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EtherCAT 性能与行业领先的 DAQ 相结合:您正在错过的 5 个优势
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EtherCAT 性能与行业领先的 DAQ 相结合:您正在错过的 5 个优势

我们整理了使用基于 EtherCAT 的数据采集系统的 5 大优势。 如果您还不熟悉 EtherCAT,那么请做好准备。 如果您是在测试实验室中使用 EtherCAT 的众多工程师中的一员,那么您可以将此视为对您所做工作的肯定,同时也是对那些仍然认为工业以太网不适合高性能测试应用的人的极佳指导。

什么是 EtherCAT?

EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一种基于以太网的通信协议,专门针对工业自动化而开发。 由于其高速、高效的数据交换和低廉的实施成本,EtherCAT 现已成为最受欢迎的网络之一,可用于地面车辆、航空航天和工业测试应用中不同制造商的数据采集和控制系统之间的无缝集成。 以下是最重要的五大优势。

1.以太网向下延伸到实地一级

以太网的优势在于,每台个人电脑、笔记本电脑或其他设备都配备有以太网接口。 它可以使用低成本硬件实现远距离高速数据传输。 缺点是标准以太网的碰撞检测原理导致数据传输速率不稳定,因此不适合实时、同步的数据采集和控制应用。 EtherCAT 通过标准以太网布线实现主/从结构。 EtherCAT 基于 “即时 “处理原则,具有高速和确定性的特点。

将其比作一条铁路,每个车站都可以在列车高速通过车站时卸载和重新装载火车车厢。 一个 EtherCAT 框架为许多网络节点保存数据。 每个 EtherCAT 节点都会从帧中读取指定给它的数据,并在帧以全速通过节点时将数据插入帧中。 由于帧在每个节点处理之前就已通过,因此 EtherCAT 可以高速、高效地运行。 对于有许多 I/O 的测试台来说,传输开销可以大大降低,因此 EtherCAT 是多通道混合信号数据采集的理想解决方案。

2.适用于任何测试应用的混合信号数据采集

由于 EtherCAT 是针对工业自动化而开发的,因此要找到能覆盖各种传感器的高精度数据采集设备可能是一项具有挑战性的工作。 如果您需要测量发动机试验台上的温度、压力和高频加速度,该怎么办? 或者在电池充放电测试中需要测量带有高压隔离输入的电压、电流和温度? 不用担心!

像Gantner Instruments这样的现代数据采集系统供应商可提供带有直接 EtherCAT 接口的全系列测量模块。 基于 EtherCAT 的数据采集系统对传感器的类型没有限制:热电偶、Pt100、LVDT、应变计、IEPE/ICP©、压电(电荷)甚至光纤布拉格光栅传感器。 由于 EtherCAT 采用了超采样技术,因此数据采样速度可达 100 kS/s(每秒千次采样)。

3.消除分布式测量的复杂性

多年来,测试工程师一直使用长长的模拟传感器电缆将信号传输回测试实验室的中心位置。 必须使用高质量的特制传感器电缆,以避免与长距离传输模拟信号相关的问题(如噪声拾取和信号衰减)。 随着测试程序中使用的传感器数量不断增加,安装长模拟电缆变得更加困难和昂贵。 在分布式测量概念下,模拟数字信号转换在传感器附近进行。 通过网络协议,测量数据被有效地传输到数据用户处,以便进一步处理或控制。 在设计分布式测量系统时,必须考虑带宽、连接可靠性和时间同步等人们不太熟悉的不同方面。

通过将具有本地实时信号处理功能的预制数据采集模块与 EtherCAT 测量总线结合使用,可以消除分布式测量系统的复杂性。 模拟信号的采集靠近传感器,信号失真最小。 先进的信号调节算法可将模拟信号转换为校准过的工程单位值,然后通过一根简单的以太网电缆在测试实验室中进行传输。

4.真正同步的多通道数据采集

测试产品越大,传感器和测量数据的数量就越多。 此外,随着测试复杂性的增加,与测试程序相关的时间延迟和成本风险也会成倍增加。 多通道混合信号数据采集系统中的时间偏移导致的测量误差是测试程序中的主要不确定因素之一。 数据采集设备通常需要通过 FPGA 编程、不准确的网络时间协议或额外的模块间同步线路来实现同步。 用于设备同步的 EtherCAT 解决方案以分布式时钟为基础。 设备内部时钟的校准完全基于硬件。 由此产生的时间误差明显小于 1 µs,确保了测量的高度同步。

5.数据采集与控制系统的紧密集成

数据采集挑战分为两类:DAQ 系统灵活性和系统集成相关挑战。 数据采集系统灵活性的限制会降低测试能力,缩小测试系统架构的选择范围,并增加成本。 另一方面,系统集成方面的挑战通常是由于使用的数据采集和控制系统在设计上没有明确的协同工作关系。

可以选择从单一供应商处购买数据采集和控制产品。 不过,由于控制和数据采集就像苹果和橘子,因此您可能无法从单一供应商处获得最适合您应用的解决方案。 因此,许多知名的控制系统供应商现在都为专门的数据采集产品提供 EtherCAT 连接。 将数据采集和控制整合到同一条 EtherCAT 总线上时,您可以确信每个时间戳都是一致的,从而消除测试结果的不确定性。

您的先进检测实验室应该拥有这两方面的最佳优势!

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