พรีซิชั่น แมชชีน คอนโทรล , 4 Sep 2019

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) เป็นโปรโตคอลสำหรับงานด้านออโตเมชั่นมีลักษณะเป็นการสื่อสารแบบเรียลไทม์ ระหว่างอุปกรณ์เช่น อุปกรณ์อินพุต/เอ้าพุต เซนเซอร์ หรือ พีแอลซี ถูกคิดค้นโดย Beckhoff Automation ประเทศเยอรมันนี ปัจจุบันถูกนำมาพัฒนาต่อโดย EtherCAT Technology Group ซึ่งถูกตั้งขึ้นมาเพื่อขยายผลให้เป็นมาตรฐานการสื่อสารสำหรับงานด้านอุตสาหกรรม(Field Bus) อย่างเป็นทางการ ปัจจุบันทางกลุ่มมีสมาชิกกว่า 1,900 องค์กรจาก 52 ประเทศ ที่นำ EtherCAT ไปประยุกต์ใช้กับผลิตภัณฑ์ของตน Ethernet เดิมทีเดียวถูกนำไปประยุกต์ใช้ในหลากหลาย ผู้ผลิตแต่ละรายนำไปประยุกต์กันตามเฉพาะแบบของตนเอง แต่ก็ยังไม่สามารถที่จะใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากนักภายใต้สภาพแวดล้อมของเทคโนโลยีอุตสาหกรรมที่ต้องการการแลกเปลี่ยนข้อมูลจำนวนมากแต่มีขนาดเล็ก และ Ethernet  ก็ไม่ค่อยมีความเป็นเรีบลไทม์ ใช้งานในรูปแบบ Star Topoloy (ผ่าน Hub หรือ Switch)  โปรโตคอล EtherCAT จึงถูกสร้างขึ้นโดยการปรับแต่ง Ethernet เดิมให้มีความเหมาะสม มีรูปแบบการสื่อสารผ่านโครงข่าย ที่ตอบโจทย์งาน Automation ได้มากกว่า การออกแบบ EtherCAT จึงทำให้อุปกรณ์ PC Based สามารถที่จะสื่อสารกันในงานออโตเมชั่น โดยมีตัวหนึ่งทำหน้าที่เป็น  EtherCAT Master และที่เหลือเป็น EtherCAT Slave

EtherCAT พัฒนามาจาก Ethernet เดิม โดยใช้แนวคิด “on-the-fly” โดยโหนดที่เกาะอยู่ในโครงข่าย EtherCAT Network จะอ่านข้อมูลจาก EtherCAT Frame ที่วิ่งผ่านตัวมัน EtherCAT Frame จะถูกส่งมาจาก EtherCAT Master หลักงานที่ Slave อ่านข้อมูลที่ถูกส่งมาแล้วหากมีข้อมูลใดที่จะส่งต่อไปก็จะใช้จังหวะนั้นในการเขียนข้อมูลลงใน EtherCAT Frame และส่งผ่านตัวเองไป ซึ่งการเขียนข้อมูลลงใน EtherCAT Frame จะเป็นข้อมูลเล็ก ๆ อันเป็นลักษณะของข้อมูลในงานออโตเมชั่น ซึ่งมีลักษณะไม่ใหญ่มากอยู่แล้ว หากเราใช้ Ethernet แบบเดิม ทุก ๆ ข้อมูลขนาดเล็กของแต่ละโหนดจะต้องถูกส่งในรูปแบบ Ethernet Frame เพราะฉะนั้นแม้ข้อมูลจะมีขนาดเล็กมาก แต่ทุก ๆ ข้อมูลเล็ก จะต้องถูกส่งออกมาเป็น Ethernet Frame จำนวนเท่า ๆ กับจำนวนข้อมูล ทำให้ Ethernet แบบเดิมไม่สามารถใช้ประสิทธิภาพของ Ethernet Frame ได้อย่างเต็มที่ แต่ด้วย EtherCAT Frame ทุก ๆ ข้อมูลเล็กๆ ของทุก ๆ อุปกรณ์ที่ EtherCAT Frame วิ่งผ่านจะถูกเขียนข้อมูลของอุปกรณ์แต่ละตัวลงไปใน Frame เดียวกันแล้วจึงส่งผ่านตัวเองไป ทำให้ความเร็ว 100Mbps สามารถถูกใช้ไปในการส่งผ่านข้อมูลขนาดเล็ก ๆ ของแต่ละโหนดได้สูงสุดถึง 90% จึงเป็นการใช้ศักยภาพของ Ethernet Frame ได้อย่างสูงสุดเมื่อมีการปรับเปลี่ยนรูปแบบมาเป็น EtherCAT

