جائزہ
ایتھرکیٹ ایک ایتھرنیٹ پر مبنی فیلڈ بس سسٹم ہے جس کا ایک کھلا فن تعمیر ہے۔ EtherCAT میں CAT کنٹرول آٹومیشن ٹیکنالوجی کا مخفف ہے۔ اصل میں جرمنی میں Beckhoff Automation GmbH نے تیار کیا ہے۔ ایتھرکیٹ ریئل ٹائم کارکردگی اور ٹاپولوجیکل لچک کے لیے ایک نیا معیار طے کرتا ہے، جبکہ فیلڈ بس کے استعمال کی لاگت کی تعمیل یا اس سے بھی کمی کرتا ہے۔ EtherCAT میں اعلیٰ درستگی والے آلہ کی مطابقت پذیری، اختیاری کیبل فالتو پن، اور فنکشنل سیکیورٹی پروٹوکول (SIL3) کی خصوصیات بھی ہیں۔
اصول
ریئل ٹائم فعالیت فراہم کرنے کے لیے ایتھرنیٹ کے کئی حل ہیں: مثال کے طور پر، اعلی پروٹوکول لیئر کے ذریعے CSMA/CD تک رسائی کے عمل کو غیر فعال کرنا اور اسے ٹائم سلائس یا پولنگ کے طریقہ کار سے تبدیل کرنا۔ دیگر اسکیمیں پرائیویٹ سوئچ استعمال کرتی ہیں اور عین وقت پر کنٹرول کے ساتھ ایتھرنیٹ پیکٹ تقسیم کرتی ہیں۔ اگرچہ یہ حل نسبتاً تیزی سے اور درست طریقے سے منسلک ایتھرنیٹ نوڈس کو پیکٹ فراہم کر سکتے ہیں، بینڈوڈتھ کا استعمال کم ہے، خاص طور پر عام آٹومیشن ڈیوائسز کے لیے، کیونکہ ڈیٹا کی بہت کم مقدار کے لیے بھی، ایک مکمل ایتھرنیٹ فریم بھیجنا ضروری ہے۔ مزید برآں، آؤٹ پٹ یا ڈرائیو کنٹرولر کو ری ڈائریکٹ کرنے اور ان پٹ ڈیٹا کو پڑھنے کے لیے درکار وقت کا انحصار زیادہ تر عملدرآمد کے موڈ پر ہوتا ہے۔ سب بس کا استعمال کرنا اکثر ضروری ہوتا ہے، خاص طور پر ماڈیولر I/O سسٹمز میں، جو بیک ہاف K-بس کی طرح، ہم وقت ساز بس سسٹم کے ذریعے ٹرانسمیشن کو تیز کرتا ہے، لیکن اس طرح کی ہم آہنگی مواصلاتی بس کی ترسیل میں تاخیر سے نہیں بچ سکے گی۔
EtherCAT کے ساتھ، Beckhoff دیگر ایتھرنیٹ حلوں کی ان سسٹم کی حدود پر قابو پانے کے قابل تھا: اب ہر کنکشن پوائنٹ پر ایتھرنیٹ پیکٹ وصول کرنے، انہیں ڈی کوڈ کرنے، اور پروسیس ڈیٹا میں کاپی کرنے کی ضرورت نہیں رہی تھی۔ جب فریم ہر ڈیوائس سے گزرتے ہیں، بشمول بنیادی ٹرمینل ڈیوائس، EtherCAT اسٹیشن کنٹرولر سے ڈیٹا پڑھتا ہے جو اس ڈیوائس کے لیے اہم ہے۔ اسی طرح، ان پٹ ڈیٹا کو ایک پیغام میں داخل کیا جا سکتا ہے جیسا کہ یہ گزرتا ہے. فریم گزر جانے کے بعد (صرف چند بٹس کی تاخیر)، غلام اسٹیشن متعلقہ کمانڈ کو پہچانتا ہے اور اس پر کارروائی کرتا ہے۔ اس عمل کو غلام کنٹرولر میں ہارڈ ویئر کے ذریعے لاگو کیا جاتا ہے اور اس لیے یہ پروٹوکول اسٹیک سافٹ ویئر کے ریئل ٹائم چلانے والے نظام یا پروسیسر کی کارکردگی سے آزاد ہے۔ نیٹ ورک کے حصے میں آخری EtherCAT غلام ایک مکمل پروسیس شدہ پیغام واپس کرتا ہے تاکہ پیغام کو پہلے غلام سے آقا کو جوابی پیغام کے طور پر واپس کیا جائے۔
