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提示与趋势

June 22, 2020

EtherCAT与数据采集系统(DAQ)相结合:您不容错过的5大优势

我们列出了使用基于以太网的数据采集系统的5个最显著的优势。如果你还不熟悉EtherCAT,读完此文章,你会茅塞顿开。如果您是一位在实验室使用EtherCAT的工程师,那么您可以将此看作是您为什么要这样做的一个证明——同时也是指导那些仍然认为工业以太网不适用于高性能测试应用程序的人的一个绝佳方式。
EtherCAT是什么?
EtherCAT (用于控制自动化技术的以太网)是一个基于以太网的通信协议,专为工业自动化而开发。由于其高速、高效的数据交换和较低的实施成本,EtherCAT现在已经成为汽车、航空航天和工业测试应用中等各个制造商的数据采集和控制系统之间无缝集成的最受欢迎的网络之一。以下是最重要的5个优势。
1. Ethernet 到现场级别
以太网的优势是每台PC、笔记本电脑或其他设备都配有以太网接口。 它能使高速数据传输在长距离使用低成本硬件。缺点是在标准以太网中,碰撞检测原理导致数据传输速率可变;因此,它不适合实时、同步的数据采集和控制应用。EtherCAT通过标准以太网电缆实现了主/从架构。EtherCAT是高速和确定性的,基于“动态处理”的原则。
EtherCAT可近似于铁路,在列车高速通过火车站时,每个车站都可以卸载和填装列车。一个EtherCAT帧保存许多网络节点的数据。每个EtherCAT节点(从站设备)从帧中读取专门寻址到它的数据,然后在该帧以全速通过节点时将数据插入到同一帧中。由于帧是在每个节点进行数据处理之后通过的,因此EtherCAT可以告诉高效地运行。 对于具有许多数字I/Os的测试台,传输可以显著降低,使EtherCAT成为多通道混合信号数据采集的理想解决方案。

2. 用于任何测试应用的混合信号数据采集

由于EtherCAT的开发考虑到了工业自动化,因此寻找覆盖广泛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。如果你需要在发动机试验台上测量温度、压力和高频加速度怎么办?或者用高压隔离输入测量电压、电流和温度,用于电池充放电测试?不要担心!
数据采集系统供应商,如Gantner Instrument,提供了全方位的 直接EtherCAT接口的测量模块。以与基于以太网的数据采集系统一起使用的传感器类型没有限制:热电偶、Pt100、LVDT、应变计、IEPE/ICP©、压电(电荷)甚至光纤传感器。而且由于EtherCAT自带过采样技术,数据采样可以达到100ks/s(千分之一秒)。

3. 减少分布式度量的复杂性

多年来,测试工程师一直将模拟传感器电缆运行到测试实验室的中心位置。高质量、特殊制造的传感器电缆必须用于避免与远距离传输模拟信号相关的问题(例如,噪声拾取和信号衰减)。随着测试项目中使用的传感器数量的增加,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-数字信号转换是在传感器附近进行的。通过网络协议,测量数据被有效地传输到数据消费者进行进一步的处理或控制。在设计不同的分布式测量系统时,需要考虑一些不太熟悉的方面,如带宽、连接可靠性和时间同步。

通过使用具有本地实时信号处理能力的数据采集模块,并结合EtherCAT测量总线,您可以降低分布式测量系统的复杂性。模拟信号在接近传感器的地方获得,信号失真最小。先进的信号调理算法转换模拟信号到一个校准的工程单位价值之前,它是分布通过测试实验室使用一个简单的以太网电缆。

4. 真正同步的多通道数据采集

测试件越大,产生的传感器和测量数据越多。最重要的是,与测试程序相关的时间延迟和成本的风险随着测试复杂性的增加而增加。在多通道混合信号数据采集系统中,由时间偏移引起的测量误差是测试过程中的主要不确定因素之一。数据采集设备常常需要通过FPGA编程、不准确的网络时间协议或额外的模块到模块同步线来实现同步。用于同步设备的EtherCAT解决方案基于分布式时钟。设备内部时钟的校准完全是基于硬件的。结果产生的时间错误明显小于1个,确保了高度同步的度量。

5. 数据采集和控制系统的紧密集成

数据获取的挑战分为两类:DAQ系统灵活性带来的挑战和与系统集成相关的挑战。DAQ系统灵活性的限制会降低测试能力,缩小测试系统架构选项,并提高成本。另一方面,系统集成的挑战往往来自使用数据采集和控制系统,而这些系统没有明确地设计为协同工作。
可以从单个供应商购买数据采集和控制产品。但是,由于控制和数据获取就像苹果和橘子一样,您可能无法从单个供应商获得应用程序的最佳解决方案。因此,许多著名的控制系统供应商现在为专门的数据采集产品提供EtherCAT连接。在同一个EtherCAT总线上合并数据采集和控制时,您可以确信每个时间戳都是对齐的,从而消除了测试结果中的不确定性。

 

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Author: Stephan Ploegman

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

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