EtherCATとCAN FDはどちらもサイクルロボットジョイントコマンドと状態を伝えることができますが、通信の組織方法は異なります。EtherCATは、フレームが通過する間、プロセスデータの読み書きを行う一連のデバイスを通じてイーサネットフレームを送信します。CAN FDは、柔軟なデータフェーズと従来のCANよりも大きなペイロードを持つ共有優先仲裁バスを使用しています。
名目上のリンク率がロボットの選び方を決めるわけではありません。軸数、巡回バイト、同期、メッセージ優先度、診断トラフィック、ケーブル長、トポロジー、電磁環境、エラー処理、安全な反応が締め切りの有無を決定します。設計は最悪ケースのトラフィックから算出され、最終ハードウェアで測定される必要があります。
このガイドをロボットの ジョイントコントロールガイド および モーター・ドライバーアーキテクチャと組み合わせてご利用ください。高速ネットワークは制御の安定性や機能安全性の証明ではなく、実現層です。
EtherCATは複数のデバイス間で1フレームを処理します
EtherCATテクノロジーグループの 技術概要 では、オンザフライ処理について説明します。つまり、サブデバイスはイーサネットフレームが通過する際に割り当てられたプロセスデータを抽出または挿入します。これにより、各ジョイントに個別のトランザクションを送る代わりに、多数の軸の巡回データをコンパクトなフレーム内で移動させることができます。
トポロジーはライン、ツリー、その他のサポートされた配置に従うことができますが、物理的なポートやデバイスの挙動が実際の経路を決定します。フレームリターン、ケーブル断線、冗長性オプションには明確な設計が必要です。イーサネットコネクタや100 Mbit/sの信号は、通常のスイッチングイーサネットの動作をEtherCATと同等にしません。
CAN FDは識別子仲裁を通じてバスを共有します
CiAの CAN FD導入 では、仲裁はCANルールの下で始まり、設定時にデータフェーズでより高いビットレートを使用できると説明しています。フレームは最大64バイトのデータを運ぶことができ、従来のCANと比べて一部のペイロードのオーバーヘッドを削減できます。
すべてのノードは共有バスを監視し、識別子は仲裁優先度を符号化します。優先度の高いトラフィックが存在する場合、低優先度フレームは待機可能です。したがって、タイミングは構成されたデータ位相率だけでなく、完全なメッセージセット、ビット詰め込み、再送信、エラー状態に依存します。
| 財産 | EtherCAT | CAN FD | ロボットに関する質問 |
|---|---|---|---|
| 中程度のアクセス | メインデバイスサイクリックフレーム | 優先仲裁 | 最悪の場合をコントロールするのは誰でしょうか? |
| データ整理 | 通過フレーム内のプロセス画像 | 個別に特定されたフレーム | メッセージは何件? |
| 同期 | 利用可能な分散クロック | 応用またはハードウェアの方法 | サンプルの整列度はどの程度ですか? |
| 位相 | ラインおよびフレキシブルのバリアント | 終端共有バス | どんな配線がボディに合うのか? |
| 故障証拠 | 動作するカウンターと診断 | エラーカウンターとバス状態 | 劣化はどのように扱われますか? |
分散クロックはEtherCATノード間でイベントを整合させます
EtherCAT分散クロックは、ローカルデバイスクロックを同期し、伝播遅延を補正します。入力は、フレームが到着する不確かな時点ではなく、ローカル同期された時間からサンプリングされ、出力をトリガーできます。これは、等距離の位置サンプルから結合速度を導き出す場合に重要です。
技術概要には、文書化されたメカニズムの下でサブマイクロ秒単位の同期が記載されていますが、統合型ロボットは依然としてコントローラー、ハードウェアインターフェース、デバイスを検証しなければなりません。同期されたデバイスクロック自体がアプリケーションの計算やアクチュエータ応答を制限するわけではありません。
CAN FDのタイミングは、スケーダブルメッセージセットから得られます
利便性ではなく、締め切りや重要性から識別子を割り当てましょう。各フレームの最悪の送信時間を計算し、該当する場合は低優先度のフレームを1つブロックし、高優先度メッセージからの干渉、再送の仮定を含みます。診断や故障復旧のために利用余裕を残してください。
高速トルクや状態のメッセージを、遅い温度、構成、ログから分離します。パック関連の信号は、更新と失敗の意味が一致する場合のみ送信します。1つの大きすぎるメッセージは、識別子や開始時間の選択が誤ると短い緊急メッセージを遅延させることがあります。
バス負荷は軸データと更新率から始まります
位置、速度、トルク、または電流を指示し、測定状態;タイムスタンプ;ステータス;故障フラグとシーケンスカウンター。ペイロードとプロトコルのオーバーヘッドを軸数と周波数で掛け合わせます。非巡回構成、ファームウェア、診断および同期トラフィックを追加してください。
CAN FDには物理層ビット時間を使用し、EtherCATには実際のEtherCATフレーム構成を用いましょう。起動時や故障時のバーストも含めて、定常状態だけでなく。99%の利用率で1つのスプレッドシートの値に設計するのではなく、将来の信号やデバイスの変動性に対する余裕を保つこと。
配線や電磁相容性によって選択が決まります
CAN FDは、選択したビットタイミングに対して指定されたバストポロジー、終端、スタブの規律が必要です。EtherCATデバイス間リンクには適切な産業用ケーブル、コネクタ、接地、ポート設計が必要です。ロボットジョイントは繰り返しの屈曲、コンパクトなルーティング、モーターの切り替えノイズを加えます。
