ایتھرکیٹ کیا ہے: آرکیٹیکچر، ورکنگ اور اس کی ایپلی کیشنز

EtherCAT سب سے پہلے ایک میجر نے تیار کیا تھا۔ PLCs کارخانہ دار یعنی بیک ہاف آٹومیشن جو ریئل ٹائم کنٹرول سسٹم میں استعمال ہوتا ہے اور صنعتی آٹومیشن . بیک ہاف آٹومیشن نے دوسرے انٹرفیس کے لیے بینڈوتھ کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے 1980 کی دہائی میں لائٹ بس کی طرح اپنا فیلڈ بس ورژن تیار کیا۔ اس پروٹوکول پر اضافی کام کے نتیجے میں آخرکار EtherCAT ایجاد ہوئی۔ بیک ہاف نے 2003 میں دنیا بھر میں EtherCAT پروٹوکول کا آغاز کیا۔ اس کے بعد، انہوں نے 2004 میں EtherCAT ٹیکنالوجی گروپ (ETG) کے حقوق میں حصہ ڈالا۔ ETG کے پاس ایک انتہائی فعال ڈویلپر کے ساتھ ساتھ صارف گروپ بھی ہے۔ یہ مضمون ایک جائزہ پر بحث کرتا ہے۔ ایتھرکیٹ کی بنیادی باتیں - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔

Ethercat کیا ہے؟

ایتھرکیٹ یا ایتھرنیٹ کنٹرول آٹومیشن ٹیکنالوجی ایک صنعتی نیٹ ورک سسٹم ہے جو کہ ایتھرنیٹ سسٹم پر منحصر ہے جو بہت تیز اور زیادہ ماہر مواصلات حاصل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ لہذا، EtherCAT ایک بہت تیز نیٹ ورک ہے جو وقف شدہ ہارڈویئر اور سافٹ ویئر کے ساتھ ڈیٹا پر کارروائی کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ یہ نیٹ ورک ایک ماسٹر غلام، کسی کے ساتھ مکمل ڈوپلیکس کنفیگریشن کا استعمال کرتا ہے۔ نیٹ ورک ٹوپولوجی .

1000 I/O پوائنٹس پر کارروائی کرنے میں لگنے والا وقت 30 سیکنڈ ہے اور 100 Us کے اندر 100 سروو ایکسز کے ساتھ بات چیت کرتا ہے۔ سروو ایکسز ڈیٹا کو کنٹرول کرنے اور اصل حالت کی اطلاع دینے کے لیے سیٹ ویلیوز حاصل کریں گے۔ ان محوروں کو تقسیم شدہ گھڑی کے طریقہ کار کے ذریعے ہم آہنگ کیا جاتا ہے جو کہ ایک سادہ IEEE 1588 ورژن ہے اور جوڑ کو کم کر کے 1 us سے کم کر دیتا ہے۔ EtherCAT تیزی سے آؤٹ پٹ فراہم کرتا ہے کیونکہ پیغامات کو اگلے غلام پر منتقل کرنے سے پہلے ہارڈ ویئر کے اندر پروسیس کیا جاتا ہے۔

EtherCAT فن تعمیر

EtherCAT نیٹ ورک آرکیٹیکچر ذیل میں دکھایا گیا ہے جو میڈیم تک رسائی کو کنٹرول کرنے کے لیے ماسٹر/غلام اصول استعمال کرتا ہے۔ اس فن تعمیر میں، EtherCAT ماسٹر عام طور پر کنٹرول سسٹم ہے جو ایک عام ایتھرنیٹ پورٹ کے ساتھ ساتھ ENI (EtherCAT نیٹ ورک انفارمیشن) فائل کے اندر ذخیرہ شدہ نیٹ ورک کنفیگریشن کی معلومات کو استعمال کرتا ہے۔

