Descubra os bastidores dos 20 anos do EtherCAT e a história de como essa tecnologia revolucionária se tornou líder de mercado. Martin Rostan, Diretor Executivo do EtherCAT Technology Group (ETG), compartilha insights sobre os primórdios, os desafios superados e os avanços que tornaram o EtherCAT a solução de barramento de campo mais rápida e eficiente.
20 anos de EtherCAT – como ele realmente começou naquela época?
Martin Rostan: Beckhoff já havia lançado o Lightbus em 1989, um sistema de barramento baseado em fibra óptica para comunicação rápida com módulos de entrada e saída. O Lightbus tinha uma taxa de transmissão de 2,5 Mbit/s e já usava o princípio de processamento em tempo real. No final dos anos 90, começaram a ser desenvolvidas uma próxima geração dessa tecnologia de fibra óptica com maior taxa de transmissão. O nome do projeto era FLB (Fast Lightbus). Com 50 Mbit/s, isso teria sido significativamente mais rápido, mas de alguma forma sentimos que algo ainda estava faltando. Isso veio com a ideia de combinar o princípio Lightbus com Ethernet.
O que há de tão especial no princípio do processamento em tempo real?
Martin Rostan: Em vez de enviar um telegrama para cada nó de rede em cada ciclo e receber um telegrama de cada nó, um único telegrama correspondentemente mais longo é enviado através de todos os nós e processado por eles em tempo real e, portanto, quase sem demora. Cada nó lê os dados do processo de saída destinados a ele e insere seus dados de entrada no mesmo telegrama. Uma vez que os nós de rede foram previamente informados onde os respectivos dados de processo devem ser encontrados no quadro, nenhuma informação de endereço relacionada ao nó precisa ser transportada. E é assim que alcançamos a máxima eficiência: normalmente, mais de 90% de todo o telegrama é usado para processar dados. Assim, usamos a largura de banda de forma mais eficiente – e como o mesmo quadro é usado para dados de entrada e saída, geralmente até dobramos a largura de banda disponível. É por isso que o EtherCAT alcança um desempenho tão alto.
Palavra-chave “desempenho”: EtherCAT é muitas vezes referido como a solução de barramento de campo mais rápida. Mas por que isso é tão importante?
Martin Rostan: Para todo engenheiro de controle, é óbvio que tempos de ciclo mais curtos significam melhor qualidade de controle e, portanto, levam a uma melhor qualidade do produto: isso se aplica a todas as aplicações com um componente de controle de movimento, mas também a tarefas de medição. Graças aos controladores baseados em PC, o poder de computação não é mais um gargalo – agora o sistema de barramento é geralmente o fator limitante e, exatamente por isso, o desempenho do sistema de barramento se tornou cada vez mais importante. Qualquer um que combine um sistema de controle que pode lidar com tempos de ciclo na faixa de submilissegundos com um sistema de barramento que não consegue acompanhar está fazendo algo errado. É menos óbvio o quanto todas as aplicações com as chamadas condições de transição se beneficiam dos tempos de ciclo mais curtos com o EtherCAT e, portanto, de tempos de resposta mais rápidos: Mesmo que o controlador só tenha que esperar alguns milissegundos de cada vez por um sinal de sensor confirmando que uma peça chegou ou uma posição alvo foi atingida antes de passar para a próxima etapa do processo: Reduzir esses pequenos tempos de espera vale a pena e leva a uma eficiência consideravelmente melhor e a mais rendimento da máquina.
Esse é um raciocínio técnico sofisticado: os usuários concordam com isso?
Martin Rostan: É verdade que, com o EtherCAT, vamos muito mais fundo na argumentação técnica do que é usual com a maioria das organizações de barramento de campo. Mas essa é exatamente a nossa abordagem: convencer os usuários com tecnologia convincente. E é isso que dá aos engenheiros um prazer particular. Quando apresentamos o EtherCAT pela primeira vez na Hannover Messe, em abril de 2003, não conseguimos marcar pontos com uma grande organização de usuários, nem a Beckhoff que naquela época já era um dos grandes fornecedores de soluções de automação. E assim explicamos as características especiais de nossa nova tecnologia e, inicialmente, conquistamos os usuários que foram mais rápidos em reconhecer os benefícios do desempenho excepcional do EtherCAT.