ایتھرنیٹ کے نقطہ نظر سے، EtherCAT بس سیگمنٹ صرف ایک بڑا ایتھرنیٹ ڈیوائس ہے جو ایتھرنیٹ فریم وصول اور بھیجتا ہے۔ تاہم، اس "ڈیوائس" میں ڈاؤن اسٹریم مائکرو پروسیسر کے ساتھ ایک بھی ایتھرنیٹ کنٹرولر نہیں ہے، بلکہ صرف ایک بڑی تعداد میں EtherCAT غلام اسٹیشن ہیں۔ کسی بھی ایتھرنیٹ کی طرح، ایتھرکیٹ کو مواصلت قائم کرنے کے لیے کسی سوئچ کی ضرورت نہیں ہوتی، جس کے نتیجے میں ایک خالص ایتھرکیٹ سسٹم ہوتا ہے۔
کارکردگی
EtherCAT نیٹ ورک کی کارکردگی کی ایک نئی سطح تک پہنچ جاتا ہے۔ 1000 تقسیم شدہ I/O ڈیٹا کی ریفریش کی مدت صرف 30μs ہے، بشمول ٹرمینل سائیکل ٹائم۔ ایتھرنیٹ فریم کے ذریعے، 1486 بائٹس تک پراسیس ڈیٹا کا تبادلہ کیا جا سکتا ہے، جو تقریباً 12,000 ڈیجیٹل والیوم I/O کے برابر ہے۔ ڈیٹا کی یہ مقدار صرف 300μs میں منتقل کی جا سکتی ہے۔
100 سروو شافٹ کے ساتھ مواصلت صرف 100μs ہے۔ اس وقت کے دوران، سیٹنگ ویلیوز اور کنٹرول ڈیٹا تمام محوروں کو فراہم کیا جا سکتا ہے اور ان کی اصل پوزیشن اور حیثیت کی اطلاع دی جا سکتی ہے۔ تقسیم شدہ گھڑی کی ٹیکنالوجی اس بات کو یقینی بناتی ہے کہ ان محوروں کے درمیان ہم وقت سازی کا انحراف 1 مائیکرو سیکنڈ سے کم ہو۔
EtherCAT ٹیکنالوجی کی بہترین کارکردگی کے ساتھ، ہم کنٹرول کے طریقہ کار کو محسوس کر سکتے ہیں جو روایتی فیلڈ بس سسٹم کے ذریعے حاصل نہیں کیا جا سکتا۔ اس طرح بس کے ذریعے انتہائی تیز رفتار کنٹرول لوپس بھی بن سکتے ہیں۔ جن فنکشنز کو پہلے مقامی ہارڈ ویئر سپورٹ کی ضرورت ہوتی تھی اب سافٹ ویئر میں میپ کیا جا سکتا ہے۔ بینڈوڈتھ کے بڑے وسائل ریاستی ڈیٹا کو کسی بھی ڈیٹا کے متوازی طور پر منتقل کرنے کے قابل بناتے ہیں۔ EtherCAT ٹیکنالوجی مواصلاتی ٹیکنالوجی کو جدید، اعلیٰ کارکردگی والے صنعتی PCS سے مماثل بنانے کے قابل بناتی ہے۔ بس سسٹم اب خیالات کو کنٹرول کرنے میں رکاوٹ نہیں ہے۔ تقسیم شدہ I/O میں ڈیٹا کی ترسیل کارکردگی سے زیادہ ہے جو صرف مقامی I/O انٹرفیس کے ذریعے حاصل کی جا سکتی ہے۔