EtherCAT نیٹ ورک انفارمیشن فائل آسانی سے ESI (EtherCAT SlaveInformation) فائلوں کی بنیاد پر بنائی گئی ہے جو ہر ڈیوائس کے لیے تاجروں کی طرف سے دی جاتی ہیں۔ یہاں، ماسٹر نوڈ فریموں کو غلام نوڈس میں منتقل کرتا ہے جو ان فریموں سے ڈیٹا داخل اور ہٹا سکتا ہے۔ غلام آلات EPOS3 موٹر ڈرائیوز جیسے نوڈز ہیں جن میں EtherCAT ماسٹر کے ذریعے بات چیت کرنے کے لیے ایتھرنیٹ پورٹس ہوتے ہیں۔ یہاں، EtherCAT ماسٹر ایک کمپیوٹر ڈیوائس ہے جو ماسٹر کے ساتھ ساتھ مختلف غلاموں کے درمیان ڈیٹا مواصلات کو برقرار رکھنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔

EtherCAT کیسے کام کرتا ہے؟

EtherCAT کا استعمال صنعتی ایتھرنیٹ کی مخصوص خرابیوں کو اس کے اعلیٰ کارکردگی والے آپریشن موڈ کے ذریعے دور کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جہاں عام طور پر ایک ہی فریم تمام نوڈس سے کنٹرول ڈیٹا منتقل اور وصول کرنے کے لیے کافی ہوتا ہے۔ EtherCAT پروٹوکول ایتھرنیٹ کی فزیکل پرت پر بنایا گیا ہے تاہم، EtherCAT ٹرانسپورٹ اور میسج روٹنگ کے لیے پروسیسنگ آن دی فلائی اپروچ استعمال کرتا ہے جسے TCP/IP استعمال کرنے کی بجائے کمیونیکٹنگ آن دی فلائی بھی کہا جاتا ہے۔

EtherCAT ماسٹر اور غلام کی ترتیب ذیل میں دکھائی گئی ہے۔ اس ترتیب میں، Ethercat کا ماسٹر ہر بندے میں ڈیٹا پیکٹ (ٹیلیگرام) منتقل کرتا ہے جسے نوڈ بھی کہا جاتا ہے۔
EtherCAT کی اہم خصوصیت یہ ہے کہ مذکورہ کنفیگریشن کے اندر موجود غلام پڑھ سکتے ہیں بصورت دیگر ٹیلیگرام سے مطلوبہ متعلقہ ڈیٹا نکال سکتے ہیں اور ٹیلیگرام کے دوسرے نوڈ یا غلام میں جانے سے پہلے اس میں معلومات شامل کر سکتے ہیں۔ لہٰذا، ٹیلیگرام جڑے ہوئے تمام غلاموں میں حرکت کرتا ہے اور اس کے بعد آقا کے پاس واپس آجاتا ہے۔

EtherCAT پروٹوکول ماسٹر ڈیوائس سے نیٹ ورک کے اندر جڑے تمام غلاموں کو ٹیلیگرام بھیجتا ہے۔ نیٹ ورک کے اندر موجود ہر غلام اس غلام پر لاگو ڈیٹا کو آسانی سے پڑھ سکتا ہے اور دوسرے نوڈ پر جانے سے پہلے ٹیلیگرام میں ڈیٹا شامل کرسکتا ہے۔

EtherCAT کے ہر بندے پر ایک خصوصی ASIC کے ذریعے ڈیٹا پڑھنا اور لکھنا آسان ہے۔ اس نقطہ نظر میں، ہر بندہ طریقہ کار میں کم از کم تاخیر متعارف کرائے گا اور تصادم ممکن نہیں ہیں۔

EtherCAT پروٹوکول صرف حقیقی وقت اور تعییناتی، مواصلات فراہم کرتا ہے جو متعدد محوروں کے درمیان ہم آہنگی حاصل کرنے کے لیے اضافی ہارڈ ویئر کی ضرورت کے بغیر مطابقت پذیر اور کثیر محور موشن کنٹرول کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے۔

غلطی کی رواداری

EtherCAT کے ماسٹر اور غلام کی ترتیب میں، اگر آخری نوڈ کا آؤٹ پٹ ماسٹر سے منسلک نہیں ہے، تو ڈیٹا خود بخود EtherCAT پروٹوکول کے ذریعے دوسری سمت میں واپس آ جاتا ہے۔ لہذا، ٹائم سٹیمپنگ کو برقرار رکھا جاتا ہے.

