About EtherCAT
Executive Summary
EtherCAT, auch als Ethernet for Control Automation Technology bekannt, ist ein Ethernet-basiertes Feldbussystem, welches von Beckhoff Automation initiiert wurde und im IEC 61158 standardisiert ist. Es ist sowohl für harte als auch weiche Echtzeit-Berechnungsanforderungen in der Automatisierungstechnik geeignet. Das Protokoll wurde entwickelt, um Ethernet für Automatisierungsanwendungen zu nutzen, die kurze Datenaktualisierungszeiten (≤ 100 µs) und geringe Kommunikationsjitter (≤ 1 µs) mit reduzierten Hardwarekosten erfordern.
- Überragende Performance: Hochleistungsprotokoll für Steuerungs- und Automatisierungsanwendungen in Echtzeit
- Flexible Topologie: Keine Beschränkungen in der Netzwerktopologie und unterbrechungsfreier Austausch von Geräten im Maschinenbetrieb
- Niedrige Systemkosten: Einfache Konfiguration und Inbetriebnahme sowie geringer Pflegeaufwand bei Störungen für Diagnose und Wartung
- Sichere Kommunikation: In Netzwerkarchitektur integrierte Sicherheit mit Functional Safety over EtherCAT (FsoE) gemäß IEC 61508
- Geringer Investitionsaufwand: Keine teuren Schnittstellenkarten, Co-Prozessoren, Switches oder aktive Infrastrukturkomponenten erforderlich
EtherCAT basiert auf einer Master-Slave-Architektur, bei der das Master-Gerät Kontrollnachrichten an ein oder mehrere Slave-Geräte sendet. Jedes Slave-Gerät hat eine eindeutige Adresse und eine Reihe von Eingangs- und Ausgangsdaten. Das Slave-Gerät empfängt die Kontrollnachrichten vom Master-Gerät, verarbeitet die Daten und sendet die Ergebnisse an das Master-Gerät zurück. Auf diese Weise kann das Master-Gerät das Verhalten der Slave-Geräte in Echtzeit steuern.
EtherCAT key facts
Überragende Performance
Mit einer Zykluszeit von weniger als 100 µs und einem Jitter von weniger als 1 µs zählt EtherCAT zu den schnellsten verfügbaren Feldbusprotokollen und setzt Maßstäbe in Sachen Performance und Bandbreitennutzung.
- Schnelle Reaktionszeiten zwischen den Prozessschritten, dadurch höhere Effizienz der Anwendung
- Deutliche Entlastung der CPU durch EtherCAT-Systemarchitektur im Vergleich zu anderen Bussystemen bei gleicher Zykluszeit
- Höherer Durchsatz und Genauigkeit bei gleichzeitig geringeren Kosten
Flexible Topologie
EtherCAT punktet mit einer hochgradig flexiblen Netzwerktopologie. Da weder Switches noch Hubs benötigt werden, unterliegt EtherCAT keinen Beschränkungen hinsichtlich der Größe und der Topologie des Netzwerks.
- Unterstützung von Linien-, Baum-, Rind- und Sterntopologien sowie jedweder Kombinationen davon
- Unterbrechnungsfreies An- oder Abkoppeln von Geräten oder Segmenten im laufenden Betrieb dank automatischer Link-Erkennung
- Keine Beeinträchtigung der Echtzeitfähigkeit bei Internet-Technologien wie FTP, http und TCP/IP mit Ethernet-over-EtherCAT-Protokoll
Niedrige Systemkosten
EtherCAT vereinfacht die Konfiguration, Störungsdiagnose und Wartung ihres Netzwerks. Ihr Unternehmen profitiert von einem geringeren Pflegeaufwand dank weniger und kürzerer Wartungszeiten und kann so seine Systemkosten senken.
- Schnelle und zuverlässige Ortung möglicher Störungen im Netzwerk minimiert Zeitaufwand für Fehlersuche
- Keine Netzwerkabstimmung bei der Systemkonfiguration erforderlich
- Hohe elektromagnetische Störsicherheit dank geringer Buslast und Peer-to-Peer-Physik
Sichere Kommunikation
Unternehmen sehen sich heute massiv der Gefahr von Angriffen von Cyberkriminellen auf ihre Maschinen und Anlagen ausgesetzt. EtherCAT bietet mit Functional Safety over EtherCAT (FSoE) bewährte funktionale Sicherheit als fest integrierten Bestandteil der Netzwerkarchitektur.
- FsoE erfüllt die Anforderungen an SIL 3-Systeme und ist für zentrale und dezentrale Steuerungen geeignet
- Einsetzbar auch in anderen Bussystemen dank Black-Channel-Prinzip und schlankem Safety-Container
- Integrierter Ansatz plus schlankes Protokoll senken die Systemkosten
Geringer Investitionsaufwand
EtherCAT verwendet Standard-Ethernet-Hardware und ist damit weithin verfügbar. Da das Protokoll keine Leistungsanforderungen an die CPU der Slave-Geräte stellt, erfordern Erweiterungen und Modifikationen des Netzwerks einen vergleichsweise geringen Investitionsaufwand in neue Hardware.
- Keine investitionsintensiven Schnittstellenkarten oder Co-Prozessoren erforderlich
- Keine Ausgaben für teure Switches und aktive Infrastrukturkomponenten sowie für deren Installation, Konfiguration und Wartung notwendig
- Vielfalt an Herstellern und Bauformen bei Slave-Controllern
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Hintergrund
Die EtherCAT Technology Group (ETG) ist ein offizieller Liaison-Partner der IEC (International Electrotechnical Commission) Arbeitsgruppen für digitale Kommunikation. Die EtherCAT-Spezifikation wurde 2005 als IEC/PAS 62407 veröffentlicht, die Ende 2007 entfernt wurde, da EtherCAT in die internationalen Feldbusnormen IEC 61158 und IEC 61784-2 sowie in die Antriebsprofilnorm IEC 61800-7 integriert worden war. Diese IEC-Normen wurden im September und Oktober 2007 einstimmig verabschiedet und später im selben Jahr als IS (International Standards) veröffentlicht.
In der IEC 61800-7 ist EtherCAT eine standardisierte Kommunikationstechnologie für die Antriebsprofile SERCOS und CANopen (auch bekannt als CiA 402). EtherCAT ist auch Teil von ISO 15745-4, dem Standard für XML-Gerätebeschreibungen. Darüber hinaus hat der internationale Wirtschaftsverband Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) EtherCAT in sein Normenportfolio aufgenommen (E54.20) und die Technologie für den Einsatz in Halbleiter- und Flachbildschirm-Produktionsanlagen zugelassen. Im April 2010 wurde die Edition 2 der IEC 61784-3 angenommen, die das Safety-over-EtherCAT-Protokoll enthält. Im September 2008 wurde das EtherCAT-Installationsprofil bei der IEC 61784-5 eingereicht.
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