EtherCAT 技術(shù)協(xié)會(huì )中國區代表   范斌

   工業(yè)以太網(wǎng) (Ethernet)是基于IEEE 802.3的強大的區域和單元網(wǎng)絡(luò )，市場(chǎng)占有率高達80%，是當今LAN（局域網(wǎng)）領(lǐng)域中首屈一指的網(wǎng)絡(luò )。目前，有許多方案力求實(shí)現以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)能力。這些方案雖然可以在某種程度上快速準確地將數據包傳送給所連接的以太網(wǎng)節點(diǎn)，但是，輸出或驅動(dòng)控制器重定向所需要的時(shí)間以及讀取輸入數據所需要的時(shí)間都受制于具體的實(shí)現方式。

   由德國倍福自動(dòng)化有限公司所研發(fā)的開(kāi)放的高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò )通訊協(xié)議EtherCAT具備更高的性能，更低的成本，靈活的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，系統配置簡(jiǎn)單，無(wú)縫集成傳統現場(chǎng)總線(xiàn)系統，操作直觀(guān)簡(jiǎn)便，同時(shí)集成安全。EtherCAT為現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域樹(shù)立了新的性能標準。

   幫助用戶(hù)提高競爭力

   工欲善其事，必先利其器。高性能的產(chǎn)品更要搭配高性能的通訊協(xié)議，方能事半功倍。當然，總線(xiàn)系統也許并不意味著(zhù)所有，但沒(méi)有它，機器就什么也不是！這就是為什么一個(gè)優(yōu)秀的工程師在系統設計的第一步就要選擇正確的總線(xiàn)技術(shù)的原因。以太網(wǎng)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應用讓通訊的“路”更寬了，之后數據又該如何傳輸呢？EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì )中國區代表范斌女士介紹道：“EtherCAT技術(shù)的運行原理如同一列高速火車(chē)，‘火車(chē)’（以太網(wǎng)幀）不停地飛速行駛，每列‘火車(chē)’經(jīng)過(guò)每一個(gè)從站時(shí)都采取不停車(chē)的方式減速進(jìn)行數據交換，提取或插入單獨的‘乘客’（Bit）或 ‘一組乘客’，甚至是多組乘客。因為同一時(shí)間的某一點(diǎn)上只有一列‘火車(chē)’在跑，沒(méi)有任何沖突與延遲。這種傳輸方式改善了帶寬利用率，使得每個(gè)周期通常用一個(gè)數據幀就足以實(shí)現數據通信，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò )不再需要使用交換機或集線(xiàn)器。”用高速火車(chē)形容EtherCAT的原理非常貼切，它擁有多種機制，支持主站到從站、從站到從站以及主站到主站之間的通訊，并且完全兼容以太網(wǎng)，最大化地利用以太網(wǎng)所提供的巨大帶寬。

   EtherCAT憑借高性能、靈活性以及實(shí)施成本低廉的優(yōu)勢廣泛應用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。范斌表示：“除了實(shí)施成本符合中國廠(chǎng)商的需求外，性能和靈活性方面EtherCAT也絕對具備競爭力。首先，EtherCAT 擁有卓越的通訊性能，提供納秒級精確的同步，突破性地建立了新的技術(shù)標準——30 μs內可以更新1000個(gè)I/O數據，可選擇雙絞線(xiàn)或光纖，并利用以太網(wǎng)和因特網(wǎng)技術(shù)實(shí)現垂直優(yōu)化集成。其次，靈活的拓撲結構可以使幾乎無(wú)限數量的節點(diǎn)組成線(xiàn)型、樹(shù)型、星型拓撲及任何拓撲的組合。使用成本低廉，無(wú)需交換機或其它有源基礎組件。再者，‘Safety over EtherCAT’功能性安全直接建立在總線(xiàn)中，可以選擇集中式或分散式的安全邏輯。由于使用‘黑色通道’（‘Black-Channel’）的方法，它同樣適用于其他總線(xiàn)系統。”

   EtherCAT突破了其他以太網(wǎng)解決方案固有的局限性。它無(wú)需像其它方案那樣接收以太網(wǎng)數據包，將數據包解碼后再將過(guò)程數據復制到各個(gè)設備。EtherCAT從站設備在報文經(jīng)過(guò)其節點(diǎn)時(shí)讀取帶有相應尋址信息的數據，同樣，輸入數據也是在報文經(jīng)過(guò)時(shí)插入至報文中。整個(gè)過(guò)程中，報文只有幾納秒的時(shí)間延遲。由于發(fā)送和接收的以太網(wǎng)幀壓縮了大量的設備數據，所以可用數據率達90%以上。100 Mb/s TX的全雙工特性完全得以利用，有效數據率可大于100 Mb/s（即大于2×100 Mb/s的90%）。