مندرجہ بالا کنفیگریشن میں ہر نوڈ ڈیٹا حاصل کرنے کے بعد اسے ٹائم اسٹیمپ کرتا ہے، اور اس کے بعد، جب یہ اسے دوسرے نوڈ پر منتقل کرتا ہے تو یہ دوبارہ اسٹیمپ کرتا ہے۔ اس کے نتیجے میں جب بھی ماسٹر مختلف نوڈس سے ڈیٹا بیک کرتا ہے، تو یہ ہر نوڈ کی تاخیر کا آسانی سے تعین کرتا ہے۔ ماسٹر سے ڈیٹا کی منتقلی ہر نوڈ سے ایک I/O ٹائم سٹیمپ حاصل کرتی ہے تاکہ EtherCAT کو کہیں زیادہ متعین اور درست بنایا جا سکے۔

فالٹ ٹولرنس کا مطلب ہے، EtherCAT کے نیٹ ورکس کو رنگ نیٹ ورک میں منسلک ہونے کی ضرورت نہیں ہے جیسا کہ اوپر دی گئی خاکہ میں دکھایا گیا ہے، تاہم اسے مختلف طریقوں سے جوڑا جا سکتا ہے، جیسے کہ ٹری ٹوپولوجی، لائن ٹوپولوجی، رنگ ٹوپولوجی، اسٹار ٹوپولوجی اور اس کے ساتھ۔ مجموعے

بلاشبہ، غلام اور آقا کے درمیان، ایک کنکشن لین ہونا ضروری ہے. ایک بار جب آپ ان کو ان پلگ کر دیتے ہیں تو وہ کام نہیں کر سکتے، حالانکہ نیٹ ورک ٹوپولوجی انتہائی لچکدار ہے اور غلطیوں کو بہترین سطح پر برداشت کرتی ہے۔

EtherCAT سسٹمز میں، سوئچز ضروری نہیں ہیں جیسا کہ ہمیں ایتھرنیٹ میں ملا ہے۔ نوڈس کے درمیان 100 میٹر تک کیبل کی لمبائی قابل حصول ہے۔ بٹی ہوئی جوڑی تانبے کی کیبلز پر کم وولٹیج کی تفریق سگنلنگ بہت کم بجلی کی کھپت کے ساتھ زیادہ سے زیادہ رفتار پر کام کرتی ہے۔ لہذا، رفتار کو بڑھانے اور آلات کے درمیان گیلوانک آئسولیشن کو شامل کرنے کے لیے فائبر آپٹک کیبلز (FOCs) کا استعمال بھی ممکن ہے۔

EtherCAT ایتھرنیٹ کیبل کا استعمال کرتا ہے جو دو نوڈس کے درمیان 100m رینج تک ہوسکتی ہے۔ اس کے علاوہ، پروٹوکول ایک کیبل کے ذریعے ڈیٹا ٹرانسمیشن اور پاور کو قابل بناتا ہے۔ اس قسم کا کنکشن مختلف آلات جیسے سینسر کو ایک لائن سے جوڑنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ اگر نوڈ کا فاصلہ 100m سے زیادہ ہے تو فائبر آپٹکس کیبل 100BASE-FX کی طرح استعمال ہوتی ہے۔ EtherCAT کے لیے، مکمل ایتھرنیٹ وائرنگ رینج بھی دستیاب ہے۔

ایتھرکیٹ فریم

EtherCAT پروٹوکول ایک عام ایتھرنیٹ فریم کا استعمال کرتا ہے جس میں کم از کم ایک یا اس سے اوپر ڈیٹا گرام شامل ہوتے ہیں۔ اس فریم میں، ڈیٹاگرام ہیڈر یہ بتائے گا کہ ماسٹر ڈیوائس کس قسم کا داخلہ کرنا چاہے گا:

• پڑھو، لکھو، پڑھو لکھو۔
• براہ راست ایڈریسنگ کے ذریعے کسی مخصوص غلام ڈیوائس میں داخلے کا حق یا منطقی ایڈریسنگ کے ذریعے مختلف غلام آلات میں داخلے کا حق۔

منطقی ایڈریسنگ سائکلک ڈیٹا ایکسچینج کے عمل کے لیے استعمال کی جاتی ہے جہاں ہر ڈیٹاگرام EtherCAT پروٹوکول کے سیگمنٹ کے اندر عمل کی تصویر کے عین مطابق حصہ کو ایڈریس کرتا ہے۔

