분산 제어 시스템을 위한 EtherCAT 시계 동기화의 성능 평가

김웅기(Woonggy Kim),성민영(Minyoung Sung) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.7

EtherCAT의 시계 동기화 기법인 DC(Distributed Clock)는 실시간 분산 제어 시스템에서 고도로 동기화된 기능의 설계를 가능하게 한다. 본 논문은 실제 자동화 시스템에서의 광범위한 실험을 통해 EtherCAT DC 기법의 성능을 평가한다. Xenomai와 IgH EtherCAT 스택을 이용하여 EtherCAT 제어 시스템을 구축하고, 네트워크 내의 노드 간 시계 편차를 분석한다. 실험 결과, 동기 시계의 정확도는 슬레이브 장치의 개수, 드리프트 보정의 주기, 시스템 기준 시계의 종류 등 많은 요소에 의해 영향을 받음을 알 수 있었다. 특히, 시스템 기준 시계의 종류에 따라 마스터 장치의 동작이 근본적으로 상이하며 매우 다른 성능 특성을 초래하므로, 기준 시계의 선택은 신중히 이루어져야 함을 알 수 있었다. Support for the precise time synchronization of EtherCAT, known as distributed clock (DC), enables the design of highly synchronized operations in distributed real-time systems. This study evaluates the performance of the EtherCAT DC through extensive experiments in a real automation system. We constructed an EtherCAT control system using Xenomai and IgH EtherCAT stack, and analyzed the clock deviation for different devices in the network. The results of the evaluation revealed that the accuracy of the synchronized clock is affected by several factors such as the number of slave devices, period of drift compensation, and type of system time base. In particular, we found that careful decision regarding the system time base is required because it has a fundamental effect on the master operation, which results in significantly different performance characteristics.

EtherCAT 기반 엔코더 시스템에서 UML을 이용한 XML 설계

이주경,이석,이경창 대한임베디드공학회 2014 대한임베디드공학회논문지 Vol.9 No.2

The EtherCAT protocol has become a very promising alternative for real-time industrial application due to its ability to eliminate uncertainties in the Ethernet. However, the extended markup language (XML) for the EtherCAT network system, which is required in the design, lacks systematic development to take advantage of model transformation techniques. This paper focuses on the system development procedure of the EtherCAT-based encoder system using the CANopen over EtherCAT (CoE) protocol. UML modeling is being adapted to design for XML of EtherCAT-based encoder system. To this purpose, this paper analyzes the object dictionary (OD) of a commercial encoder and CANopen over EtherCAT. A UML diagram is then designed based on the analysis, and XML is generated through the designed UML diagram. Finally, an experimental test_bed for the EtherCAT-based encoder system is implemented and its performance is compared with a commercial encoder.

동기 모션 제어 응용을 위한 통합개발환경의 EtherCAT 지원 기능 구현 및 검증

이종보(Jongbo Lee),김채린(Chaerin Kim),김익환(Ikhwan Kim),김영동(Youngdong Kim),김태현(Taehyoun Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.2

기존의 전용 하드웨어 기반 PLC 구현 방식의 한계를 극복하는 방안으로 최근에 범용 하드웨어상에서 표준화된 PLC 언어를 이용해 모션 제어 응용을 구현하는 소프트웨어 기반 PLC 시스템이 각광 받고 있다. 또한 모션 제어 응용의 다양한 산업 분야 활용에 따라 증대된 시스템 복잡도에 대응하면서도 응용을 손쉽게 개발할 수 있는 통합개발환경의 필요성도 날로 커지고 있다. 한편 기존의 저속 필드버스를 대신하는 분산 제어 네트워크 기술로 저비용으로 대용량, 고속 통신 지원이 가능한 산업용 Ethernet 기술이 주목받고 있다. 본 논문에서는 오픈 소스 소프트웨어 형태의 PLC 통합개발환경인 Beremiz를 확장하여 주요 산업용 Ethernet 기술 중 하나인 EtherCAT 기반의 실시간 다축 동기 모션 제어응용 개발 및 관리 기능을 설계, 구현하였다. 또한 상용 EtherCAT 모터 드라이브와 평가 보드와의 연동을 통하여 EtherCAT 시스템 관리 기능의 동작과 다축 제어의 실시간성 보장 여부를 검증하였다. Recently, software-based programmable logic controller (PLC) systems, which are implemented in standard PLC languages on general hardware, are gaining popularity because they overcome the limitations of classical hardware PLC systems. Another noticeable trend is that the use of integrated development environment (IDE) is becoming important. IDEs can help developers to easily manage the growing complexity of modern control systems. Furthermore, industrial Ethernet, e.g. EtherCAT, is becoming widely accepted as a replacement for conventional fieldbuses in the distributed control domain because it offers favorable features such as short transmission delay, high bandwidth, and low cost. In this paper, we implemented the extension of open source IDE, called Beremiz, for developing EtherCAT-based real-time, synchronized motion control applications. We validated the EtherCAT system management features and the real-time responsiveness of the control function by using commercial EtherCAT drives and evaluation boards.