   對于最終用戶(hù)而言，選擇什么樣的通訊協(xié)議不應是他們的根本目的，他們的目標是更好地提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。EtherCAT是目前帶有出色同步性能且速度最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，廣泛應用于各種場(chǎng)合，采用該技術(shù)可將控制性能輕松提高20%，甚至更高。范斌講道：“機械設備精確度的提高和產(chǎn)量的增加可以降低生產(chǎn)成本并且帶來(lái)更高的利潤空間。有的客戶(hù)認為EtherCAT的速度這么快，對其現有的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)根本沒(méi)有必要。但我們想強調的是，你希望現在的選擇過(guò)兩年后就要更換嗎？為何不選擇五年十年都不需要再更換的EtherCAT呢？它已經(jīng)完全能滿(mǎn)足現在和未來(lái)工業(yè)的通訊需求，不僅簡(jiǎn)化了產(chǎn)品生命周期內的設備配置和維護工作，而且成本也相當甚至低于了現場(chǎng)總線(xiàn)的水平。EtherCAT設備種類(lèi)多樣，其采用率在歐洲、亞洲、美國都超越了其他任何工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。”從范斌的言語(yǔ)中流露出一份堅定與自信，她十分看好EtherCAT未來(lái)的發(fā)展。

   ETG推動(dòng)技術(shù)發(fā)展

   EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì )（EtherCAT Technology Group，縮寫(xiě)為ETG）于2003年11月成立，是全球最大的工業(yè)以太網(wǎng)組織，旨在支持、完善并推廣EtherCAT技術(shù)。其會(huì )員遍及6大洲的50個(gè)國家和地區，會(huì )員資格對所有潛在用戶(hù)免費開(kāi)放。目前2000多家會(huì )員單位中包括設備制造商、技術(shù)提供商和最終用戶(hù)。ETG的主要職責是負責宣傳推廣EtherCAT技術(shù)，并且為ETG會(huì )員提供在EtherCAT實(shí)施過(guò)程中的技術(shù)支持。EtherCAT是一項國際標準化的開(kāi)放技術(shù)，任何人都能以兼容方式免費使用該技術(shù)，但并不意味著(zhù)任何人可以肆意修改EtherCAT，否則會(huì )喪失其互操作性。ETG專(zhuān)門(mén)設有授權的一致性測試中心及一致性測試工具來(lái)確保不同廠(chǎng)商產(chǎn)品的一致性。談到ETG時(shí)范斌表示：“ETG的推廣策略是以技術(shù)導向為主，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)原理的推廣。通過(guò)參加展會(huì )和舉辦研討會(huì )，讓越來(lái)越多的廠(chǎng)商了解EtherCAT，同時(shí)了解我們的會(huì )員企業(yè)以及這些企業(yè)的EtherCAT產(chǎn)品。這樣的推廣方式可以讓講解技術(shù)不再那么空洞，廠(chǎng)商們對此也更感興趣。” 2012年9月14日，為期四天，橫跨京、蓉、穗、滬四地的EtherCAT中國巡回研討會(huì )在上海收官。作為工業(yè)以太網(wǎng)全球系列研討會(huì )的重要組成部分，EtherCAT中國巡回研討會(huì )受到自動(dòng)化企業(yè)的廣泛關(guān)注和積極響應，總計600多名工程師參加了此次活動(dòng)。范斌說(shuō)：“EtherCAT中國巡回研討會(huì )的成功舉辦標志著(zhù)EtherCAT技術(shù)已經(jīng)在中國扎根并茁壯成長(cháng)，越來(lái)越多的自動(dòng)化廠(chǎng)商正積極投入到EtherCAT技術(shù)的應用及開(kāi)發(fā)中，以全面提升其產(chǎn)品競爭力。未來(lái)，ETG將到更多的城市和地區組織開(kāi)展各種形式的技術(shù)交流活動(dòng)，進(jìn)一步推動(dòng)EtherCAT的發(fā)展。”

   在范斌看來(lái)，EtherCAT能夠最大化地實(shí)現制造商的想法，將其推廣到中國的制造業(yè)中具有重要的意義?；贓therCAT技術(shù)的完全開(kāi)放性，很多中國廠(chǎng)商將自己創(chuàng )新的想法與EtherCAT的應用相結合，用極其巧妙的方式實(shí)現了設備在各行業(yè)中的應用。

  毫無(wú)疑問(wèn)，出色的性能以及靈活性和開(kāi)放性就是EtherCAT的籌碼，這使它近兩年在中國的發(fā)展極為迅猛。從討論EtherCAT的原理和特點(diǎn)，到詢(xún)問(wèn)如何具體實(shí)施和研發(fā)，中國廠(chǎng)商對它的認知逐漸深入。如今，ETG在中國的會(huì )員數量已近300家，中國廠(chǎng)商對該技術(shù)也可謂是各取所需，速度快、靈活性高，甚至實(shí)施成本低廉都是選擇它的原因，這也足以證明了EtherCAT可以滿(mǎn)足廠(chǎng)商的各類(lèi)需求，幫助他們提高市場(chǎng)競爭力。范斌告訴記者，她希望EtherCAT在中國的發(fā)展能越來(lái)越好，通過(guò)ETG和廠(chǎng)商們的宣傳，讓更多的最終用戶(hù)了解并認可這項通訊技術(shù)，她對此非常有信心。 

   摘自《自動(dòng)化博覽》2013年2期