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June 22, 2020

Les performances de l’EtherCAT combinées à un système DAQ de pointe : 5 avantages qui nous échappent

Nous avons dressé une liste des 5 avantages les plus significatifs de l’utilisation d’un système d’acquisition de données basé sur EtherCAT. Si vous n’êtes pas encore familier avec EtherCAT, préparez-vous à être éclairé. Si vous faites partie des nombreux ingénieurs qui utilisent EtherCAT dans votre laboratoire d’essais, vous pouvez considérer que cela confirme la raison pour laquelle vous faites ce que vous faites – et que c’est un excellent moyen pour guider ceux qui pensent encore que l’Ethernet industriel n’est pas adapté aux applications de test haute performance.

Qu’est-ce qu’EtherCAT ?

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

1. Ethernet au plus proche du client

L’avantage d’Ethernet est que chaque PC, ordinateur portable est équipé d’une interface Ethernet. Elle permet la transmission de données à haut débit sur de longues distances en utilisant du matériel peu coûteux. L’inconvénient est qu’avec l’Ethernet standard, le principe de détection de collision conduit à 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 à grande vitesse et déterministe, basé sur le principe du traitement “à la volée”.

Comparez-le à une voie ferrée où chaque station peut décharger et recharger des wagons pendant que le train traverse la station à grande vitesse. Une trame EtherCAT contient des données pour de nombreux nœuds de réseau. Chaque nœud EtherCAT lit les données qui lui sont spécifiquement adressées à partir de la trame et insère des données dans la trame pendant que celle-ci passe à travers le nœud à pleine vitesse. Comme les trames sont passées avant d’être traitées dans chaque nœud, EtherCAT fonctionne à grande vitesse et avec une grande efficacité. Pour les bancs d’essai avec de nombreuses entrées/sorties, la surcharge de transmission peut être considérablement réduite, ce qui fait d’EtherCAT une solution idéale pour l’acquisition de données multivoies avec plusieurs signaux différents.

2. Acquisition de données de plusieurs signaux pour toutes les applications d’essai

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

Les fournisseurs de systèmes d’acquisition de données modernes comme Gantner Instruments proposent une gamme complète de modules de mesure avec une interface EtherCAT directe. Il n’y a pas de 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, piézoélectrique (charge) et même les capteurs capteurs fibres optiques 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

3. Enlever la complexité de la mesure distribuée

Pendant des années, les ingénieurs d’essai ont fait passer de longs câbles de capteurs analogiques jusqu’à un point central du laboratoire d’essai. Ces câbles de haute qualité, de fabrication spéciale, doivent être utilisés pour éviter les problèmes liés à la transmission de signaux analogiques sur de longues distances (par exemple, le captage du bruit et l’atténuation du signal). Avec le nombre croissant de capteurs utilisés dans un programme de test, de longs câbles analogiques deviennent plus difficiles et plus coûteux à installer. Avec un concept de mesure distribué, la conversion du signal analogique en signal numérique se fait à proximité du capteur. Grâce à un protocole de réseau, les données de mesure sont efficacement transférées au(x) contrôleur(s) de données pour un traitement ou un contrôle ultérieur. Lors de la conception d’un système de mesure distribué, différents aspects moins familiers doivent être pris en considération, comme la largeur de bande, 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 pré-élaborés 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 technique calibrée avant qu’il ne soit distribué dans le laboratoire d’essai à l’aide d’un simple câble Ethernet.

4. Acquisition de données multivoie véritablement synchronisée

Plus le produit testé est grand, plus le nombre de capteurs et de données de mesure générées est élevé. De plus, le risque de retard et le coût associé à un programme de test augmentent de manière plus que proportionnelle à l’augmentation de la complexité des tests. Les erreurs de mesure dues au décalage temporel dans un système d’acquisition de données multivoie et l’utilisation de plusieurs types de capteurs constituent l’une des principales incertitudes d’un programme de test. Souvent, les dispositifs d’acquisition de données doivent être synchronisés au moyen d’une programmation FPGA, de protocoles de temps réseau imprécis ou de lignes de synchronisation supplémentaires entre modules. La solution EtherCAT pour la synchronisation des dispositifs est basée sur des horloges distribuées. Le calibrage des horloges à l’intérieur des appareils 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 parfaite entre acquisition de données et système de contrôle

Les défis liés à l’acquisition de données se divisent 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 de DAQ peuvent réduire la capacité de test, restreindre les options d’architecture des systèmes de test et faire augmenter les coûts. D’autre part, les problèmes d’intégration des systèmes résultent souvent de l’utilisation de systèmes d’acquisition de données et de contrôle qui ne sont pas explicitement conçus pour fonctionner ensemble.

Il est possible d’acheter des systèmes d’acquisition et de contrôle des données 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 coïncide, ce qui élimine l’incertitude de vos résultats d’essai.

 

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Author: Stephan Ploegman

Stephan Ploegman is Gantner Instruments business developer in Aerospace & Structural Testing

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