EtherCAT-Performance kombiniert mit branchenführender DAQ: 5 Vorteile, die Ihnen entgehen

Was ist EtherCAT?

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) ist ein Ethernet-basiertes Kommunikationsprotokoll, das speziell für die industrielle Automatisierung entwickelt wurde. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit, des effizienten Datenaustauschs und der geringen Implementierungskosten ist EtherCAT heute eines der beliebtesten Netzwerke für die nahtlose Integration von Datenerfassungs- und Steuerungssystemen verschiedener Hersteller für Anwendungen in der Land-, Luft- und Raumfahrt sowie in der industriellen Prüftechnik. Und hier sind die fünf wichtigsten Vorteile.

1. Ethernet bis zur Feldebene

Der Vorteil von Ethernet ist, dass jeder PC, jedes Notebook und jedes andere Gerät mit einer Ethernet-Schnittstelle ausgestattet ist. Es ermöglicht die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung über große Entfernungen mit preiswerter Hardware. Der Nachteil ist, dass das Kollisionserkennungsprinzip bei Standard-Ethernet zu variablen Datenübertragungsraten führt; daher ist es nicht für synchronisierte Echtzeit-Datenerfassungs- und Steuerungsanwendungen geeignet. EtherCAT implementiert eine Master/Slave-Architektur über Standard-Ethernet-Verkabelung. EtherCAT ist schnell und deterministisch und basiert auf dem Prinzip der “on-the-fly”-Verarbeitung.

Vergleichen Sie dies mit einer Eisenbahn, bei der jeder Bahnhof Waggons ent- und umladen kann, während der Zug mit hoher Geschwindigkeit durch den Bahnhof fährt. Ein EtherCAT-Frame enthält Daten für viele Netzwerkknoten. Jeder EtherCAT-Knoten liest die speziell an ihn adressierten Daten aus dem Rahmen und fügt Daten in den Rahmen ein, während dieser Rahmen den Knoten mit voller Geschwindigkeit durchläuft. Da die Frames vor der Verarbeitung in jedem Knoten weitergegeben werden, arbeitet EtherCAT mit hoher Geschwindigkeit und Effizienz. Für Prüfstände mit vielen E/As kann der Übertragungsaufwand deutlich reduziert werden, was EtherCAT zu einer idealen Lösung für die mehrkanalige, gemischte Signalerfassung macht.

2. Mixed-Signal-Datenerfassung für jede Prüfanwendung

Da EtherCAT mit Blick auf die industrielle Automatisierung entwickelt wurde, kann es eine Herausforderung sein, hochpräzise Datenerfassungsgeräte zu finden, die ein breites Spektrum an Sensoren abdecken. Was ist, wenn Sie Temperatur, Druck und Hochfrequenzbeschleunigung auf einem Motorprüfstand messen müssen? Oder die Messung von Spannung, Strom und Temperatur mit Hochspannungsisolationseingängen für Lade-Entlade-Tests von Batterien? Machen Sie sich keine Sorgen!

Moderne Hersteller von Datenerfassungssystemen wie Gantner Instruments bieten eine ganze Reihe von Messmodulen mit direkter EtherCAT-Schnittstelle an. Es gibt keine Beschränkung hinsichtlich der Art der Sensoren, die mit einem EtherCAT-basierten Datenerfassungssystem verwendet werden können: Thermoelement, Pt100, LVDT, Dehnungsmessstreifen, IEPE/ICP©, piezoelektrische (Ladung) und sogar Faser-Bragg-Gitter-Sensoren. Und da EtherCAT mit der Oversampling-Technologie ausgestattet ist, ist eine Datenabtastung von bis zu 100 kS/s (Kilosamples pro Sekunde) möglich.

