Redondance du maître EtherCAT
Logo KPA EtherCAT Master
La fiabilité et le fonctionnement à sécurité intégrée sont des exigences essentielles pour tout système d'automatisation industrielle. Lorsqu'un temps d'arrêt inattendu se produit, le propriétaire de la production subit souvent des pertes considérables, il veut donc être sûr que son système de production est correctement protégé contre diverses pannes matérielles et logicielles.
La technologie EtherCAT est l'une des interfaces les plus avancées et les plus performantes pour la communication au niveau de l'atelier de l'usine. Outre une grande flexibilité et un débit élevé, il offre certaines fonctionnalités de base de tolérance aux pannes pour résister à d'éventuelles pannes matérielles. La plus puissante de ces fonctionnalités est la redondance des câbles qui utilise la topologie en anneau physique pour préserver le fonctionnement stable du bus lorsque l'anneau est réellement rompu.
koenig-pa GmbH est l'un des experts d'EtherCAT et membre actif du groupe technologique EtherCAT. Nos ingénieurs sont allés plus loin et ont inventé la façon de protéger le réseau industriel contre le problème le plus grave - le dysfonctionnement de son nœud de contrôle, un système maître qui contrôle le fonctionnement du réseau EtherCAT. Notre technologie brevetée, appelée Master Redundancy, permet de récupérer en toute transparence de la défaillance du système de contrôle et de rester opérationnel même dans un environnement synchronisé. Vous pouvez le trouver dans la dernière version du logiciel KPA EtherCAT Master disponible auprès de koenig-pa GmbH et de ses partenaires de distribution.
Comment sauver le bus lorsque son maître est parti
Rappelons les principes de base du fonctionnement EtherCAT, car il est important de comprendre le concept qui sous-tend la fonction de redondance principale de KPA EtherCAT Master.
Contrairement à d'autres interfaces industrielles basées sur Ethernet, EtherCAT utilise un protocole de communication hop-by-hop: un télégramme de données est commun à tous les périphériques esclaves connectés au bus, et il passe d'un périphérique à un autre. Le maître est un agent qui crée cycliquement un télégramme, le remplit de requêtes de lecture ou d'écriture, produit des données (ou des emplacements pour les données d'entrée) et l'envoie au bus à des intervalles de temps stricts. Chaque équipement esclave peut insérer (écrire) ou extraire (lire) le bloc de données qui lui est explicitement adressé.
Bien qu'elle soit destinée à utiliser efficacement le débit du bus, cette fonctionnalité est extrêmement utile pour la tolérance aux pannes: tout appareil connecté au bus est pleinement conscient de l'activité de tous les esclaves et peut acquérir ou renifler de manière transparente les données qui sont transférées entre le maître de bus et les esclaves. Vous n'avez pas besoin de modifier des appareils esclaves, d'ajouter des signaux supplémentaires ou de changer le protocole de transfert: cette fonctionnalité est gratuite et sans frais supplémentaires (en plus d'un appareil maître plus intelligent, bien sûr).
Cet effet secondaire est utilisé par KPA EtherCAT Master pour introduire un autre maître de bus (ou plusieurs maîtres) sur le bus. En fonctionnement normal, ce maître redondant est passif, capable de flairer les données mais pas de saisir ses propres télégrammes. Le maître passif est considéré comme secondaire, tandis que le maître actif est primaire. Comme tous les maîtres secondaires sont cohérents avec l'activité du bus, ils sont prêts à prendre la place du maître principal à tout moment lorsque ce dernier échoue.
EtherCAT_Master_Redundancy
Ce qui est plus important ici, pour détecter une situation anormale sur le bus, un maître secondaire ne nécessite aucun dispositif de contrôle dédié ni lignes de signaux supplémentaires. Comme vous l'avez déjà appris, les télégrammes EtherCAT viennent à intervalles de temps réguliers et stricts. Lorsqu'un maître passif secondaire n'obtient pas un télégramme qu'il attend, il sait avec confiance que le bus n'a plus de maître. Il n'est pas nécessaire d'attendre la fin du cycle en cours - le maître redondant peut prendre immédiatement le contrôle en affichant son propre télégramme. Et ce télégramme sera correct et significatif, car le maître secondaire suivait tous les changements, étant un véritable clone de son homologue défaillant.
Fonctionnement de Master Redundancy
La configuration EtherCAT avec la redondance maître activée comprend un périphérique maître actif (principal) et un ou plusieurs maîtres passifs (secondaires). Le maître principal n'est peut-être pas configuré sur Master Redundancy, mais il est préférable d'utiliser le logiciel KPA EtherCAT Master pour utiliser tous les avantages de cette technologie.
Le maître secondaire est connecté au bus en tant qu'agent fantôme. Il renifle les télégrammes de données lorsqu'ils passent sans aucun changement. En même temps, ce maître calcule l'heure à laquelle chaque télégramme arrive et suit les retards possibles entre l'heure d'arrivée prévue et l'heure d'arrivée réelle.
Lorsque le télégramme est retardé, une minuterie de surveillance démarre. Une fois le temps spécifié dans les paramètres du maître écoulé, le maître démarre son protocole de basculement:
Le commutateur interne du maître est déclenché: maintenant le maître peut écrire le bus.
Un nouveau télégramme préparé par le maître secondaire est écrit sur le bus.
Dans ce télégramme, une demande de libération du bus est envoyée au maître actif, car il peut être encore en ligne mais souffrant de quelques problèmes internes. Nous ne voulons certainement pas de la situation où le maître précédemment actif décide de contrôler le bus après la récupération.
L'application de contrôle du nouveau maître de bus est avertie de la mise en ligne.
Il est possible de remettre le maître actif dans son état passif avec l'outil de configuration de bus; un autre maître passif prendra automatiquement le contrôle.
Pour activer plusieurs maîtres redondants, leurs horloges de surveillance sont configurées différemment. Il est possible de forcer la génération aléatoire du temps de surveillance pour chaque maître. Ainsi, nous évitons la situation de collision lorsque deux ou plusieurs maîtres secondaires peuvent tenter de démarrer le protocole de basculement.
Sommaire
La fonctionnalité que nous proposons peut protéger le réseau de communication industriel d'une défaillance grave et difficile à récupérer de son nœud de contrôle. Il utilise les particularités architecturales de la technologie EtherCAT pour implémenter une solution rentable qui augmente considérablement la tolérance aux pannes sans compromettre sa flexibilité et ses performances. Presque n'importe quel système d'automatisation industrielle compatible EtherCAT peut être mis à niveau avec cette fonctionnalité: vous devez attacher au bus un ou plusieurs clones de votre contrôleur avec seulement de légères ou même aucune modification de sa logique.
Si vous n'utilisez pas KPA EtherCAT Master pour la communication EtherCAT, nos ingénieurs vous aideront à l'intégrer dans votre système de contrôle. Leur pile logicielle est compatible avec pratiquement tous les systèmes d'exploitation en temps réel ou à usage général et peut être compilée pour différents processeurs, micro-contrôleurs et FPGA. Et si vous n'êtes pas dans la liste de compatibilité, ils adapteront le logiciel à vos besoins.
