این مقاله بر اساس مستند NJ/NX-series CPU Unit Built-in EtherCAT Port User’s Manual (W505) تهیه شده و نحوه استفاده از پورت EtherCAT داخلی در PLC های سری NJ و NX شرکت Omron را توضیح می‌دهد.

EtherCAT یک پروتکل ارتباطی صنعتی مبتنی بر اترنت است که برای سیستم‌های کنترل بلادرنگ (Real-Time) طراحی شده است. در کنترلرهای سری NJ و NX، یک Master EtherCAT به صورت داخلی در CPU تعبیه شده که امکان ارتباط با انواع Servo Drive، Remote I/O و تجهیزات اتوماسیون را فراهم می‌کند.

این راهنما برای افراد زیر تهیه شده است:

• مهندسان اتوماسیون صنعتی
• برنامه‌نویسان PLC
• طراحان ماشین‌آلات صنعتی
• تکنسین‌های تعمیر و نگهداری
• متخصصان شبکه‌های صنعتی

برای استفاده از این راهنما، آشنایی اولیه با موارد زیر توصیه می‌شود:

• PLC های Omron
• نرم‌افزار Sysmac Studio
• شبکه‌های صنعتی

این راهنما برای کنترلرهای زیر کاربرد دارد:

• NJ-series Machine Automation Controller
• NX-series Machine Automation Controller

که دارای پورت EtherCAT داخلی هستند.

این مستند شامل چند بخش اصلی است:

• معرفی EtherCAT
• اجزای سیستم
• ارتباطات EtherCAT
• سیم‌کشی شبکه
• تنظیمات در Sysmac Studio
• ارتباطات PDO و SDO
• متغیرهای سیستمی
• مثال عملی
• عیب‌یابی

در هنگام طراحی و راه‌اندازی سیستم EtherCAT موارد زیر باید رعایت شوند:

• استفاده از کابل‌های استاندارد EtherCAT
• رعایت توپولوژی مجاز شبکه
• جلوگیری از قطع و وصل Slave در حین ارتباط
• بررسی خطاها قبل از راه‌اندازی ماشین

عدم رعایت این موارد ممکن است باعث اختلال در سیستم کنترل شود.

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) یک پروتکل ارتباطی صنعتی با سرعت بالا است که برای کنترل ماشین‌آلات طراحی شده است.

ویژگی‌های اصلی EtherCAT:

• زمان پاسخ بسیار سریع
• انتقال داده بلادرنگ
• امکان اتصال تعداد زیادی Slave
• پشتیبانی از Motion Control

در این سیستم یک Master با چندین Slave ارتباط برقرار می‌کند.

مهم‌ترین ویژگی‌های EtherCAT عبارتند از:

• سرعت بسیار بالا در انتقال داده
• ساختار Master-Slave
• تاخیر بسیار کم
• امکان همگام‌سازی دقیق محورهای حرکتی
• قابلیت کار در شبکه‌های بزرگ

در EtherCAT داده‌ها به صورت فریم‌های اترنت منتقل می‌شوند.

Master یک فریم ارسال می‌کند و هر Slave در حین عبور داده‌های مربوط به خود را:

• می‌خواند
• یا می‌نویسد

بدون اینکه فریم متوقف شود.

این مکانیزم باعث افزایش سرعت شبکه می‌شود.

در کنترلرهای سری NJ و NX:

• Master EtherCAT داخل CPU تعبیه شده است
• نیازی به کارت اضافی نیست
• ارتباط با Servo و I/O به صورت مستقیم انجام می‌شود

کاربردهای رایج:

• کنترل سروو
• کنترل ربات
• Remote I/O
• سیستم‌های چند محوره

یک سیستم EtherCAT معمولاً شامل اجزای زیر است:

• EtherCAT Master (PLC)
• EtherCAT Slave
• کابل EtherCAT
• نرم‌افزار پیکربندی

Slave ها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• Servo Drive
• Remote I/O
• Encoder
• Sensor
• دستگاه‌های دیگر

در طراحی شبکه باید موارد زیر مشخص شوند:

• تعداد Slave ها
• نوع دستگاه‌ها
• ترتیب اتصال
• طول کابل‌ها

این موارد در نرم‌افزار Sysmac Studio تنظیم می‌شوند.

پورت EtherCAT داخلی در CPU دارای مشخصات زیر است:

• ارتباط Full Duplex
• سرعت 100 Mbps
• پشتیبانی از Daisy Chain
• پشتیبانی از Motion Control

پورت EtherCAT دارای چند LED برای نمایش وضعیت است.

این LED ها شامل موارد زیر هستند:

• LINK
• ACT
• RUN
• ERR

و وضعیت ارتباط شبکه را نشان می‌دهند.