Canopen over EtherCAT 프로토콜 분석 도구 개발

윤승희(Seung-Hui Youn),이효림(Hyo-Rim Lee),최국철(Guk-Choel Choi),이창홍(Chang-Hong Lee),김동현(Dong-Hyun Kim),김종덕(Jong-Deok Kim) 한국정보통신학회 2021 한국정보통신학회 종합학술대회 논문집 Vol.25 No.1

Canopen over Ethercat은 산업현장에서 EtherCAT 기반으로 동작하는 Canopen 프로토콜이다. 패킷 스니핑을 통하여 구축된 CoE 시스템의 성능을 분석하기 위해서 Canopen 프로토콜에서 사용하는 Process Data Object의 구성과 그 값의 변화를 분석하는 과정은 필수적이다. 하지만 Canopen의 Data Object는 네트워크를 구성하는 장치에 의존적이기 때문에 wireshark와 같은 패킷 분석 프로그램으로 분석하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 CoE 프로토콜을 분석하여 시스템 구성과 Process Data Object를 유추하는 프로그램을 설계하고 구현하였다. Canopen over EtherCAT(CoE) is a Canopen protocol that operates based on EtherCAT in industrial sites. In order to analyze a CoE network system and a performance through packet sniffing and reversing, it is necessary to know Data Objects structure and changes of its value. However, since Data Objects in Canopen is dependent on the devices, there is a limitation by using an existing packet analysis program like a Wireshark. Therefore, we designed and developed a system that infers Data Objects structure and system configuration.

차량내 통신을 위한 EtherCAT 네트워크의 전송지연 및 고장복구 특성 분석

김동길(Dong-gil Kim),조영현(Youngyun Jo),이동익(Dongik Lee) 한국통신학회 2012 韓國通信學會論文誌 Vol.37 No.11(융합기술)

IT기술의 발전에 힘입어 지능형 센서 및 지능형 액추에이터 채택이 증가하면서 차량내 통신 네트워크를 통한 데이터 전송은 꾸준한 증가 추세를 보이고 있다. 2015년에는 차량내 통신 네트워크를 통한 전송 데이터량이 2010년 대비 2배 이상 증가하며, 차량제어에 필요한 네트워크 노드 수는 2010년 대비 1.5배 이상 증가할 것으로 전망된다. 이와 같이 차량내 데이터량의 증가가 예상됨에 따라 최근 자동차 산업계에서는 차량용 통신 네트워크로서 EtherCAT, TTEthernet 등 산업용 Ethernet에 대한 관심이 증대되고 있다. 본 논문에서는 차량내 데이터 전송을 위한 산업용 Ethernet으로 주목받고 있는 EtherCAT의 전송지연 특성과 고장복구 특성을 분석할 수 있는 모델을 제안한다. 실험용 EtherCAT 네트워크를 구성하여 제안한 모델의 정확성을 검증하였다. Thanks to progressive development of IT technology, the number of intelligent devices communicating each other through an In-Vehicle Network(IVN) has been steadily increasing. It is expected that the required network bandwidth and network nodes for vehicle control in 2015 will be increased by two times and one and half times as compared to in 2010, respectively. As a result, many researchers in automotive industry has showed a significant interest on industrial Ethernets, such as EtherCAT and TTEthernet. This paper addresses an analysis on transmission delay and fault recovery performance with an EtherCAT network which is being considered as an IVN. A mathematical model based on the analysis is verified through a set of experiments using an experimental network setup.

