Teollisuuden kasvaessa kohti suurempaa tarkkuutta, nopeutta ja synkronointia – erityisesti robotiikassa, pakkausteollisuudessa ja puolijohteiden valmistuksessa – EtherCAT on noussut huippusuorituskykyisen liikkeenohjauksen standardiksi. Sen ainutlaatuinen “on-the-fly” -käsittelyperiaate mahdollistaa deterministisen, erittäin nopean tiedonsiirron tavalla, johon perinteiset teolliset Ethernet-protokollat eivät yllä.
Mutta tämän sinä todennäköisesti jo tiedätkin. Juuri nämä ominaisuudet ovat todennäköisesti syy, miksi olet alun perinkin käyttänyt EtherCATia kriittisissä sovelluksissasi. Kun teolliset järjestelmät kuitenkin monimutkaistuvat, yksi piilevä heikkous yleisimmässä verkkotopologiassa voi uhata koko toimintaa.
Heikko lenkki ketjussa
Yksinkertaisuuden ja kustannustehokkuuden vuoksi monet EtherCAT-verkot rakennetaan ketjutopologialla (daisy chain tai line). Tässä rakenteessa useat laitteet on kytketty toisiinsa suorassa linjassa – kuin jatkojohtoja peräkkäin. Tämän mallin suurin ongelma on yksi kriittinen vikaantumispiste.
Ajattele sitä kuin sarjaan liitettyjä jatkojohtoja: jos irrotat yhden johdon, kaikki sen takana olevat menettävät virran. Teollisessa ympäristössä tämä voi tapahtua monin tavoin – solmu laitteiden välillä voi rikkoutua, kaapeli vaurioitua tai yhteys katketa.
Kun näin käy, kaikki kyseisen kohdan jälkeen olevat laitteet menettävät yhteyden masteriin, mikä voi pysäyttää tuotantolinjan osia, aiheuttaa tuotantokatkoksia, kalliita seisokkeja ja hankalaa vianetsintää.
Mitä enemmän laitteita ketjuun lisätään, sitä suuremmaksi riski kasvaa.
Hauraasta ketjusta kohti joustavaa verkkoarkkitehtuuria
Miten EtherCATin täysi suorituskyky voidaan hyödyntää ilman, että joudutaan nojaamaan sen hauraimpaan topologiaan?
Ratkaisu on rakentaa kestävämpi verkko käyttämällä eri topologioita. EtherCAT tukee useita topologioita, kuten puu- ja tähtitopologiaa.
Puu- ja tähtitopologiat
Sen sijaan, että kaikki laitteet olisivat samassa linjassa, puutopologiassa käytetään EtherCAT-jakajia (junctioneja) haarautumispisteinä. Master kytkeytyy jakajaan, josta lähtee useita portteja.
Jokainen portti voi liittyä yksittäiseen orjalaitteeseen tai omaan pieneen ketjusegmenttiinsä. Tuloksena syntyy puumainen rakenne, jossa master on juurena, jakajat runkoina ja laitesegmentit oksina.
Tähtitopologia on tämän yksinkertaisempi versio – puu, jossa on vain yksi haarautumistaso.
Jos jokin laite tai kaapeli vikaantuu yhdessä haarassa, muut haarat jatkavat toimintaansa normaalisti. Tämä rakenne tarjoaa kolme selvää etua:
- Vikojen eristäminen: häiriö pysyy yhdessä segmentissä, eikä lamauta koko verkkoa.
- Helpompi vianetsintä: huoltohenkilöstö löytää nopeasti vikaantuneen kohdan, mikä lyhentää korjausaikaa (MTTR).
- Joustava laajennettavuus: uusia laitteita tai kokonaisia konemoduuleja voidaan lisätä ilman, että olemassa oleva verkko häiriintyy.
Teollisuuden käytännön haasteet
Katsotaan kahta todellista sovellusesimerkkiä: puolijohde- ja litiumioniakkujen valmistusta. Molemmissa käytetään EtherCATia reaaliaikaiseen liikkeenohjaukseen ja tarkkaan tuotantoon.
Näissä ympäristöissä järjestelmäkatkoja ei siedetä, ja jatkuva luotettava yhteys on elintärkeä.
Puolijohdelaitteiden valmistus
Puolijohdeteollisuudessa EtherCATista on tullut vallitseva standardi.
Esimerkiksi PECVD-laitteissa uusien laitteiden lisääminen voi olla haastavaa, sillä tilaa on vähän ja sähkömagneettinen häiriö on voimakasta.
Laitteiden on yhdistettävä useita antureita, paineantureita ja virtasäätöjä, joten koneenrakentajat tarvitsevat kompakteja, moniliitäntäisiä ja häiriönsietoisia EtherCAT-tuotteita, joissa on myös varaus tulevia laajennuksia varten.
Litiumioniakkujen valmistus
Akkutehtaissa on tavallista, että verkko koostuu sadoista EtherCAT-orjalaitteista, jotka on jaettu useisiin segmentteihin.
Järjestelmän on silti toimittava vakaasti myös sähkökatkosten tai muiden häiriöiden aikana.
Koska eri valmistajien EtherCAT-laitteita käytetään yhdessä, yhteensopivuus ja yhteistoiminta ovat keskeisiä.
Siksi on tärkeää valita testattuja ja sertifioituja EtherCAT-laitteita, joiden yhteensopivuus on varmistettu eri valmistajien kanssa – näin varmistetaan saumaton integrointi olemassa olevaan verkkoon.
Suunniteltu luotettavaksi
Joustavan ja kestävän topologian toteuttaminen edellyttää teolliseen käyttöön suunniteltua laitteistoa.
Moxan EJS-sarjan teolliset EtherCAT-jakajat on suunniteltu toimimaan korkean suorituskyvyn verkkojen keskuksina.
Nämä tukevat rakenteet tarjoavat kompaktin ja kestävän ratkaisun, joka mahdollistaa joustavat ja vikasietoiset EtherCAT-verkkoarkkitehtuurit – maksimoiden käyttöajan ja toimintavarmuuden nykyaikaisen automaation vaatimuksiin.
