서보 드라이브용 EtherCAT: 실용 가이드
EtherCAT이란 무엇인가요?
EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)은 Beckhoff에서 개발한 실시간 지원 이더넷 필드버스 프로토콜로, 2005년부터 IEC 표준(IEC 61158)으로 정립되었습니다. 핵심 개념: 이더넷 프레임은 일반적인 방식처럼 각 노드에서 버퍼링 및 전달되지 않고 "실시간"으로 처리됩니다. 즉, 프레임이 라인 속도로 통과하는 동안 각 슬레이브가 데이터를 읽고 쓰게 됩니다.
왜 이것이 중요한가요?
서보 드라이브에 있어 결정론적 통신은 선택 사항이 아닌 필수 조건이다. 제어 루프는 정확히 정의된 시간 간격으로 설정값과 실제값을 교환해야 한다 — 마이크로초 단위의 지터는 제어 성능을 파괴할 수 있다.
EtherCAT은 정확히 이를 제공합니다:
- 사이클 시간 62.5µs부터 — 4kHz 이상의 고동적 제어 루프에 충분히 빠른 속도
- 나노초 단위의 지터 — 실제 기계 응용 분야에서 측정된 값 30–70 ns
- 다중 축 동기화 — 분산 클럭이 모든 축을 100 나노초 미만의 정확도로 동기화합니다.
- 고대역폭 — 100 Mbit/s, 네이티브 CANopen과 같은 8바이트 제한 없음; 위치, 속도, 토크 및 추가 데이터를 매 사이클마다 전송
- 유연한 토폴로지 — 라인, 링, 스타 또는 혼합 형태; 표준 Cat5e 케이블로 노드 간 최대 100m
어떻게 작동하나요?
실시간 처리: 단일 이더넷 프레임이 네트워크 내 모든 슬레이브를 통과합니다. 각 EtherCAT 슬레이브 컨트롤러(ESC)는 입력 데이터를 읽고 출력 데이터를 프레임에 기록합니다 — 하드웨어에서, 프레임을 버퍼링하지 않고 수행됩니다. 노드당 지연 시간은 약 1µs입니다. 마지막 슬레이브 이후 프레임은 마스터로 돌아갑니다. 단일 프레임 순환으로 전체 네트워크의 모든 I/O 데이터가 업데이트됩니다.
분산 시계(DC): 슬레이브 중 하나가 기준 시계로 정의됩니다(일반적으로 첫 번째 DC 지원 슬레이브). 나머지 모든 슬레이브는 이 기준에 따라 로컬 시계를 동기화하며, 이 과정에서 전송 지연이 자동으로 보정됩니다. 결과적으로 SYNC0 신호가 모든 슬레이브에서 동시에 트리거됩니다 — 모든 드라이브가 센서를 스캔하고 출력을 동시에 전환합니다.
PDO 및 SDO — 주기적 및 비주기적 데이터:
- PDO(Process Data Objects) — 각 통신 주기에서 주기적으로 전송되는 실시간 데이터: 목표 위치, 실제 위치, 목표 속도, 상태 단어 등. PDO 할당은 매핑 객체(RxPDO용 0x1600–0x17FF, TxPDO용 0x1A00–0x1BFF)를 통해 구성됩니다.
- SDO(서비스 데이터 객체) — 메일박스 메커니즘을 통한 비순환적 매개변수 접근: 구성, 진단, 펌웨어 업데이트. SDO 프로토콜은 CANopen과 동일합니다.
CANopen over EtherCAT (CoE): CoE는 EtherCAT 상에서 전체 CANopen 프로파일 패밀리를 구현합니다 — CiA 301(통신 프로파일) 및 CiA 402(스테이트 머신 및 작동 모드를 포함한 드라이브 프로파일)를 포함합니다. 기존 CANopen 객체 및 프로파일은 완전히 유지되며, 네이티브 CANopen의 8바이트 페이로드 제한이 제거됩니다.
SOMANET은 이를 어떻게 구현합니까?
모든 SOMANET 서보 드라이브(Node 및 Circulo)는 EtherCAT과 CoE를 주요 통신 인터페이스로 사용합니다. 내부 샘플링 시간은 250 µs (4 kHz)이며, 고속 구성에서는 62.5 µs입니다. SYNC0를 사용하는 분산 클럭은 멀티 슬레이브 시스템을 100 ns 미만으로 동기화합니다.
PDO 맵당 최대 20개 객체 및 방향당 4개의 PDO 맵을 통해 유연한 데이터 할당이 가능하며, 방향당 총 80개의 객체가 주기적으로 전송됩니다. Beckhoff TwinCAT과 같은 EtherCAT 마스터에 통합하기 위한 ESI(EtherCAT 슬레이브 정보) 파일은 bundles.synapticon.com에서 제공됩니다.
추가 링크:
