EtherCAT

Allgemeines

EtherCAT ist ein Ethernet basierter Feldbus. Das offengelegte Protokoll eignet sich für harte wie weiche Echtzeitanforderungen in der Automatisierungstechnik.

EtherCAT ermöglicht viele Topologien wie Linie, Baum, Ring, Stern und deren Kombinationen.

Versendet wird das EtherCAT Protokoll innerhalb eines Standard Ethernet Frames unter Verwendung des Ethertypes (0x88A4). Das EtherCAT Telegramm kann aus mehreren Subtelegrammen (EtherCAT Kommandos) bestehen.Die datentechnische Reihenfolge ist unabhängig von der physikalischen Reihenfolge der Teilnehmer im Netz, es kann wahlfrei adressiert werden. Broadcast, Multicast und Querkommunikation zwischen Slaves sind möglich.

Die EtherCAT Slave Geräte entnehmen dem vom Master versendete Standard Ethernet Frame (gemäß IEEE 802.3) die für sie bestimmten Daten, während das Telegramm das Gerät durchläuft. Eingangsdaten werden im Durchlauf genause in das Telegramm eingefügt. Dabei wird ein Frame nicht vollständig empfangen, bevor er verarbeitet wird, sondern die Bearbeitung wird so früh wie möglich begonnen.

Über Gateways lassen sich bestehende Netze wie CANopen, DeviceNet und PROFIBUS nahtlos in die EtherCAT Umgebung integrieren und bieten damit Migrationspfade vom klassischen Feldbus zu EtherCAT.

Synchronisierung

Der leistungsfähigste Ansatz zur Synchronisierung ist der exakte Abgleich verteilter Uhren wie in IEEE 1588 beschrieben. Dabei wird die Uhrzeit der Hauptuhr via EtherCAT zu den Nebenuhren übertragen und diese laufzeitkompensiert nachgeregelt. Bei EtherCAT ist die Hauptuhr in einem Slavegerät, so dass auch hierfür keine spezielle Hardware im Master erforderlich ist. Die Synchronisationsgenauigkeit liegt deutlich unter 1 µs (ca. 20 Nanosekundenbereich bei 300 Teilnehmern und über 100 m Leitungslänge).

Performance

Die gesamte Protokollbearbeitung erfolgt in Hardware und ist damit unabhängig von Protokoll - Laufzeiten, CPU - Performance oder Software.Die Bandbreitenausnutzung wird maximiert, da nicht für jeden Teilnehmer und jedes Datum stets ein eigener Frame benötigt wird. Damit ergeben sich extrem kurze Zykluszeiten von ≤ 100 µs.

Diagnose

Bitfehler in der Übertragung werden durch die Auswertung der CRC-Prüfsumme zuverlässig erkannt. Die automatische Auswertung der Fehlerzähler ermöglicht die exakte Lokalisierung kritischer Netzwerkabschnitte.

Geräteprofile und (Mailbox-) Protokolle

Die Geräteprofile beschreiben die Anwendungs Parameter und das funktionale Verhalten der Geräte, einschließlich der geräteklassenspezifischen Zustandsmaschinen.
EtherCAT kann die gleichen Kommunikationsmechanismen bereitstellen, wie sie vom CANopen Standard EN 50325-4 her bekannt sind. Kollmorgen bietet in allen wichtigen Servoverstärkern das CoE  (CANopen over EtherCAT) Profil an. Beim S700 Drive können auch Fahrsatzfunktionen über den Bus gesteuert werden EtherCAT Fahrsätze.

Nutzerorganisation: EtherCAT Technology Group

Die EtherCAT Technology Group wurde 2003 gegründet und zählt heute zur größten Industrial Ethernet Nutzerorganisation weltweit.Das unter Mithilfe von ETG Mitgliedern entwickelte Conformance Test Tool stellt die Interoperabiliät und Protokollkonformität der EtherCAT Geräte sicher. Kollmorgen ist Mitglied dieser Gruppe.

Internationale Normung

EtherCAT ist seit 2005 IEC Norm. Die EtherCAT Technology Group ist offizieller Normungspartner der IEC Arbeitsgruppen für digitale Kommunikation. Seit September 2007 ist EtherCAT zudem SEMI-Standard: die E54.20 beschreibt den Einsatz der Technologie in Halbleiter- und Flachdisplay- Fertigungsanlagen.