EtherCATTelegram จะถูกบรรจุลงใน Ethernet Frame ซึ่งอาจจะมีเพียงหนึ่งหรือหลาย ๆ EtherCAT Datagram ซึ่งมีจุดหมายคือ EtherCAT Slave ซึ่งจริง ๆ ก็คือ Ethernet Frame ตามมาตรฐาน IEEE802.3 ที่ถูกนำมาประยุกต์เป็น EtherCAT โดยกำหนด Header ของ Ethernet Frame เป็น 88A4H ก็จะทำให้อุปกรณ์เดิมที่ใช้เทคโนโลยี Ethernet เช่น LAN Card ก็สามารถทราบได้ทันทีว่า Frame นี้เป็น EtherCAT ทำให้เทคโนโลยีนี้มีราคาถูก EtherCAT Datagram ก็คือคำสั่งที่ประกอบด้วย Header , Data , working counter  โดย Header และ Data จะหมายถึงสิ่งที่ EtherCAT Slave จะต้องดำเนินการ และส่วน working counter จะหมายถึง การอัพเดทโดย Slave เพื่อบอกให้ Master ทราบว่า Slave ได้ดำเนินการตามคำสั่งแล้ว EtherCAT Slave จะอ่าน EtherCAT packets ในแบบ “on-the-fly”คือการอ่านข้อมูลใน EtherCAT Frame และดำเนินการตามคำสั่งถ้าหากว่ามี Datagram ที่ตรงกับ address ของตนเอง และทำการส่งผ่าน Datagram ทั้งหมดออกไปยัง output port ซึ่งเชื่อมต่ออยู่กับ Slave ตัวถัดไปในขณะเดียวกันก็สามารถที่จะอัพเดทค่าในแพคเก็จ ก่อนที่จะส่งออกไป EtherCAT Master สามารถที่จะสร้าง EtherCAT Frame ที่มีขนาดได้สูงถึง 4GB อันประกอบไปด้วย Datagram ที่อ้างถึง Slave ได้สูงสุดถึง 65,536 Slaves และไม่มีข้อกำหนดในการจัดเรียงลำดับ

Delta EtherCAT Motion Control Card PCI-L221-P1 สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการทำเรียลไทม์โมชั่นคอนโทรล และสามารถควบคุมการทำงานได้ถึง 100 Slaves และยังสามารถการันตีการควบคุม 64 Axis ได้ใน 1ms cycle time นอกจากนี้ Delta Electronics Inc ยังผลิต Servo Drive รุ่น ASDA-A2-E ปรับเปลี่ยนให้ Communication Port เป็น EtherCAT ขึ้นมาเฉพาะ

Syntec เป็นผู้ผลิต CNC รายสำคัญของไตหวัน และเป็นสมาชิกของ EtherCAT Technology Group มีการนำเทคโนโลยีการสื่อสารชนิดนี้มาประยุกใช้ในการสื่อสารระหว่าง CNC Controller และ Servo Drives และ อุปกรณ์ Input Output ของระบบซีเอ็นซี สามารถนำ Syntec CNC Controller ไปประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ Automation จำนวนมากที่ใช้ EtherCAT เป็นมาตรฐานในการสื่อสาร