E então fundou o EtherCAT Technology Group com esses usuários?
Martin Rostan: Correto. Dos 33 membros fundadores da ETG, metade eram usuários, não fabricantes de sistemas de automação, e geralmente eram considerados líderes de tecnologia em seu setor. Ou seja, empresas que costumavam ser convincentes com tecnologia convincente. Claro, também ajudou a superar o problema da galinha e do ovo para começar com os usuários imediatamente.
O problema da galinha e do ovo?
Martin Rostan: Sim, esse é exatamente um dos desafios ao introduzir uma nova tecnologia: os fornecedores só implementam a tecnologia quando os usuários a solicitam. E os usuários só podem ser conquistados quando há fornecedores para os dispositivos correspondentes. Outro desafio foi que não tínhamos nenhum chip EtherCAT econômico no início, mas tivemos que trabalhar com FPGAs, que ainda eram muito caros inicialmente. Uma interface EtherCAT ainda custava muito dinheiro naquela época. Com a disponibilidade dos primeiros ASICs EtherCAT em 2006, no entanto, o problema foi resolvido rapidamente. Enquanto isso, esses chips estão disponíveis em 13 fabricantes diferentes e os custos de interface são mais baixos do que os dos sistemas fieldbus clássicos, sem mencionar outras soluções Ethernet industriais. E com o EtherCAT, uma porta Ethernet padrão no controlador é suficiente, o que nos ajudou muito na disseminação da tecnologia.
Falando em popularidade: por ocasião dos 20 anos do EtherCAT, o ETG publicou números pela primeira vez, e eles diferem significativamente dos estudos de mercado conhecidos. Por que?
Martin Rostan: Precisamente porque publicámos agora os nossos números pela primeira vez. Estávamos relutantes em fazê-lo por dois motivos: inicialmente, os dispositivos baseados em FPGA dominavam, e não sabíamos suas quantidades. E ainda não poderíamos contar ou deixar de fora os dispositivos modulares, ou seja, os terminais EtherCAT – afinal, seria enganoso contar uma estação de E/S modular com 50 terminais eletrônicos como 50 nós EtherCAT, mesmo que estes sejam na verdade 50 nós EtherCAT. Enquanto isso, no entanto, esses terminais de bus usam chips especiais, e assumimos que a participação de dispositivos baseados em FPGA seja inferior a 10%, de modo que a confusão em nossos números não importa. E assim chegamos a quase 60 milhões de dispositivos EtherCAT, sem contar os terminais de bus. E isso deve significar liderança de mercado.
E com mais de 7.000 empresas associadas, a ETG também é a maior associação de fieldbus do mundo. Como isso surgiu?
Martin Rostan: Embora a tecnologia e seus benefícios para o usuário estejam certamente em primeiro plano, a equipe extraordinariamente dedicada do EtherCAT Technology Group também contribuiu fortemente para o sucesso do EtherCAT. Afinal, a equipe de tecnologia não apenas coordena os grupos de trabalho técnicos, escreve especificações e representa a EtherCAT nos vários órgãos de padronização, mas acima de tudo apoia nossos membros na implementação da tecnologia. Isso significa suporte técnico e workshops, bem como reuniões regulares de interoperabilidade, os chamados plugfests, que realizamos em todo o mundo. Nossos membros apreciam muito a qualidade de nosso suporte de implementação, e também contribuem ativamente para isso no fórum de desenvolvedores muito abrangente na área de membros do nosso site. A equipe de marketing está igualmente comprometida em organizar estandes de feiras de alta qualidade e seminários de tecnologia, que já realizamos em mais de 50 países. No início, eu não teria pensado que 1.000 empresas associadas seriam possíveis de alcançar – e, até agora, o crescimento ainda não está desacelerando. Enquanto isso, quase 500 novas empresas associadas estão se juntando a cada ano.
