EtherCAT là 1 mạng mở Ethernet Master/Slave thời gian thực được phát triển bởi Beckhoff. Ngày nay, nó là chuẩn mở được quản lý bởi EtherCAT technology group. EtherCAT thiết lập giới hạn cho hiệu suất thời gian thực vì nó xử lý 1000 I/O phân tán trong 30 µs hoặc 100 trục trong 100 µs sử dụng cáp sợi quang hoặc cáp xoắn. EtherCAT hỗ trợ dòng cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, cơ cấu cây hoặc thả dòng – không yêu cầu cấu trúc mở rộng. Ngoài ra, cấu trúc liên kết sao cổ điển đắt hơn có thể được sử dụng.
Nguyên lý hoạt động:
Phương pháp truyền thông EtherCAT thân thiện với nguyên lý của Interbus. Với EtherCAT, gói Ethernet không còn được nhận, sau đó biên dịch và xử lý dữ liệu đã chép từ mỗi thiết bị. Các thiết bị EtherCAT slave đọc dữ liệu được định vị địa chỉ. Thông thường, dữ liệu ngõ vào được chèn khi bức điện đi qua. Các frames chỉ trì hoãn trong vài nano giây. Do 1 EtherCAT frame chứa dữ liệu của nhiều thiết bị cả trong việc gửi và nhận trực tiếp, dải dữ liệu hữu ích tăng hơn 90%. Những tính năng nhị trùng của 100BaseTX được dùng đầy đủ, vì thế có thể đạt tốc độ dữ liệu > 100 Mbit/s (>90% of 2 x 100 Mbits/s).
Giao thức Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 vẫn còn nguyên vẹn các thiết bị đầu cuối riêng biệt không yêu cầu trạm phụ. Để đáp ứng yêu cầu của khối terminal điện tử, chỉ những lớp vật lý trong bộ ghép nối được chuyển đổi từ cáp xoắn hoặc cáp sợi quang sang LVDS. LVDS là lớp vật lý Ethernet nhanh và hiệu quả chi phí hơn. Cuối mỗi mô đun thiết bị, hệ thống được chuyển mạch 1 cách đơn giản trở về 100 BASE-TX.
Giao thức EtherCAT được tối ưu hóa cho việc xử lý dữ liệu và được truyền trực tiếp bên trong nền Ethernet nhờ 1 loại Ethertype đặc biệt. Nó có thể bao gồm nhiều điện tín nhỏ, mỗi cái phục vụ cho 1 vùng nhớ xử lý hình ảnh hợp lý có thể đạt tới 4 gigabytes. Chuỗi dữ liệu độc lâp với thứ tự vật lý của các thiết bị đầu cuối trong mạng Ethernet, địa chỉ có thể là bất kì. Sự truyền thông rộng và đa phương giữa các slaves là có thể thực hiện. Việc chuyển đổi khung Ethernet được dùng trong những trường hợp yêu cầu hiệu suất tối đa và các thiết bị EtherCAT được hoạt động trong cùng mạng con như bộ điều khiển.
Liên kết mạng với các giao thức Ethernet-TCP/IP khác:
Tuy nhiên, các ứng dụng EtherCAT không giới hạn cho 1 mạng con: EtherCAT UDP gói giao thức EtherCAT thành các bó dữ liệu UDP/IP. Điều này cho phép kiểm soát bất kì ngăn giao thức Ethernet nào để định địa chỉ cho hệ thống EtherCAT, thậm chí cả việc truyền thông qua các router trong các mạng con khác. Với sự thay đổi này, hiệu suất của hệ thống rõ ràng là phụ thuộc vào đặc tính kiểm soát thời gian thực và việc cài đặt giao thức Ethernet của nó. Thời gian đáp ứng của mạng Ethernet tự nó hầu như không bị hạn chế với tất cả:bó dữ liệu UDP chỉ cần phải giải nén trong trạm đầu tiên.
Cấu trúc liên kết:
Cấu trúc đường, cây và sao: EtherCAT hỗ trợ hầu hết các cấu trúc liên kết nào. Cấu trúc đường hoặc bus được biết ở Fieldbusses do đó cũng trở nên có giá trị cho Ethernet.
EtherCAT topology: Line, Tree or Star
Sự kết hợp giữa đường và nhánh hoặc các mạch: các giao diện yêu cầu tồn tại trên các bộ ghép nối; không yêu cầu thêm bộ chuyển mạch. Đương nhiên, cấu trúc liên kết sao Ethernet dựa trên việc chuyển đổi cổ điển cũng có thể được sử dụng. Cấu trúc vật lý Ethernet nhanh (100BASE-TX) cho phép độ dài cáp là 100m giữa 2 thiết bị. Khi đạt đến 65535 thiết bị được kết nối, kích cỡ của mạng cũng không bị giới hạn.
Để đạt hiệu suất thời gian thực,EtherCAT master gói gọn 1 số lệnh Ethernet trong 1 bức điện tín Ethernet chuẩn. EtherCAT có thể tương thích với các mạng dựa trên TCP/IP thông thường thông qua các bộ chuyển mạch. Bất kì giao thức nào dựa trên nền Ethernet có thể cùng tồn tại được cung cấp 1 phần EtherCAT thì được đặt ở 1 cổng chuyển đổi, và bất kì truyền thông nào dựa trên nền Ethernet như TCP/IP thông thường được đặt ở 1 cổng khác vì thế không can thiệp vào hoạt động của EtherCAT.