برای پیکربندی شبکه EtherCAT از نرم‌افزار Sysmac Studio استفاده می‌شود.

در این نرم‌افزار می‌توان:

• Slave ها را اضافه کرد
• پارامترها را تنظیم کرد
• برنامه PLC را نوشت
• ارتباط شبکه را مانیتور کرد

هر Slave در شبکه EtherCAT دارای یک آدرس است.

این آدرس می‌تواند توسط:

• DIP Switch
• نرم‌افزار
• یا Auto Configuration

تنظیم شود.

در کنترلرهای Omron حافظه PLC به صورت Device سازماندهی شده است.

نمونه‌هایی از Device ها:

• CIO
• WR
• HR
• DM

این Device ها برای ذخیره داده‌ها استفاده می‌شوند.

در EtherCAT دو نوع ارتباط اصلی وجود دارد:

این نوع ارتباط برای انتقال داده‌های بلادرنگ استفاده می‌شود.

مثال:

• ورودی و خروجی
• داده سروو
• موقعیت محور

این نوع ارتباط برای:

• خواندن پارامتر
• نوشتن تنظیمات
• پیکربندی دستگاه

استفاده می‌شود.

در Sysmac Studio برای ارتباط با Slave ها متغیرهایی تعریف می‌شود.

این متغیرها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• ورودی دیجیتال
• خروجی دیجیتال
• داده آنالوگ
• پارامترهای دستگاه

EtherCAT دارای چند حالت عملیاتی است:

• Init
• Pre-Operational
• Safe-Operational
• Operational

در حالت Operational ارتباط کامل برقرار می‌شود.

شبکه EtherCAT از چند توپولوژی پشتیبانی می‌کند:

• Line
• Daisy Chain
• Tree
• Ring

متداول‌ترین ساختار Line است.

برای EtherCAT باید از کابل‌های استاندارد استفاده شود.

مشخصات کابل:

• Cat5e یا بالاتر
• شیلددار
• کانکتور RJ45

حداکثر طول کابل بین دو Slave معمولاً 100 متر است.

ترتیب اتصال معمولاً به شکل زیر است:

PLC → Slave1 → Slave2 → Slave3

هر Slave دارای دو پورت است:

• IN
• OUT

مراحل تنظیم شبکه EtherCAT:

1. ایجاد پروژه جدید
2. اضافه کردن CPU
3. باز کردن EtherCAT Configuration
4. اضافه کردن Slave ها
5. تنظیم پارامترها
6. دانلود تنظیمات به PLC

برای هر Slave باید موارد زیر تنظیم شود:

• PDO mapping
• پارامترها
• متغیرها

پس از پیکربندی شبکه باید تنظیمات به PLC دانلود شوند.

این کار از طریق:

Download → Network Configuration

انجام می‌شود.

PDO برای انتقال داده‌های سریع استفاده می‌شود.

ویژگی‌ها:

• بلادرنگ
• بدون تاخیر
• استفاده برای I/O

SDO برای تنظیم پارامترها استفاده می‌شود.

کاربردها:

• تنظیم سروو
• خواندن پارامتر
• تغییر تنظیمات دستگاه

کنترلر دارای متغیرهای سیستمی برای مانیتور EtherCAT است.

نمونه متغیرها:

• وضعیت Master
• وضعیت Slave
• خطاهای ارتباطی

این متغیرها در دسته _EC قرار دارند.

یک سیستم نمونه شامل:

• PLC سری NJ
• Servo Drive
• Remote I/O

مراحل اجرا:

1. سیم‌کشی شبکه
2. پیکربندی در Sysmac Studio
3. برنامه‌نویسی PLC
4. دانلود تنظیمات
5. تست ارتباط

در صورت بروز مشکل در شبکه EtherCAT موارد زیر بررسی شوند:

• وضعیت LED ها
• خطاهای PLC
• وضعیت Slave ها
• کابل شبکه

برخی خطاهای رایج:

• Slave not detected
• Communication timeout
• Invalid configuration

برای بررسی دقیق ارتباط می‌توان از ابزارهای مانیتورینگ استفاده کرد.

EtherCAT امکان استفاده از تجهیزات شرکت‌های مختلف را فراهم می‌کند.

برای این کار باید:

• فایل ESI دستگاه نصب شود.

اصطلاحات مهم:

• Master
• Slave
• PDO
• SDO
• ESI File
• Motion Control

نسخه‌های مختلف CPU و نرم‌افزار Sysmac Studio ممکن است ویژگی‌های متفاوتی داشته باشند.

قبل از راه‌اندازی باید:

• نسخه CPU
• نسخه نرم‌افزار
• سازگاری دستگاه‌ها

بررسی شود.