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, spécialement conçu pour l’automatisation industrielle. Grâce à sa grande vitesse, à l’efficacité de ses échanges de données et à ses faibles coûts de mise en œuvre, EtherCAT est aujourd’hui devenu l’un des réseaux les plus utilisés pour l’intégration transparente entre les systèmes d’acquisition de données et de contrôle de différents fabricants, notamment dans les domaines des véhicules terrestres, de l’aérospatiale et des essais industriels. Voici ses cinq principaux avantages.

1. Ethernet jusqu’au niveau du terrain

L’avantage de l’Ethernet réside dans le fait que chaque PC, ordinateur portable ou autre appareil est équipé d’une interface Ethernet. Cela permet une transmission de données à haut débit 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 débits de transfert de données variables ; ce protocole 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 protocole à haut débit et déterministe, basé sur le principe du traitement « à la volée ».

Comparez cela à un réseau ferroviaire où chaque gare peut décharger et recharger des wagons tandis que le train traverse la gare à grande vitesse. Une trame EtherCAT contient les données destinées à de nombreux nœuds du réseau. Chaque nœud EtherCAT lit dans la trame les données qui lui sont spécifiquement adressées et y insère ses propres données tandis que cette trame traverse le nœud à pleine vitesse. Comme les trames sont transmises avant d’être traitées dans chaque nœud, EtherCAT fonctionne à grande vitesse et avec une grande efficacité. Pour les bancs d’essai comportant de nombreuses E/S, la surcharge liée à la 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

Étant donné qu’EtherCAT a été développé dans une optique d’automatisation industrielle, il peut s’avérer difficile de trouver des appareils d’acquisition de données de haute précision compatibles avec une large gamme de capteurs. Que faire si vous devez mesurer la température, la pression et l’accélération à haute fréquence sur un banc d’essai de moteurs ? Ou encore mesurer la tension, le courant et la température avec des entrées à isolation haute tension pour les essais de charge et de décharge de 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 dotés d’une interface EtherCAT directe. There is no limitation on type of sensors that can be used with an EtherCAT-based data acquisition system: thermocouple, Pt100, LVDT, strain gage, IEPE/ICP©, piezoelectric (charge) and even fiber Bragg grating sensors. And because EtherCAT comes with oversampling technology, data sampling up to 100 kS/s (kilosamples per second) is possible.

3. Simplifier les mesures distribuées

Depuis des années, les ingénieurs d’essai acheminent de longs câbles de capteurs analogiques jusqu’à un emplacement central au sein du laboratoire d’essai. Il est indispensable d’utiliser des câbles de capteurs de haute qualité, fabriqués sur mesure, afin d’éviter les problèmes liés à la transmission de signaux analogiques sur de longues distances (par exemple, la captation de bruit et l’atténuation du signal). Avec le nombre croissant de capteurs utilisés dans un programme d’essai, l’installation de longs câbles analogiques devient de plus en plus complexe et coûteuse. Dans le cadre d’un concept de mesure distribuée, la conversion du signal analogique en signal numérique s’effectue à proximité immédiate du capteur. Grâce à un protocole réseau, les données de mesure sont transférées efficacement vers le ou les utilisateurs pour un traitement ultérieur ou une commande. Lors de la conception d’un système de mesure distribué, il convient de prendre en compte différents aspects moins courants, tels que la bande passante, la fiabilité des connexions et la synchronisation temporelle.

Vous pouvez simplifier la mise en œuvre d’un système de mesure distribué en utilisant des modules d’acquisition de données prêts à l’emploi, dotés de capacités de traitement local des signaux en temps réel, associés à un bus de mesure EtherCAT. Le signal analogique est acquis à proximité immédiate du capteur, avec une distorsion minimale du signal. Des algorithmes avancés de conditionnement du signal convertissent le signal analogique en une valeur calibrée en unités techniques avant qu’il ne soit distribué dans le laboratoire d’essais 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 découlent du manque de flexibilité des systèmes d’acquisition de données et ceux liés à l’intégration des systèmes. Les limites en matière de flexibilité des systèmes d’acquisition de données peuvent réduire la capacité d’essai, restreindre les options d’architecture du système d’essai et faire grimper les coûts. D’autre part, les défis liés à l’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 produits d’acquisition de données et de contrôle auprès d’un seul fournisseur. Cependant, comme le contrôle et l’acquisition de données sont deux domaines très différents, vous risquez de ne pas obtenir la meilleure solution possible pour votre application auprès d’un seul fournisseur. C’est pourquoi de nombreux fournisseurs réputés de systèmes de contrôle proposent désormais une connexion EtherCAT pour des produits d’acquisition de données spécialisés. En intégrant l’acquisition de données et le contrôle sur un même bus EtherCAT, vous avez la garantie que tous les horodatages sont synchronisés, ce qui élimine toute incertitude de vos résultats de test.

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