یہ نیٹ ورک کی کارکردگی کا فائدہ نسبتاً اعتدال پسند کمپیوٹنگ طاقت والے چھوٹے کنٹرولرز میں واضح ہے۔ EtherCAT کا تیز رفتار لوپ، جو دو کنٹرول لوپس کے درمیان کیا جا سکتا ہے۔ لہذا، کنٹرولر کے پاس ہمیشہ تازہ ترین ان پٹ ڈیٹا دستیاب ہوتا ہے اور آؤٹ پٹ ایڈریسنگ میں تاخیر کم سے کم ہوتی ہے۔ کنٹرولر کے ردعمل کے رویے کو اس کی اپنی کمپیوٹنگ طاقت میں اضافہ کیے بغیر نمایاں طور پر بہتر بنایا جا سکتا ہے۔
EtherCAT کے اصول توسیع پذیر ہیں اور 100 میگا بٹس بینڈوتھ تک محدود نہیں ہیں - گیگابٹ ایتھرنیٹ تک اسکیل کرنا ممکن ہے۔
EtherCAT PCI کی جگہ لے لیتا ہے:
پی سی کے اجزاء کی مائنیچرائزیشن کی ترقی کے تیز ہونے کے ساتھ، صنعتی پی سی کا حجم بنیادی طور پر مطلوبہ سلاٹس کی تعداد پر منحصر ہوتا ہے۔
تیز رفتار ایتھرنیٹ بینڈوڈتھ اور ایتھرکیٹ کمیونیکیشنز ہارڈویئر (ایتھرکیٹ غلام کنٹرولر) ڈیٹا بینڈوڈتھ کے استعمال نے ایپلیکیشن کا ایک نیا امکان کھول دیا: عام طور پر IPC میں واقع انٹرفیسز کو EtherCAT سسٹمز میں ذہین انٹرفیس ٹرمینلز میں منتقل کیا گیا تھا۔ تقسیم شدہ I/O، محور، اور کنٹرول یونٹس کے علاوہ، پیچیدہ نظام جیسے فیلڈ بس ماسٹر اسٹیشن، تیز رفتار سیریل انٹرفیس، گیٹ ویز، اور دیگر کمیونیکیشن انٹرفیس کو PC پر ایتھرنیٹ پورٹ کے ذریعے ایڈریس کیا جا سکتا ہے۔ یہاں تک کہ دیگر ایتھرنیٹ ڈیوائسز جن میں پروٹوکول ویرینٹ پابندی نہیں ہے DVS ٹرمینلز کے ذریعے منسلک ہو سکتے ہیں۔ صنعتی PC مین فریم کا سائز چھوٹا ہوتا جا رہا ہے، لاگت کم ہوتی جا رہی ہے، تمام مواصلاتی کاموں سے نمٹنے کے لیے ایک ایتھرنیٹ انٹرفیس کافی ہے۔
تقسیم شدہ فیلڈ بس ماسٹر ٹرمینل کے ذریعے انضمام کے لیے PCI فیلڈ بس ڈیوائسز (PROFIBUS, CANopen, DeviceNet, AS-i، وغیرہ) کے بجائے ایتھرنیٹ کا استعمال کریں۔ فیلڈ بس ماسٹر کا استعمال نہ کرنا پی سی میں پی سی آئی سلاٹس کو بچاتا ہے۔
بس ٹوپولوجی
بس، درخت، یا ستارہ: EtherCAT تقریباً تمام ٹوپولاجیز کو سپورٹ کرتا ہے۔ اس طرح، فیلڈ بسوں سے حاصل کردہ بس کا ڈھانچہ ایتھرنیٹ کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔ بس اور برانچ ڈھانچے کا امتزاج نظام کی وائرنگ کے لیے خاص طور پر مددگار ہے۔ تمام انٹرفیس کپلر پر واقع ہیں، اضافی سوئچ کی ضرورت کو ختم کرتے ہوئے. یقینا، آپ روایتی سوئچ پر مبنی اسٹار ایتھرنیٹ ٹوپولاجی بھی استعمال کر سکتے ہیں۔
