EtherCAT P – szybka komunikacja i zasilanie w jednym kablu

EtherCAT P to technologia, w której napięcie stałe 24 V jest przesyłane za pomocą standardowego przewodu ethernetowego do urządzeń podrzędnych EtherCAT P oraz czujników i wszelkiego rodzaju aktuatorów. Dwie pary żył umożliwiają realizację dwóch odizolowanych elektrycznie obwodów zasilających. Linia US, wraz z masą GNDS, służą do zasilania elementów sieciowych i czujników, a linia UP z masą GNDP pozwalają niezależnie zasilać elementy wykonawcze, dostarczając prąd o natężeniu do 3 A.

Dzięki temu, że prądy zasilające linii US i UP płyną przez te same przewody, przez które prowadzona jest komunikacja z szybkością 100 Mb/s, EtherCAT P
jest niezwykle wygodnym i niedrogim rozwiązaniem. Idealnie nadaje się do podłączania czujników, elementów wykonawczych i komponentów pomiarowych oraz ułatwia łączenie małych modułów wejść i wyjść czy systemów wejść i wyjść rozproszonych. Przewody EtherCAT P są praktycznie identyczne, jak w przypadku klasycznej sieci EtherCAT, jednak Beckhoff zaprojektował specjalne wtyczki M8, które uniemożliwiają przypadkowe podłączenie kabla z zasilaniem do nieprzystosowanego modułu. Ponadto opracowano kompletny wybór kabli, umożliwiających zasilanie większym napięciem i pozwalających na dostarczanie prądów o wyższym napięciu. Aktualnie maksymalne możliwe napięcie w oferowanych przewodach EtherCAT P to 400 V AC lub 600 V DC, a maksymalne możliwe natężenie przepływającego prądu to 64 A. Beckhoff zadbał także o ochronę złączy przed trudnymi warunkami środowiskowymi. Oferowane wraz z konektorami kable, w zależności od wersji, mają stopień ochrony IP20 lub IP67. W efekcie za pomocą okablowania EtherCAT P można podłączyć m.in. napędy prądu przemiennego i stałego, wszelkiego rodzaju siłowniki, sterowniki zaworów, czujniki, przełączniki, bariery świetlne, enkodery, kamery, czytniki kodów graficznych, a nawet skanery trójwymiarowe.

Jeden kabel, by rządzić wszystkimi

Ideą stojącą za wprowadzeniem standardu EtherCAT P jest uproszczenie okablowania w automatyce przemysłowej tak, by wszystkie elementy można było podłączyć za pomocą jednego przewodu. EtherCAT P, dzięki możliwości doboru odmian kabla do potrzeb napięcia i prądu zasilania poszczególnych urządzeń, można zastosować we wszystkich fragmentach instalacji przemysłowej. W przypadku urządzeń zasilanych napięciem 24 V wystarczy skorzystać z klasycznego kabla ethernetowego, zaś w przypadku urządzeń wymagających większych napięć i prądów, należy sięgnąć po odpowiedni kabel, który zapewnia wsparcie dla protokołu EtherCAT P.

Pozbycie się oddzielnych kabli zasilających nie tylko zmniejsza całkowity koszt i czas przygotowania instalacji, ale też redukuje ryzyko błędnego podłączenia. Co więcej, mniejsza liczba przewodów i złączy umożliwia budowę mniejszych urządzeń, które jednocześnie zajmują mniej cennej przestrzeni w szafach sterowniczych lub we wnętrzu maszyn. Mniejsza liczba kabli to także większa przejrzystość instalacji, co ułatwia jej dalsze utrzymanie i serwisowanie.

Dowolna topologia

EtherCAT P, choć podobny w idei do technologii Power over Ethernet, znosi jej poważne ograniczenia. Pozwala użytkownikom na stosowanie dowolnej topologii, przewidzianej w klasycznej sieci EtherCAT. Dopuszczalna jest topologia liniowa, gwiazdy, a nawet drzewiasta i można je swobodnie łączyć. W efekcie zasilane urządzenia, w przeciwieństwie do PoE, można łączyć kaskadowo, pamiętając jedynie, by spadek napięcia nie był zbyt duży. Jednak i jemu można zapobiec, stosując dodatkowe punkty dostarczania mocy do sieci.

Aby ułatwić tworzenie dowolnych topologii, Beckhoff przygotował szereg różnorodnych, dodatkowych komponentów sieciowych, ze stopniami ochrony IP20 i IP67. Pojedynczy przewód sieci EtherCAT P może mieć długość nawet 50 m, a dodatkowo można je łączyć ze sobą za pomocą mostków, tworząc bardzo rozproszone sieci. Modernizacja istniejącej sieci EtherCAT do EtherCAT P nie stanowi problemu, a w celu bezpiecznego podłączenia urządzenia klasycznej sieci EtherCAT do przewodów EtherCAT P wystarczy użyć prostej przejściówki.

Drzewiasta topologia sieci z kaskadowymi połączeniami może wydawać się trudna do zaprojektowania, choćby ze względu na problem oszacowania zapotrzebowania na prąd dla poszczególnych urządzeń. Dlatego firma 
Beckhoff przygotowała w ramach pakietu TwinCAT odpowiednie narzędzie, które ułatwia ten proces. Oprogramowanie, znając parametry podłączanych komponentów, samodzielnie oblicza zużycie mocy i sprawdza, czy zaplanowana topologia będzie wystarczająca. Program bierze pod uwagę nawet warunki logiczne zadziałania różnych podzespołów. Przykładowo, jeśli z algorytmu wynika, że działanie dwóch siłowników nigdy nie następuje jednocześnie, oznacza to, że nie będą one w tym samym czasie pracować z pełną mocą. Umożliwia to ograniczenie kosztów instalacji, redukując jednocześnie konieczność stosowania dodatkowych zasilaczy lub przewodów o większym dopuszczalnym prądzie.

Jednoprzewodowa Automatyka

EtherCAT P został zaprojektowany z myślą o praktycznej realizacji idei Jednoprzewodowej Automatyki. Uproszczone okablowanie ułatwia tworzenie projektów instalacji przemysłowych, zmniejszając ich koszty. Pozwala także zredukować rozmiar szaf sterowniczych, a czasem nawet zupełnie je wyeliminować. W efekcie tworzenie maszyn o modularnej budowie staje się zarówno tańsze, jak i prostsze, a gotowe urządzenia mogą mieć mniejsze wymiary.

Z czasem, gdy protokół EtherCAT P zostanie spopularyzowany, idea listew z uniwersalnymi konektorami sygnałowo-zasilającymi o napięciu 24 V na potrzeby komponentów automatyki stanie się realna. Podłączenie nowego elementu w systemie będzie wtedy wymagało podpięcia tylko jednego kabla do gniazda. Projektowanie maszyn stanie się łatwiejsze, a tworzenie ich odmian będzie polegało głównie na podmianie jednego komponentu na drugi, bez martwienia się o zasilanie i interfejsy. A wszystko to dzięki nowemu standardowi EtherCAT P.

BECKHOFF AUTOMATION Sp. z o.o.
Żabieniec, ul. Ruczajowa 15
05-500 Piaseczno
tel. 22 750 47 00, fax 22 757 24 27
e-mail: info@beckhoff.pl
www.beckhoff.pl

źródło: Automatyka 11/2016