組み立て済みロボットの差動信号、コモンモード応力、コネクタ保持、シールド接合を点検します。最小・最大ケーブル構成、移動ハーネス、ホットドライブ、再生イベントのテストを行います。ベンチではネットワークが通過しても、インバーター付近やケーブル摩耗後に故障することもあります。
| テスト | 刺激策 | 記録 | 失敗基準 |
|---|---|---|---|
| フルサイクルロード | すべての軸と診断 | 遅延とジッターテール | 締め切りの失敗 |
| EMC応力 | モータースイッチングと再生 | エラーと再試行 | 状態遷移 |
| ケーブルの動き | 曲げとねじりサイクル | リンク中断 | 間欠故障 |
| ノード故障 | リセットまたは切断 | 故障封じ込め | 安全でない古いコマンド |
| 時計テスト | 長いホットラン | オフセットとドリフト | サンプルのずれ |
ドライブプロファイルは物理ネットワークの上に位置しています
CiA 402はCANopenのドライブおよびモーションコントロールデバイスプロファイルを定義しています。 CiAの概要 は、CANopen over CANとETHERCAT上のCANアプリケーションプロトコルが異なる層である理由も説明するのに役立ちます。プロファイルを基礎バスと同一視しないでください。
ステートマシン、モード、ユニット、故障コードは各ドライブごとにバージョン指定されなければなりません。類似したオブジェクト名でも、遷移やスケーリングの動作が同じとは限りません。有効化、クイックストップ、故障リセット、コマンドタイムアウトを実際の機器マニュアルと照らして検証してください。
平均レイテンシは仲裁や故障の尾部を隠しています
サイクルタイム、送信から適用までの遅延、サンプルからコントローラまでのデータ年齢、同期オフセット、ジッターパーセンタイルおよび最大値を記録します。時計を整列させるか物理的なトリガーを使って、ソフトウェアのタイムスタンプを信頼しましょう。低い平均でまれにマルチサイクル遅延が起こると、タイトなジョイントループが不安定になることがあります。
競合するトラフィック、エラーフレーム、ノードリセット、ケーブルの乱れを注入します。温度と最大軸数でテストします。パケットやフレームのトレースをコントローラーログと共に保管し、機械的な振動と遅延したコマンドや古いセンサーサンプルを区別できるようにしましょう。
安全通信は検証済みの安全層を必要とします
EtherCATやCAN FDのトランスポート速度は自動的に安全機能を提供するわけではありません。安全プロトコル、認証機器、診断、タイミング仮定、セーフステート、システムレベルの検証は別々の要件です。標準誤差カウンターは必要なリスク削減の代わりにはなりません。
コマンドが古い場合、同期が失われた場合、バスがエラー状態に入った場合に各ジョイントが何をするかを定義してください。ドライブの近くに速い電気保護を行ってください。軸をまたぐ停止動作を調整し、ネットワークの故障が制御不能な重力や接触運動を生じさせないようにします。
ロボットアーキテクチャからネットワークを選択します
EtherCATは、多くの密に同期した軸と集中型のサイクリックプロセス画像に魅力的です。CAN FDは、コンパクトな分散ジョイント、優先度ベースのメッセージ、控えめなペイロードを、よりシンプルな共有配線で収容できます。ハイブリッドロボットはアクチュエータグループ内のネットワークを使い、高レベルの通信に別のネットワークを用いることがあります。
最も難しい構成をプロトタイプします:最大ノード数、最長ハーネス数、フルデータセット、最もホットなドライブ、注入された故障。コスト、コネクタの質量、ソフトウェア、診断、サービス、認証のニーズを比較してください。一つのプロトコルスローガンではなく、測定されたマージンと回収可能性を選びましょう。
- 完全な循環・非巡回信号辞書を作成します。
- 最悪のフレームやメッセージのタイミングを計算します。
- サンプル年齢とコマンド適用遅延を測定します。
- アクティブモータードライブのそばにある最終ケーブルにストレスをかけてください。
- ステールコマンド反応とネットワークフォールト反応をローカルで定義します。
よくある質問
EtherCATは常にCAN FDより速いのでしょうか？
普遍的な主張としてではありません。EtherCATは高スループットのサイクリック処理と分散クロックを提供しますが、実際の締め切りはトポロジー、デバイス、実装に依存します。
CAN FDはヒューマノイドの関節を制御できますか？
メッセージのタイミング、利用、同期、故障要件が合う場合、ジョイントネットワークをサポートできます。完全なメッセージセットを分析し、テストする必要があります。
EtherCATとCANopenは競合するレイヤーなのでしょうか？
EtherCATはネットワーク技術であり、CANopenはCAN上で一般的に使われるアプリケーションフレームワークであり、プロファイルはCoEを通じてEtherCAT経由でも伝送可能です。
高速なネットワークは自動的に制御を向上させるのでしょうか？
いいえ。センサーのタイミング、計算、アクチュエータの動態、ループ設計、ジッターはすべて高いレートをサポートしなければなりません。
リングや冗長パスはケーブルの故障を安全にしますか？
利用可能性は向上するかもしれませんが、安全性にはシステム全体の定義された検出、状態遷移、検証済みのリスク低減が必要です。
ロボットネットワーク境界注記
プロトコルの機能はコントローラー、デバイス、配線、構成によって異なります。現在の仕様を確認し、最悪のタイミング、同期、電磁的故障、最終ロボットの停止挙動を測定します。