EtherCAT Protokolü Nedir ve Nasıl Çalışır?
EtherCAT, endüstriyel otomasyon, hareket kontrolü, gerçek zamanlı kontrol sistemleri ve veri toplama sistemleri dünyasına Ethernet’in gücünü ve esnekliğini getiren bir protokoldür. Bu makalede, EtherCAT protokolünü ve ne yaptığını detaylı bir şekilde öğreneceğiz.
EtherCAT ve Gelişimi
EtherCAT, “Ethernet for Control Automation Technology” kelimelerinin kısaltmasıdır. Bu protokol, endüstriyel otomasyon, hareket kontrolü, gerçek zamanlı kontrol sistemleri ve veri toplama sistemleri için ethernetin gücünü ve esnekliğini getiren bir protokoldür. EtherCAT protokolü, EtherCAT Teknoloji Grubu tarafından sürdürülmekte olup IEC 61158 standardına tabidir.
EtherCAT ve Ethernet Arasındaki Farklar
EtherCAT’in ethernet ile karşılaştırıldığında bazı önemli farkları vardır. Ethernet, genellikle ofislerde veya evlerde kullanılan bir ağdır ve birden fazla cihaz aynı seviyede bağlanır. Herhangi bir cihaz ağ üzerinden veri gönderebilir ve herhangi bir cihaz veri alabilir. Bu esneklik, birden çok cihazın aynı anda büyük miktarda veri göndermesi veya istemesi durumunda veri aşırı yüklenmesine neden olabilir. Zaman kritik mesajlar, aşırı durumlarda yavaşlayabilir veya engellenebilir.
EtherCAT Zaman Damgalı Veri
EtherCAT’in en önemli özelliklerinden biri, dağıtılmış saat sistemidir. Her düğüm, veri alındığında ve bir sonraki düğüme gönderildiğinde veriye bir zaman damgası ekler. MASTER, düğümlerden gelen verileri aldığında, her düğümün gecikmesini kolayca belirleyebilir. EtherCAT ile gönderilen her veri iletişimi, her düğümden bir I/O zaman damgası alır ve EtherCAT, ethernet’e göre T ekseninde daha belirleyici ve hassas hale gelir.
EtherCAT Fiziksel Katmanlar
EtherCAT, ethernetin fiziksel ve veri bağlantı katmanlarını kullanır. EtherCAT’in fiziksel katmanı, ağ üzerinde verinin fiziksel olarak iletilmesini sağlayan donanımdır. Bu, ağın temel elektriksel seviyesidir. Veri bağlantı katmanı ise verinin paketlere kodlandığı katmandır. EtherCAT, ethernet uygulamasını kullanır. Ancak EtherCAT, ethernet kullanıcıları tarafından bilinen Ağ (IP) katmanı ve Taşıma katmanı (TCP ve UDP) gibi diğer katmanları tamamen atlar ve döngü süresi açısından yüksek performans sağlar. Bu, etkin bir veri hızı olan 100 Mbps’ye ulaşır.
EtherCAT, ethernet ile karşılaştırıldığında bazı önemli farkları vardır. Ethernet, genellikle ofislerde veya evlerde kullanılan bir ağdır ve birden fazla cihaz aynı seviyede bağlanır. Herhangi bir cihaz ağ üzerinden veri gönderebilir ve herhangi bir cihaz veri alabilir. Bu esneklik, birden çok cihazın aynı anda büyük miktarda veri göndermesi veya istemesi durumunda veri aşırı yüklenmesine neden olabilir. Zaman kritik mesajlar, aşırı durumlarda yavaşlayabilir veya engellenebilir.