ہر غلام ڈیوائس کو اس عالمی ایڈریس اسپیس میں ایک یا زیادہ پتوں کے ساتھ پورے نیٹ ورک میں مختص کیا جاتا ہے۔ ایک ہی ڈیٹاگرام پر غور کیا جا سکتا ہے اگر اسی طرح کے علاقے میں کئی غلام آلات کو ایڈریس مختص کیے جائیں۔

EtherCAT میں، ڈیٹا گرام میں ڈیٹا تک رسائی سے متعلق معلومات شامل ہوتی ہیں، اس طرح ماسٹر ڈیوائس اس بارے میں فیصلہ کرتی ہے کہ کب ڈیٹا تک رسائی حاصل کرنی ہے۔

پروٹوکول سیفٹی

فی الحال، ڈیٹا کی منتقلی کے ساتھ ساتھ مواصلات کے لیے آٹومیشن فیلڈ میں بھی حفاظت ایک اہم خصوصیت ہے۔ لہذا، EtherCAT ڈیٹا کی حفاظت اور کنٹرول دونوں کے لیے واحد مواصلاتی نظام کی اجازت دے کر حفاظتی مقاصد کے لیے پروٹوکول سیفٹی کا استعمال کرتا ہے۔ یہ حفاظتی خصوصیت بھی ڈیٹا کو لچکدار طریقے سے تبدیل کرتی ہے اور سیکیورٹی سسٹم کے فن تعمیر وغیرہ کو وسعت دیتی ہے۔

EtherCAT پروٹوکول کی حفاظتی ٹیکنالوجی TÜV سے تصدیق شدہ ہے اور اسے IEC 61508 کی بنیاد پر تیار کیا گیا ہے اور IEC 61784-3 سے مماثل ہے۔ یہ پروٹوکول حفاظتی ایپلی کیشنز میں SIL 3 کے برابر سیفٹی انٹیگریٹی لیول کے ذریعے لاگو ہوتا ہے۔

ایتھرکیٹ بمقابلہ ایتھرنیٹ

EtherCAT اور Ethernet کے درمیان فرق ذیل میں زیر بحث آئے ہیں۔

Ethercat بمقابلہ Profinet

EtherCAT اور Profinet کے درمیان فرق ذیل میں زیر بحث آئے ہیں۔

ایتھرکیٹ بمقابلہ کین اوپن

EtherCAT اور CANopen کے درمیان فرق ذیل میں زیر بحث آئے ہیں۔

ایتھرکیٹ بمقابلہ موڈبس

EtherCAT اور کے درمیان فرق موڈبس ذیل میں بحث کی جاتی ہے.

فائدے اور نقصانات

ایتھرکیٹ پروٹوکول کے فوائد میں درج ذیل شامل ہیں۔

• EtherCAT موشن کنٹرول ایپلی کیشنز میں استعمال ہونے والی ایک شاندار فیلڈ بس ہے۔
• مشین کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے اس کی لچکدار ٹوپولوجی، ڈیٹرمنسٹک کارکردگی اور خصوصیات کے مختلف سیٹ کے ذریعے تصدیق کی جاتی ہے۔
• یہ آسانی سے پورے CANopen فیملی اور Sercos کے ڈرائیو پروفائل کو سپورٹ کرتا ہے۔ لہذا یہ صارفین کو پہلے سے طے شدہ بنیادی پروفائلز کو تبدیل کر کے EtherCAT نیٹ ورکس کو آسانی سے درست ایپلی کیشن کے لیے ترتیب دینے میں مدد کرتا ہے۔
• رنگ ٹوپولوجی کا استعمال کرتے ہوئے اس کی فالتو پن بھی ممکن ہے۔ EtherCAT ستارہ، درخت، لائن، اور بس ٹوپولوجی .
• یہ پروٹوکول ایتھرنیٹ کے مقابلے میں تیز رفتار، کم ڈیٹا ٹریفک، کم ہارڈویئر لاگت، اور گھڑی کی زیادہ درستگی اور مطابقت پذیری کا طریقہ کار فراہم کرتا ہے۔
• اس نیٹ ورک کی رفتار کو بھی منظم کیا جا سکتا ہے کیونکہ کمپیوٹرز کو سائیکلوں کی بہتر مقدار کو سنبھالنے میں پریشانی ہو سکتی ہے، اس طرح EtherCAT کے اندر اصلاح ممکن ہے۔
• یہ تقریباً تمام ٹوپولاجیز کو سپورٹ کرتا ہے تاکہ اسے عام ایتھرنیٹ اسٹار ٹوپولوجی پر مبنی سوئچ کے ساتھ ایپلی کیشنز کی ایک وسیع رینج میں استعمال کیا جا سکے۔
• ایتھرنیٹ پروٹوکول بہت محفوظ ہیں، آسان ماسٹرز کا استعمال کریں، ڈیٹا کی جگہ زیادہ ہے، اور پروسیسنگ جاری ہے۔

