What is EtherCAT? ทำความรู้จัก EtherCAT Technology network

What is EtherCAT? ทำความรู้จัก EtherCAT Technology network

ทำความรู้จัก EtherCAT Protocol รูปแบบการสื่อสารมาตรฐานสำหรับอุตสาหกรรมที่ WECON ได้นำมาพัฒนากับผลิตภัณฑ์ต่างๆ

หลายๆ ท่านที่ติดตามจะได้เห็นอยู่บ่อยๆ กับอุปกรณ์ต่างๆที่เราได้แนะนำในช่วงที่ผ่านมา ซึ่ง EtherCAT protocol ก็จะเป็นหนึ่งในฟีเจอร์ที่ถูกพัฒนาไปในหลายผลิตภัณฑ์ของทาง WECON ไม่ว่าจะเป็น PLC LX6 Series / A500 Series , Servo Drive VD3E/VD5L , VFD VC Series (Expansion board) เป็นต้น

วันนี้เรามาทำความรู้จักเบื้องต้นเกี่ยวกับ Protocol EtherCAT ถึงความสามารถและแนวคิดในการนำมาพัฒนาและใช้งานกัน

EtherCAT นั้นเป็นคำย่อมาจาก “Ethernet for Control Automation Technology”  โดยเป็นรูปแบบการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นมากที่สุดรูปแบบหนึ่งที่นำมาใช้ในอุตสาหกรรม และระบบอัตโนมัติต่างๆ

EtherCAT คือรูปแบบการสื่อสารแบบ real-time Industrial Ethernet technology และอ้างอิงตามมาตรฐาน IEC61158 โดย EtherCAT protocol ได้ถูกเปิดตัวในปี 2003 พัฒนาและถือสิทธิ์โดย Beckhoff Automation GmbH จากประเทศเยอรมันนี ผู้ผลิตอุปกรณ์ระบบออโตเมชั่นที่เรารู้จักกันดีอย่าง PLC Beckhoff นั่นเอง

โดยรูปแบบ Physical layer ของ EtherCAT จะใช้สาย Ethernet ที่เราใช้งานกันนี่แหละแต่อาจจะต้องใช้สายและหัว RJ45 ที่มีคุณภาพดีหน่อย ส่วนรูปแบบการรับส่งข้อมูลสรุปมาให้จินตนาการง่ายๆ โดยไม่ต้องลงลึกถึง Frame protocol โดยระบบ EtherCAT จะใช้การสื่อสารในรูปแบบ Master และ Slave หรือ Node อาจจะจินตนาการรูปแบบของไปรษณีย์ใกล้บ้านเวลารับส่งจดหมายหรือพัสดุให้กับหมู่บ้านที่มีกล่องจดหมายอยู่หน้าบ้านทุกหลัง การจะส่งจดหมายไปยังแต่ละบ้านได้อย่างถูกต้องก็คือการจ่าหน้าซองที่อยู่ และเนื้อหาด้านในก็คือ Content ข้อมูล

ภาพแสดง EtherCAT frame protocol

Credit : https://www.ethercat.org

โดย EtherCAT จะมีการฝังข้อมูล payload ลงไปในรูปแบบ Ethernet frame protocol มาตรฐาน อ้างอิงตาม IEEE 802.3 โดยตัว Master จะส่งผ่านข้อมูล(telegram) ไปยังแต่ละ node ซึ่ง Slave ก็จะอ่านข้อมูลที่ระบุเฉพาะแอดเดรสของตัวเองและส่งข้อมูลกลับไปในเฟรมแบบต่อเนื่อง "on the fly" ไปยัง Node ต่อไป โดยเมื่อถึง Node สุดท้ายที่พอร์ตเปิดอยู่ก็จะส่งข้อมูลวนกลับมายัง Master อีกครั้งไปเรื่อยๆ อุปกรณ์ที่ใช้งานสื่อสารในรูปแบบ EtherCAT จึงมีพอร์ต IN และ OUT กำกับไว้บนอุปกรณ์เพื่อต่อจากอุปกรณ์ Node ก่อนหน้าและต่อไปยัง Node ถัดไป

ภาพแสดง Port EtherCAT บนตัว PLC LX6C WECON

Performance
จุดเด่นที่สำคัญของโปรโตคอล EtherCAT เลยคือเรื่องของความเร็วในการสื่อสารซึ่งได้ถูกเคลมว่า เป็นรูปแบบการสื่อสารแบบ Industrial Ethernet technology ที่เร็วที่สุดในโลก (The Fastest Industrial Ethernet technology) ซึ่งหากเราไปดู OSI Layer ของ EtherCAT จะเห็นได้เลยว่าจากมาตรฐาน 7 Layer EtherCAT จะตัดออกเหลือเพียง 3 Layer เท่านั้นคือ Physical Layer(1) > Data Link (2) > Application (7) เร็วสุดๆ
โดย Cycle time จะอยู่ที่ ≤ 100 µs และ Jitter ระหว่าง device ≤ 1 µs เปรียบเทียบให้เห็นภาพ