EtherCAT ise çok farklı bir şekilde çalışır. EtherCAT ağı, EtherCAT MASTER cihazının veri gönderme yetkisine sahip olduğu bir yapıya sahiptir. MASTER cihazı, verileri otobüs üzerinden gönderir ve ethernet sistemlerindeki veri çarpışmalarını ortadan kaldırarak hızı optimize eder. EtherCAT çerçeveleri, standart bir Ethernet çerçevesine gömülüdür ve EtherType alanında 0x88A4 değeriyle tanımlanır. MASTER, EtherCAT segmentindeki tek cihazdır ve mesajları gönderebilir. SLAVE cihazlar, verileri işler, MASTER tarafından istenen verileri ekler ve çerçeveyi bir sonraki düğüme gönderir. Hız, sadece bir cihazın veri gönderdiği için geleneksel ethernetten daha hızlıdır. Ayrıca, “on the fly” işleme tekniği sayesinde hız daha da artırılır. EtherCAT, gelen ve giden verileri ağdaki birden fazla cihazdan tek bir çerçeveye birleştirme özelliğine de sahiptir.
EtherCAT Özellikleri
Yüksek Hız ve Verimlilik
EtherCAT, her bir düğümde işlenen verilerin uçtan uca işlenmesi prensibi sayesinde yüksek hız ve verimlilik sağlar. Bu prensip, verilerin her bir düğümde işlenmeden önce geçtiği anlamına gelir, bu da iletişim hızını artırır. Aynı zamanda, küçük veri paketlerinin taşınması yerine tüm düğümler için tek bir mesajın kullanılması, bant genişliğini en üst düzeye çıkarır.
Esnek Topoloji
EtherCAT ağı, çeşitli topolojilerde yapılandırılabilir. Geleneksel yıldız topolojisinden başlayarak, ağın gereksinimlerine uyacak şekilde yapılandırılabilir. EtherCAT ağı ayrıca kendi kendini sonlandıran bir özellik taşır, bu da kabloların kopması durumunda ağın otomatik olarak sonlandırılmasını sağlar. Bu özellik, ağın halka topolojisi şeklinde yapılandırılmasına olanak tanır ve kablo kopması gibi sorunlarla karşılaşıldığında ağın devam etmesini sağlar.
Senkronizasyon
EtherCAT, IEEE 1588 Precision Time Protocol standardına uygun olarak senkronizasyon özelliği sunar. Bu özellik, ağdaki tüm düğümlerin zamanlarını senkronize etmelerine olanak tanır. EtherCAT ağında her bir düğüm, gönderilen ve alınan mesajlara zaman damgası ekler. Bu sayede ana bilgisayar, her bir düğümün gecikmesini hesaplayabilir ve ağın tamamen senkronize olmasını sağlar.
Diğer Özellikler
EtherCAT’in diğer özellikleri arasında cihaz profilleri, güvenlik protokolleri ve kolay uygulanabilirlik bulunur. EtherCAT, CANopen ve Sercos sürücü profillerini destekler ve önceden tanımlanmış temel profiller sunar. Ayrıca, EtherCAT ağına özel donanım gerektirmez ve standart Ethernet donanımları kullanılabilir.
EtherCAT’in Avantajları ve Kullanım Alanları
EtherCAT’in birçok avantajı vardır ve bu avantajlar, endüstriyel otomasyon uygulamalarında çeşitli kullanım alanlarına sahiptir. EtherCAT’in avantajları şunlardır:
Yüksek hız ve verimlilik: EtherCAT, endüstriyel otomasyon sistemlerinde yüksek hızlı ve verimli veri iletişimi sağlar. Bu özellik, hızlı hareket eden sistemlerin kontrolü için idealdir.
Senkronizasyon: EtherCAT, tüm düğümler arasındaki senkronizasyonu sağlar. Bu özellik, hassas senkronizasyon gerektiren uygulamalarda kullanılır, örneğin çoklu eksenli hareket kontrolü.
Esnek topoloji: EtherCAT ağı, çeşitli topolojilerde yapılandırılabilir. Bu, farklı uygulama gereksinimlerine uygun bir ağ yapısı oluşturmayı sağlar.
Kolay uygulanabilirlik: EtherCAT, standart Ethernet donanımlarını kullanır ve özel donanım gerektirmez. Bu, maliyetleri düşürür ve ağın kolayca kurulmasını sağlar.
EtherCAT, endüstriyel otomasyon sistemlerinde birçok kullanım alanına sahiptir. Örneğin, otomotiv, robotik, makine kontrolü ve enerji sektörü gibi birçok sektörde kullanılan yüksek performanslı ağ protokolüdür.
