भी उपयोग करता है बस की स्थिति .
• यह प्रोटोकॉल ईथरनेट की तुलना में उच्च गति, कम डेटा ट्रैफ़िक, कम हार्डवेयर लागत और घड़ी की अधिक सटीक और सिंक्रनाइज़ेशन तंत्र प्रदान करता है।
• इस नेटवर्क की गति को भी प्रबंधित किया जा सकता है क्योंकि कंप्यूटर को बेहतर मात्रा में चक्रों को संभालने में परेशानी हो सकती है, इस प्रकार EtherCAT के भीतर अनुकूलन प्राप्त किया जा सकता है।
• यह लगभग सभी टोपोलॉजी का समर्थन करता है ताकि इसे विशिष्ट ईथरनेट स्टार टोपोलॉजी-आधारित स्विच के साथ अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में उपयोग किया जा सके।
• ईथरनेट प्रोटोकॉल बहुत सुरक्षित हैं, सरलीकृत मास्टर्स का उपयोग करें, डेटा स्थान अधिक है, और प्रसंस्करण तेज़ी से हो रहा है।

ईथरकैट प्रोटोकॉल नुकसान में निम्नलिखित शामिल हैं।

• EtherCAT का मुख्य दोष यह है कि EtherCAT को निष्पादित करने के लिए गुलाम उपकरणों को एक विशिष्ट ASIC हार्डवेयर डालने की आवश्यकता होती है। इसका डेटा मॉडल बेहद अलग है और इसे समझना भी बहुत मुश्किल है।

अनुप्रयोग

ईथर कैट के अनुप्रयोग निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• उत्कृष्ट प्रदर्शन, सरलता, मजबूती, सामर्थ्य, एकीकृत सुरक्षा और लचीली टोपोलॉजी जैसी कई विशेषताओं के कारण EtherCAT विभिन्न क्षेत्रों में लागू होता है। इसका उपयोग मशीन टूल्स, रोबोटिक्स, प्रिंटिंग प्रेस, प्रेस, पावर प्लांट, सबस्टेशन, टेस्ट बेंच, वेल्डिंग मशीन, फार्म मशीनरी, क्रेन और लिफ्ट, विंड टर्बाइन, मिलिंग मशीन, पिक एंड प्लेस मशीन, पैकेजिंग मशीन, मेजरमेंट जैसे विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है। सिस्टम, आयरन एंड स्टील वर्क्स, पेपर एंड पल्प मशीन, स्टेज कंट्रोल सिस्टम, टनल कंट्रोल सिस्टम आदि।
• यह उपकरण, चिकित्सा उपकरणों, मशीन नियंत्रण, मोबाइल मशीनों, कई एम्बेडेड सिस्टम और ऑटोमोबाइल के माप में लागू होता है।
• इसका अत्यधिक उच्च प्रदर्शन है, इसे स्थापित करना आसान है, और ईथरनेट अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले एप्लिकेशन परत-आधारित प्रोटोकॉल को खोलें
• यह एक वास्तविक समय और खुली संचार प्रणाली है, इसलिए स्वचालन निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

इस प्रकार, यह है Ethercat का एक सिंहावलोकन - अनुप्रयोगों के साथ काम करना। EtherCAT सिस्टम और मशीनों को सरल, तेज और अधिक लागत प्रभावी बनाता है। यह एक अंतरराष्ट्रीय आईईसी मानक है जो न केवल स्थिरता के लिए, बल्कि खुलेपन के लिए भी खड़ा है: अब तक, ईथरकैट विनिर्देशों को कभी भी बदला नहीं गया है, लेकिन केवल संगत रूप से बढ़ाया गया है। EtherCAT को 'ईथरनेट फील्डबस' के रूप में माना जाता है क्योंकि यह मानक फील्डबस सिस्टम सादगी के साथ ईथरनेट लाभों को मिलाता है और आईटी प्रौद्योगिकियों की जटिलता से बचा जाता है। यहाँ आपके लिए एक प्रश्न है, ईथरनेट क्या है?