EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology)
Origines
EtherCAT a été développé par Beckhoff Automation et présenté pour la première fois en 2003 au salon de Hanovre. L'objectif : créer un bus de terrain industriel offrant des performances temps réel extrêmes tout en utilisant le câblage et les trames Ethernet standard.
En 2003, l'EtherCAT Technology Group (ETG) a été fondé pour promouvoir et standardiser la technologie. Avec plus de 7 000 membres dans 72 pays, c'est aujourd'hui le plus grand groupe d'utilisateurs de bus de terrain au monde. EtherCAT est normalisé sous IEC 61158 et IEC 61784.
Principe de fonctionnement : « Processing on the fly »
Le concept révolutionnaire d'EtherCAT est le traitement à la volée. Contrairement aux réseaux Ethernet classiques où chaque nœud reçoit, traite puis retransmet une trame, en EtherCAT :
- Le maître envoie une trame Ethernet unique qui traverse tous les esclaves en séquence.
- Chaque esclave lit les données qui lui sont destinées et insère ses propres données pendant le passage de la trame, sans la stocker ni la retransmettre.
- La trame revient au maître avec toutes les données collectées.
Le délai ajouté par chaque esclave est d'environ 1 microseconde. Un réseau de 1 000 entrées/sorties distribuées peut ainsi être rafraîchi en 30 microsecondes, et un système avec 100 servocommandes synchronisées en seulement 100 microsecondes.
Caractéristiques techniques
| Débit physique | 100 Mbit/s (Fast Ethernet) — la totalité de la bande passante est exploitée |
| Temps de cycle | < 100 µs pour des centaines d'E/S, < 30 µs pour 1 000 E/S numériques |
| Topologie | Ligne, arbre, étoile ou combinaison — détection automatique |
| Nombre de nœuds | Jusqu'à 65 535 esclaves par segment |
| Distance | 100 m entre deux nœuds (câble cuivre), plus avec fibre optique |
| Horloges distribuées | Synchronisation < 1 µs entre tous les nœuds (Distributed Clocks) |
| Compatibilité | Trames Ethernet standard IEEE 802.3 — passe par des switches Ethernet classiques |
Protocoles sur EtherCAT
EtherCAT supporte de nombreux profils applicatifs encapsulés dans ses trames :
- CoE (CANopen over EtherCAT) — le profil le plus utilisé, reprenant le modèle d'objets et le protocole SDO/PDO de CANopen, facilitant la migration depuis les réseaux CAN existants.
- SoE (SERCOS over EtherCAT) — profil optimisé pour le contrôle de mouvement (servocommandes).
- EoE (Ethernet over EtherCAT) — tunnel pour les protocoles TCP/IP standard à travers le réseau EtherCAT.
- FoE (File Access over EtherCAT) — transfert de fichiers pour la mise à jour de firmware des esclaves.
Domaines d'application
- Automatisation industrielle — pilotage de lignes de production, assemblage, emballage.
- Contrôle de mouvement — robotique, machines CNC, systèmes multi-axes synchronisés.
- Métrologie et test — acquisition de données haute vitesse, bancs d'essai.
- Semi-conducteurs — machines de lithographie, inspection de wafers.
- Énergie éolienne — contrôle de pitch des pales, supervision de turbines.
EtherCAT vs CAN
| Critère | CAN | EtherCAT |
|---|---|---|
| Débit | 1 Mbit/s | 100 Mbit/s (débit utile > 90 %) |
| Latence | ~1 ms | < 100 µs |
| Nœuds max | ~127 | 65 535 |
| Domaine | Automobile, embarqué | Automatisation industrielle |
| Passerelle | CoE permet une migration transparente CAN → EtherCAT | |