E isso tudo é organizado a partir da Alemanha?
Martin Rostan: Embora a sede do EtherCAT Technology Group esteja em Nuremberg, Alemanha, temos escritórios na China, Coreia, Japão e EUA, que operam de forma bastante independente e apoiam os membros localmente. Mais de 3.000 empresas associadas da Ásia mostram que a EtherCAT também é líder neste continente. E com mais de 1.000 membros nas Américas, a ETG é a associação de fieldbus com o maior número de membros lá também.
Há muito o que comemorar. E certamente um ou outro aplicativo especial EtherCAT faz parte disso.
Martin Rostan: Sim, é claro, alguns aplicativos EtherCAT são particularmente gratificantes. Para mim, como velejador, os iates de alta tecnologia da America’s Cup estão entre eles, todos os quais usam EtherCAT. E como sou engenheiro aeroespacial, o EtherCAT no espaço me empolga. O EtherCAT já foi usado na ISS e foi selecionado para os braços robóticos na estação espacial Lunar Gateway. Mas o EtherCAT também anda em tratores e ajuda em experimentos que ganharam prêmios Nobel de física.
O EtherCAT foi selecionado para esses aplicativos apenas porque é muito rápido?
Martin Rostan: Não. O desempenho do EtherCAT é muitas vezes crucial, mas o nosso princípio funcional especial tem muito mais vantagens. Por exemplo, podemos endereçar automaticamente os nós de rede durante a inicialização, o que simplifica muito o comissionamento. Podemos sincronizar os nós com alta precisão, mesmo sem hardware especial no controlador. Os usuários do EtherCAT não precisam de nenhum know-how de TI ou switches específicos e, portanto, não precisam comprá-los, instalá-los e configurá-los, nem são limitados por switches em cascata. Portanto, podemos criar topologias de linha com quase qualquer número de nós, mas também ramos, topologias de árvore e anéis para redundância de linha, e isso sem nós especiais de redundância. E incorporamos recursos especiais de diagnóstico nos chips EtherCAT que nos ajudam não apenas a detectar de forma confiável erros de bits e até mesmo conectores soltos, mas até mesmo a localizá-los. Tudo isso economiza muito tempo e dinheiro.
Como os outros sistemas de comunicação industrial respondem à história de sucesso da EtherCAT?
Martin Rostan: Sim, com as tecnologias Gigabit e TSN a concorrência está tentando alcançar nossa vantagem de desempenho. Mas qualquer um que possa fazer as contas rapidamente percebe que o princípio funcional EtherCAT não pode ser batido mesmo com Gigabit: o EtherCAT continuará a ter um desempenho melhor mesmo a 100 Mbit/s quando cenários realistas são comparados. E para aplicações que realmente exigem mais largura de banda, a extensão de tecnologia EtherCAT G está disponível. A tecnologia mais robusta de 100 Mbit/s, no entanto, não será substituída pelo EtherCAT G, mas apenas suplementada. Suponho que mesmo em 15 anos 95% dos dispositivos EtherCAT usarão 100 Mbit/s. Isso mantém a estabilidade do EtherCAT: sempre aprimoramos apenas o EtherCAT, nunca o mudamos.
E como você vê os próximos 20 anos para o EtherCAT?
Martin Rostan: Há 20 anos, eu ousadamente previ que 10 anos depois o EtherCAT seria o número 2 no mercado. Mais 10 anos depois, estamos ainda mais à frente. E não vejo nenhum desenvolvimento que deva mudar isso. Com o EtherCAT G, estamos aprimorando nossa tecnologia para áreas de aplicação que exigem ainda mais largura de banda e estamos tornando o EtherCAT à prova de futuro. E quando olho para o crescimento do número de membros do EtherCAT Technology Group: o fim da linha está obviamente longe de ser alcançado.
Fonte: Powerful and future-proof technology plus an active community | Beckhoff USA
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