ایتھرکیٹ پروٹوکول کے نقصانات میں درج ذیل شامل ہیں۔

• EtherCAT کی بنیادی خرابی یہ ہے کہ غلام آلات کو EtherCAT کو چلانے کے لیے ایک مخصوص ASIC ہارڈویئر داخل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کا ڈیٹا ماڈل بہت مختلف ہے اور سمجھنا بھی بہت مشکل ہے۔

ایپلی کیشنز

دی EtherCAT کی درخواستیں مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• EtherCAT بہترین کارکردگی، سادگی، مضبوطی، استطاعت، مربوط سیکورٹی، اور لچکدار ٹوپولوجی جیسی بہت سی خصوصیات کی وجہ سے مختلف شعبوں میں لاگو ہوتا ہے۔ یہ مختلف شعبوں میں استعمال ہوتا ہے جیسے مشین ٹولز، روبوٹکس، پرنٹنگ پریس، پریس، پاور پلانٹس، سب اسٹیشنز، ٹیسٹ بینچ، ویلڈنگ مشینیں، فارم مشینری، کرینیں اور لفٹیں، ونڈ ٹربائنز، ملنگ مشینیں، پک اینڈ پلیس مشینیں، پیکیجنگ مشینیں، پیمائش سسٹمز، آئرن اینڈ اسٹیل ورکس، پیپر اینڈ پلپ مشینیں، اسٹیج کنٹرول سسٹم، ٹنل کنٹرول سسٹم وغیرہ۔
• یہ آلات، طبی آلات، مشین کنٹرول، موبائل مشینوں، متعدد ایمبیڈڈ سسٹمز اور آٹوموبائل کی پیمائش میں لاگو ہوتا ہے۔
• اس کی انتہائی اعلی کارکردگی ہے، انسٹال کرنا آسان ہے، اور ایتھرنیٹ ایپلی کیشنز میں استعمال ہونے والے ایپلیکیشن لیئر پر مبنی پروٹوکول کو کھولنا ہے۔
• یہ ایک حقیقی وقت اور کھلا مواصلاتی نظام ہے، اس لیے بڑے پیمانے پر آٹومیشن مینوفیکچرنگ میں استعمال ہوتا ہے۔

اس طرح، یہ ہے Ethercat کا ایک جائزہ - ایپلی کیشنز کے ساتھ کام کرنا۔ EtherCAT سسٹمز اور مشینوں کو آسان، تیز اور زیادہ سرمایہ کاری مؤثر بناتا ہے۔ یہ ایک بین الاقوامی IEC معیار ہے جو خاص طور پر استحکام کے لیے نہیں ہے، بلکہ کھلے پن کے لیے بھی ہے: اب تک، EtherCAT تصریحات کو کبھی تبدیل نہیں کیا گیا، بلکہ صرف مطابقت کے ساتھ بڑھایا گیا ہے۔ EtherCAT کو 'Ethernet Fieldbus' کے طور پر سمجھا جاتا ہے کیونکہ یہ معیاری Fieldbus سسٹم کی سادگی کے ساتھ ایتھرنیٹ کے فوائد کو ضم کرتا ہے اور IT ٹیکنالوجیز کی پیچیدگی سے بچتا ہے۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، ایتھرنیٹ کیا ہے؟