실시간 이더넷 기반 스테핑 모터 드라이브 개발

김진호,하경재 중소기업융합학회 2019 융합정보논문지 Vol.9 No.8

본 논문에서는 다양한 실시간 이더넷 프로토콜에 쉽게 적용할 수 있는 폐루프 스테핑 모터 드라이브를 개발하는 방법을 제안한다. 제안 방법은 다양한 유형의 실시간 이더넷 프로토콜에 공용으로 재사용할 수 있는 모터 드라이브 모듈과 각 실시간 이더넷 프로토콜마다 개발되는 통신 인터페이스 모듈로 나누어진다. 또한 계층적 구조를 사용하여 모션 제어 알고리즘을 다양한 실시간 이더넷 프로토콜과 모션 프로파일에 독립적으로 재사용할 수 있도록 하였다. 제안하는 방법을 검증하기 위해 EtherCAT 및 Mechatrolink III를 활용하여 폐루프 모터 드라이브를 개발하였으며, 실시간 이더넷 기반에서 정상적으로 제어되는 것을 확인하였다. 개발한 EtherCAT 및 Mechatrolink III의 실시간 통신 성능을 확인하기 위해 Cycle time을 측정하였으며, 그 결과 32개의 모터 드라이브를 연결한 경우 EtherCAT이 Mechatrolink III 보다 7.5배 정도 더 빠른 것을 확인하였다. This paper proposes the design of a closed-loop stepping motor drive for real-time Ethernet (RTE), which can be easily applied to a variety of RTE protocols. The proposed design is divided into a closed-loop step motor drive which can be reused for various types of RTE protocol and RTE module developed for each specific RTE protocol. It is based on a layered architecture so that the motion control algorithm can be easily reused independently of the RTE protocol and motion profile. To verify the proposed design, closed-loop motor drives based on EtherCAT and Mechatrolink III were developed and their performances were evaluated. Cycle time was measured to verify the real-time communication performance of the developed EtherCAT and Mechatrolink III based motor drive. As a result, the EtherCAT was 7.5 times faster than the Mechatrolink III when 32 motor drives were connected.

RTOS기반 LinuxCNC에서 EtherCAT 통신이 적용된 3축 CNC 제어 시스템 개발

강유수(Y.S.Kang),유경석(G.S.Yu),태병희(B.H.Tae),최인휴(I.H.Choi),이정완(J.W.Lee),서영호(Y.H.Seo),김병희(B.H.Kim) 강원대학교 산업기술연구소 2020 産業技術硏究 Vol.40 No.1

In this paper, we proposed a PC-based CNC control system using EtherCAT-based servo drive and I/O device. The default communication of LinuxCNC is a parallel port, and data processing with high bandwidth is impossible. However, it is possible to apply various bandwidth devices through the application of EtherCAT, one of the industrial Ethernet communications with high bandwidth. Therefore, the hardware control method of LinuxCNC was applied through EtherCAT communication from the existing parallel port. Finally, through HAL configuration, I/O device operation check and 3-axis motion control proved the LinuxCNC system with EtherCAT.

광 EtherCAT을 이용한 네트워크 기반 모터 제어기 개발

문용선(Yong Seon Moon),이광석(Gwangseok Lee),서동진(DongJin Seo),배영철(Youngchul Bae) 제어로봇시스템학회 2008 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.14 No.5

In this paper, we design, implement and apply network physical layer to 100 BaseFx optical cable interface module based on industrial ethernet protocol which is physical layer of EtherCAT that has ensure its open standard ethernet compatibility which having been provided with real time of control in network of intelligent service robot, can be process numerous data to sensor and motor control system. Through BLDC motor control performance tests, we try to propose suitability as internal network of intelligent service robot and automation system.

모듈로봇 구현을 위한 네트워크기반 모터제어드라이버 개발

문용선(Yong-seon Moon),이광석(Gwang-seok Lee),서동진(Dong-Jin Seo),이성호(Sung-Ho Lee),배영철(Young-chul Bae) 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회논문지 Vol.17 No.7

본 논문에서는 지능형 서비스 로봇의 네트워크에서 제어의 실시간이 보장되면서 많은 데이터를 처리할 수 있는 개방형 표준 이더넷 호환성을 확보한 산업용 이더넷 프로토콜인 EtherCAT을 기반으로 하여 네트워크의 물리 계층을 100BaseFx인 광케이블 인터페이스 모듈을 설계하고 구현하여 센서 및 모터제어 시스템에 적용하고, 테스트를 통해 지능형 서비스 로봇 내부 네트워크로서의 적합성을 제시하고자 한다. In this paper, we design, implement and apply network physical layer to 100 BaseFx optical cable interface module based on industrial ethernet protocol EtherCAT that has ensure its open standard ethernet compatibility which having been provided with real time of control in network of intelligent service robot, can process numerous data to sensor and motor control system. Through various tests, we try to propose suitability as internal network of intelligent service robot.

EtherCAT기반의 무대제어 상/하부 동기조절 장치

정학상(H. S. Jung),임선(S. Lim),임승환(S. H. Lim) 한국정밀공학회 2016 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2016 No.10월