Les performances d’EtherCAT combinées à un système d’acquisition de données (DAQ) de pointe : 5 avantages qui vous échappent

Qu’est-ce que l’EtherCAT ?

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) est un protocole de communication basé sur Ethernet développé spécifiquement pour l’automatisation industrielle. Grâce à sa vitesse élevée, à l’efficacité de l’échange de données et aux faibles coûts de mise en œuvre, EtherCAT est devenu l’un des réseaux les plus populaires pour l’intégration transparente entre les systèmes d’acquisition de données et de contrôle de différents fabricants pour les véhicules terrestres, l’aérospatiale et les applications d’essais industriels. Voici les cinq avantages les plus importants.

1. Ethernet jusqu’au niveau du terrain

L’avantage d’Ethernet est que chaque PC, ordinateur portable ou autre appareil est équipé d’une interface Ethernet. Il permet la transmission de données à grande vitesse sur de longues distances à l’aide d’un matériel peu coûteux. L’inconvénient est qu’avec l’Ethernet standard, le principe de détection des collisions entraîne des taux de transfert de données variables ; il n’est donc pas adapté aux applications d’acquisition et de contrôle de données synchronisées en temps réel. EtherCAT met en œuvre une architecture maître/esclave sur un câblage Ethernet standard. EtherCAT est un système à grande vitesse et déterministe basé sur le principe du traitement “à la volée”.

Comparez cela à un chemin de fer où chaque gare peut décharger et recharger des wagons pendant que le train traverse la gare à grande vitesse. Une trame EtherCAT contient des données pour de nombreux nœuds du réseau. Chaque nœud EtherCAT lit les données qui lui sont spécifiquement adressées dans la trame et insère des données dans la trame pendant que celle-ci traverse le nœud à pleine vitesse. Comme les trames sont transmises avant d’être traitées dans chaque nœud, l’EtherCAT fonctionne à grande vitesse et avec une grande efficacité. Pour les bancs d’essai comportant de nombreuses E/S, la surcharge de transmission peut être considérablement réduite, ce qui fait d’EtherCAT une solution idéale pour l’acquisition de données multicanaux et à signaux mixtes.

2. Acquisition de données à signaux mixtes pour toute application d’essai

Comme EtherCAT a été développé pour l’automatisation industrielle, trouver des dispositifs d’acquisition de données de haute précision qui couvrent une large gamme de capteurs peut s’avérer un exercice difficile. Que faire si vous devez mesurer la température, la pression et l’accélération à haute fréquence sur un banc d’essai de moteur ? Ou mesurer la tension, le courant et la température avec des entrées d’isolation haute tension pour tester la charge et la décharge d’une batterie ? Ne vous inquiétez pas !

Les fournisseurs de systèmes d’acquisition de données modernes, comme Gantner Instruments, proposent une gamme complète de modules de mesure dotés d’une interface EtherCAT directe. Il n’y a aucune limitation quant au type de capteurs pouvant être utilisés avec un système d’acquisition de données basé sur EtherCAT : thermocouple, Pt100, LVDT, jauge de contrainte, IEPE/ICP©, capteurs piézoélectriques (de charge) et même capteurs à réseau de Bragg. Et comme EtherCAT est doté d’une technologie de suréchantillonnage, il est possible d’échantillonner des données jusqu’à 100 kS/s (kilo-échantillons par seconde).

3. Simplifier les mesures distribuées

Pendant des années, les ingénieurs d’essai ont fait passer de longs câbles de capteurs analogiques vers un point central du laboratoire d’essai. Des câbles de haute qualité, fabriqués spécialement pour les capteurs, doivent être utilisés pour éviter les problèmes liés à la transmission de signaux analogiques sur de longues distances (par exemple, la captation du bruit et l’atténuation du signal). Avec l’augmentation du nombre de capteurs utilisés dans un programme d’essai, l’installation de longs câbles analogiques devient plus difficile et plus coûteuse. Avec un concept de mesure distribuée, la conversion analogique-numérique du signal s’effectue à proximité du capteur. Grâce à un protocole de réseau, les données de mesure sont transférées efficacement au(x) consommateur(s) de données en vue d’un traitement ou d’un contrôle ultérieur. Lors de la conception d’un système de mesure distribué, différents aspects moins familiers doivent être pris en considération, tels que la bande passante, la fiabilité de la connexion et la synchronisation temporelle.

Vous pouvez réduire la complexité d’un système de mesure distribué en utilisant des modules d’acquisition de données préconçus avec des capacités locales de traitement du signal en temps réel en combinaison avec un bus de mesure EtherCAT. Le signal analogique est acquis à proximité du capteur avec une distorsion minimale du signal. Des algorithmes avancés de conditionnement du signal convertissent le signal analogique en une valeur d’unité d’ingénierie calibrée avant qu’il ne soit distribué dans le laboratoire d’essai à l’aide d’un simple câble Ethernet.

4. Acquisition de données multivoies véritablement synchronisées

Plus l’article testé est important, plus le nombre de capteurs et de données de mesure produites est élevé. En outre, le risque de retard et les coûts associés à un programme d’essai augmentent de manière plus que proportionnelle à l’augmentation de la complexité de l’essai. Les erreurs de mesure dues au décalage temporel dans un système d’acquisition de données à signaux mixtes multicanaux constituent l’une des principales incertitudes au cours d’un programme d’essai. Souvent, les dispositifs d’acquisition de données doivent être synchronisés au moyen d’une programmation FPGA, de protocoles temporels réseau imprécis ou de lignes de synchronisation supplémentaires entre modules. La solution EtherCAT pour la synchronisation des dispositifs est basée sur des horloges distribuées. L’étalonnage des horloges à l’intérieur des dispositifs est entièrement basé sur le matériel. L’erreur de temps qui en résulte est nettement inférieure à 1 µs, ce qui garantit des mesures hautement synchrones.

5. Intégration étroite entre le système d’acquisition de données et le système de contrôle

Les défis liés à l’acquisition de données se répartissent en deux catégories : ceux qui résultent de la flexibilité du système DAQ et ceux qui sont liés à l’intégration du système. Les limites de la flexibilité des systèmes d’acquisition de données peuvent réduire la capacité d’essai, limiter les options d’architecture des systèmes d’essai et faire grimper les coûts. D’autre part, les problèmes d’intégration des systèmes résultent souvent de l’utilisation de systèmes d’acquisition et de contrôle des données qui ne sont pas explicitement conçus pour fonctionner ensemble.

Il est possible d’acheter des produits d’acquisition de données et de contrôle auprès d’un seul fournisseur. Cependant, comme le contrôle et l’acquisition de données sont comme des pommes et des oranges, il se peut que vous n’obteniez pas la meilleure solution possible pour votre application auprès d’un seul fournisseur. C’est pourquoi de nombreux fournisseurs de systèmes de contrôle bien connus proposent désormais une connexion EtherCAT pour les produits d’acquisition de données spécialisés. En intégrant l’acquisition de données et le contrôle sur le même bus EtherCAT, vous pouvez être sûr que chaque horodatage est aligné, ce qui élimine l’incertitude de vos résultats de test.

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