3. Die Komplexität der verteilten Messung verringern

Jahrelang haben Prüfingenieure lange analoge Sensorkabel zu einer zentralen Stelle im Prüflabor geführt. Es müssen hochwertige, speziell angefertigte Sensorkabel verwendet werden, um Probleme zu vermeiden, die mit der Übertragung analoger Signale über große Entfernungen verbunden sind (z. B. Rauschaufnahme und Signalabschwächung). Mit der wachsenden Anzahl von Sensoren, die in einem Prüfprogramm verwendet werden, wird die Installation langer analoger Kabel immer schwieriger und kostspieliger. Bei einem verteilten Messkonzept erfolgt die Analog-Digital-Signalumwandlung in der Nähe des Sensors. Über ein Netzwerkprotokoll werden die Messdaten effizient an den/die Datenverbraucher zur weiteren Verarbeitung oder Kontrolle übertragen. Beim Entwurf eines verteilten Messsystems müssen verschiedene, weniger bekannte Aspekte berücksichtigt werden, wie Bandbreite, Zuverlässigkeit der Verbindung und Zeitsynchronisation.

Sie können die Komplexität eines verteilten Messsystems reduzieren, indem Sie vorgefertigte Datenerfassungsmodule mit lokalen Echtzeit-Signalverarbeitungsfunktionen in Kombination mit einem EtherCAT-Messbus verwenden. Das analoge Signal wird nahe am Sensor mit minimaler Signalverzerrung erfasst. Hochentwickelte Algorithmen zur Signalkonditionierung wandeln das analoge Signal in einen kalibrierten Wert in technischen Einheiten um, bevor es über ein einfaches Ethernet-Kabel im Prüflabor verteilt wird.

4. Vollständig synchronisierte Mehrkanal-Datenerfassung

Je größer der Prüfgegenstand ist, desto mehr Sensoren und Messdaten fallen an. Hinzu kommt, dass das Risiko von Zeitverzögerungen und die mit einem Testprogramm verbundenen Kosten mit zunehmender Testkomplexität überproportional steigen. Messfehler aufgrund von Zeitverschiebungen in einem mehrkanaligen Mixed-Signal-Datenerfassungssystem sind eine der größten Unsicherheiten bei einem Prüfprogramm. Häufig müssen Datenerfassungsgeräte durch FPGA-Programmierung, ungenaue Netzwerk-Zeitprotokolle oder zusätzliche Modul-zu-Modul-Synchronisationsleitungen synchronisiert werden. Die EtherCAT-Lösung zur Synchronisation von Geräten basiert auf Distributed-Clocks. Die Kalibrierung der Uhren in den Geräten ist vollständig hardwarebasiert. Der daraus resultierende Zeitfehler liegt deutlich unter 1 µs, so dass hochsynchrone Messungen gewährleistet sind.

5. Enge Integration zwischen Datenerfassung und Kontrollsystem

Die Herausforderungen bei der Datenerfassung lassen sich in zwei Kategorien einteilen: diejenigen, die sich aus der Flexibilität des Datenerfassungssysteme ergeben, und diejenigen, die mit der Systemintegration zusammenhängen. Einschränkungen in der Flexibilität des Datenerfassungssysteme können die Prüfkapazität verringern, die Möglichkeiten der Prüfsystemarchitektur einschränken und die Kosten in die Höhe treiben. Andererseits ergeben sich Herausforderungen bei der Systemintegration häufig aus der Verwendung von Datenerfassungs- und Kontrollsystemen, die nicht ausdrücklich für die Zusammenarbeit konzipiert sind.

Es besteht die Möglichkeit, Datenerfassungs- und Kontrollprodukte von einem einzigen Anbieter zu kaufen. Da jedoch Steuerung und Datenerfassung wie Äpfel und Birnen sind, erhalten Sie möglicherweise nicht die bestmögliche Lösung für Ihre Anwendung von einem einzigen Anbieter. Aus diesem Grund bieten viele namhafte Hersteller von Steuerungssystemen inzwischen eine EtherCAT-Anbindung für spezielle Datenerfassungsprodukte an. Durch die Integration von Datenerfassung und Steuerung auf demselben EtherCAT-Bus können Sie sicher sein, dass jeder Zeitstempel übereinstimmt, wodurch die Unsicherheit Ihrer Testergebnisse beseitigt wird.

Ihr hochmodernes Prüflabor verdient das Beste aus beiden Welten!

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