• EtherCAT สามารถประมวลผลข้อมูล 1000 digital I/O ภายในเวลา 30µs
• ประมวลผล Servo 100 แกน ได้ทุกๆ 100µs

Flexible topology
รูปแบบการวางเน็ตเวิร์คของ EtherCAT นั้นค่อนข้างยืดหยุ่นโดยสามารถต่อได้หลากหลายรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็น Line , Tree , Star , Daisy-Chain ทำให้การออกแบบการจัดวางเครื่องจักรและอุปกรณ์ทำได้ง่าย รวมถึงเมื่อมีการแก้ไขเปลี่ยนแปลงตำแหน่งการจัดวางก็จะทำให้ง่ายอีกด้วย

Simple and robust
ง่ายต่อการใช้งานทำให้การออกแบบและ Commissioning เป็นเรื่องง่าย ระบบ EtherCAT นั้นไม่ต้องใช้ Hub หรือ Switch ซึ่ง EtherCAT นั้นไม่ได้อยู่บนพื้นฐานของ TCP/IP จึงไม่ต้องมีการระบุ MAC address / IP address ไม่จำเป็นต้องใช้ผู้เชี่ยวชาญทางด้าน IT มา Config เน็ตเวิร์คต่างๆ ให้ยุ่งยาก
และในการกำหนด Node address ของตัว EtherCAT Slave จะระบุโดยอัตโนมัติไม่ต้องตั้ง Dip-switch ที่ฮาร์ดแวร์หรือหมุน knob ปรับแอดแดรส และเมื่อ Node ถูก Add ไปแล้วก็จะมีการจำค่าโดยไม่ต้องตั้งแอดเดรสใหม่

Cost effective
เมื่อมันเป็นรูปแบบการสื่อสารที่ง่าย ไม่จำเป็นต้องใช้ฮาร์ดแวร์อย่าง Hub หรือ Switch รวมไปถึงสายและคอนเนคเตอร์เชื่อมต่อต่างๆ และอีกหัวใจสำคัญอีกอย่างหนึ่งของ EtherCAT ก็คือ Chip FPGA หรือ ASIC ที่นำมาพัฒนาและใช้ในอุปกรณ์นั้นมีบริษัทผู้ผลิตที่หลากหลาย มีตัวเลือกในท้องตลาดมากมาย จึงทำให้ราคานั้นถูกและไม่ได้จำกัดการใช้งาน

Applications
เราจะเห็นการนำเทคโนโลยีรูปแบบการสื่อสาร EtherCAT ไปใช้งานกันอย่างแพร่หลาย ที่พบเห็นกันบ่อยก็คงหนีไม่พ้น หุ่นยนต์อุตสาหกรรม , เครื่องจักรใหญ่หลากหลายประเภท , ไลน์ผลิตที่มีความยาวต่อเนื่อง , ไลน์ผลิตที่มีการใช้งาน Servo motor จำนวนมาก , เครื่องแพ็คกิ้ง และความรวดเร็วในการสื่อสารยังมีการนำ EtherCAT ไปใช้กับระบบทดสอบมาตรฐานและวัดค่าเก็บค่าต่างๆ อีกด้วย

อ่านมาถึงตรงนี้หลายท่านคงจะมีความเข้าใจและเห็นภาพรวมของรูปแบบการสื่อสาร EtherCAT กันมากขึ้น ติดตามบทความสาระดีๆและ กดติดตามได้ที่เฟสบุ๊คเพจ อีเอสโอ เทค หรือเว็บไซต์ทางการของเราเพื่อไม่ให้พลาดข้อมูลข่าวสารดีๆ

Reference

 https://www.ethercat.org

ท่านสามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมผลิตภัณฑ์ PLC WECON ได้ที่นี่

https://www.eso.co.th/plcwecon

ท่านสามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมผลิตภัณฑ์ SERVO WECON ได้ที่นี่

https://www.eso.co.th/wecon-servo

เนื้อหาและรูปภาพในบทความนี้เป็นลิขสิทธิ์ของทางบริษัท อีเอสโอ เทค จำกัด ไม่อนุญาตให้ทำการแก้ไขดัดแปลงทำซ้ำเพื่อประโยชน์ทางการค้าโดยไม่ได้รับการอนุญาต

สนใจสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมและติดต่อเราได้ที่
บริษัท อีเอสโอ เทค จำกัด ตัวแทนจำหน่ายสินค้าแบรนด์ WECON
   https://www.eso.co.th/
   info@eso.co.th
   097-253-2728 , 096-854-9256
   Line official : @eso.co.th
   Instagram : https://www.instagram.com/eso.co.th/
   Facebook : https://www.facebook.com/eso.co.th