مختلف ٹرانسمیشن کیبلز کا استعمال وائرنگ کی لچک کو زیادہ سے زیادہ کر سکتا ہے۔ لچکدار اور سستی معیاری ایتھرنیٹ پلگ ان کیبلز ایتھرنیٹ موڈ (100baseTX) کے ذریعے یا E بس کے ذریعے سگنل منتقل کر سکتی ہیں۔ آپٹیکل فائبر (Pfos) کو خصوصی ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایتھرنیٹ بینڈوتھ (جیسے مختلف آپٹیکل اور کاپر کیبلز) کو سوئچز یا میڈیا کنورٹرز کے ساتھ مل کر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ فاسٹ ایتھرنیٹ کی جسمانی خصوصیات آلات کو 100 میٹر کے فاصلے پر رہنے کی اجازت دیتی ہیں، جب کہ ای بس صرف 10 میٹر کے فاصلے پر ہوسکتی ہے۔ فاسٹ ایتھرنیٹ یا ای بس کا انتخاب فاصلے کی ضروریات کے مطابق کیا جا سکتا ہے۔ EtherCAT سسٹم 65535 ڈیوائسز کو ایڈجسٹ کر سکتا ہے، اس لیے مجموعی نیٹ ورک کا سائز تقریباً لامحدود ہے۔
آپ آزادانہ طور پر ٹوپولوجی کا انتخاب کر سکتے ہیں۔ وائرنگ میں سب سے زیادہ لچک ہوتی ہے: چاہے سوئچ کا استعمال کیا جائے، بس ٹوپولاجی ڈھانچہ کا استعمال ہو، یا درختوں کی ٹوپولوجی کا ڈھانچہ، انتخاب کا کوئی بھی مجموعہ ہو سکتا ہے۔ خودکار ایڈریس مختص؛ آپ کو آئی پی ایڈریس سیٹ کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔
کشادگی
EtherCAT نہ صرف ایتھرنیٹ کے ساتھ مکمل طور پر مطابقت رکھتا ہے، بلکہ اس میں ایک انوکھی اوپن ڈیزائن خصوصیت بھی ہے: یہ دوسرے ایتھرنیٹ پروٹوکولز کے ساتھ ایک ساتھ رہ سکتا ہے جو مختلف قسم کی خدمات فراہم کرتے ہیں، اور یہ سب ایک ہی جسمانی میڈیم پر ایک ساتھ رہتے ہیں - عام طور پر صرف ایک چھوٹا سا اثر ہوتا ہے۔ نیٹ ورک کی مجموعی کارکردگی۔ معیاری ایتھرنیٹ ڈیوائسز کو سوئچ ٹرمینل کے ذریعے EtherCAT سسٹم سے منسلک کیا جا سکتا ہے، جو سائیکل کے اوقات کو متاثر نہیں کرتا ہے۔ روایتی فیلڈ بس انٹرفیس سے لیس آلات کو EtherCAT فیلڈ بس ماسٹر ٹرمینل سے کنکشن کے ذریعے نیٹ ورک میں ضم کیا جا سکتا ہے۔ UDP پروٹوکول مختلف آلات کو کسی بھی سلاٹ انٹرفیس میں ضم کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ EtherCAT ایک مکمل طور پر کھلا پروٹوکول ہے جسے سرکاری IEC تفصیلات (IEC/PAS62407) کے طور پر تسلیم کیا گیا ہے۔