EtherCAT树立新的性能标准

文/顾硕

EtherCAT是目前带有出色同步性能且速度最快的工业以太网技术，广泛应用于各种场合，采用该技术可将控制性能轻松提高20%，甚至更高。

工业以太网 (Ethernet)是基于IEEE 802.3的强大的区域和单元网络，市场占有率高达80%，是当今LAN（局域网）领域中首屈一指的网络。目前，有许多方案力求实现以太网的实时能力。这些方案虽然可以在某种程度上快速准确地将数据包传送给所连接的以太网节点，但是，输出或驱动控制器重定向所需要的时间以及读取输入数据所需要的时间都受制于具体的实现方式。

由德国倍福自动化有限公司所研发的开放的高速实时以太网络通讯协议EtherCAT具备更高的性能，更低的成本，灵活的网络拓扑结构，系统配置简单，无缝集成传统现场总线系统，操作直观简便，同时集成安全。EtherCAT为现场总线技术领域树立了新的性能标准。

帮助用户提高竞争力

工欲善其事，必先利其器。高性能的产品更要搭配高性能的通讯协议，方能事半功倍。当然，总线系统也许并不意味着所有，但没有它，机器就什么也不是！这就是为什么一个优秀的工程师在系统设计的第一步就要选择正确的总线技术的原因。以太网技术在自动化领域的应用让通讯的“路”更宽了，之后数据又该如何传输呢？EtherCAT技术协会中国区代表范斌女士介绍道：“EtherCAT技术的运行原理如同一列高速火车，‘火车’（以太网帧）不停地飞速行驶，每列‘火车’经过每一个从站时都采取不停车的方式减速进行数据交换，提取或插入单独的‘乘客’（Bit）或 ‘一组乘客’，甚至是多组乘客。因为同一时间的某一点上只有一列‘火车’在跑，没有任何冲突与延迟。这种传输方式改善了带宽利用率，使得每个周期通常用一个数据帧就足以实现数据通信，同时，网络不再需要使用交换机或集线器。”用高速火车形容EtherCAT的原理非常贴切，它拥有多种机制，支持主站到从站、从站到从站以及主站到主站之间的通讯，并且完全兼容以太网，最大化地利用以太网所提供的巨大带宽。

EtherCAT凭借高性能、灵活性以及实施成本低廉的优势广泛应用于各个行业领域。范斌表示：“除了实施成本符合中国厂商的需求外，性能和灵活性方面EtherCAT也绝对具备竞争力。首先，EtherCAT 拥有卓越的通讯性能，提供纳秒级精确的同步，突破性地建立了新的技术标准——30 µs内可以更新1000个I/O数据，可选择双绞线或光纤，并利用以太网和因特网技术实现垂直优化集成。其次，灵活的拓扑结构可以使几乎无限数量的节点组成线型、树型、星型拓扑及任何拓扑的组合。使用成本低廉，无需交换机或其它有源基础组件。再者，‘Safety over EtherCAT’功能性安全直接建立在总线中，可以选择集中式或分散式的安全逻辑。由于使用‘黑色通道’（‘Black-Channel’）的方法，它同样适用于其他总线系统。”

EtherCAT突破了其他以太网解决方案固有的局限性。它无需像其它方案那样接收以太网数据包，将数据包解码后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时读取带有相应寻址信息的数据，同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。由于发送和接收的以太网帧压缩了大量的设备数据，所以可用数据率达90%以上。100 Mb/s TX的全双工特性完全得以利用，有效数据率可大于100 Mb/s（即大于2×100 Mb/s的90%）。

对于最终用户而言，选择什么样的通讯协议不应是他们的根本目的，他们的目标是更好地提高生产效率，提升产品的市场竞争力。EtherCAT是目前带有出色同步性能且速度最快的工业以太网技术，广泛应用于各种场合，采用该技术可将控制性能轻松提高20%，甚至更高。范斌讲道：“机械设备精确度的提高和产量的增加可以降低生产成本并且带来更高的利润空间。有的客户认为EtherCAT的速度这么快，对其现有的生产来说根本没有必要。但我们想强调的是，你希望现在的选择过两年后就要更换吗？为何不选择五年十年都不需要再更换的EtherCAT呢？它已经完全能满足现在和未来工业的通讯需求，不仅简化了产品生命周期内的设备配置和维护工作，而且成本也相当甚至低于了现场总线的水平。EtherCAT设备种类多样，其采用率在欧洲、亚洲、美国都超越了其他任何工业以太网技术。”从范斌的言语中流露出一份坚定与自信，她十分看好EtherCAT未来的发展。

ETG推动技术发展

EtherCAT技术协会（EtherCAT Technology Group，缩写为ETG）于2003年11月成立，是全球最大的工业以太网组织，旨在支持、完善并推广EtherCAT技术。其会员遍及6大洲的50个国家和地区，会员资格对所有潜在用户免费开放。目前2000多家会员单位中包括设备制造商、技术提供商和最终用户。ETG的主要职责是负责宣传推广EtherCAT技术，并且为ETG会员提供在EtherCAT实施过程中的技术支持。EtherCAT是一项国际标准化的开放技术，任何人都能以兼容方式免费使用该技术，但并不意味着任何人可以肆意修改EtherCAT，否则会丧失其互操作性。ETG专门设有授权的一致性测试中心及一致性测试工具来确保不同厂商产品的一致性。谈到ETG时范斌表示：“ETG的推广策略是以技术导向为主，在工业自动化领域进行技术原理的推广。通过参加展会和举办研讨会，让越来越多的厂商了解EtherCAT，同时了解我们的会员企业以及这些企业的EtherCAT产品。这样的推广方式可以让讲解技术不再那么空洞，厂商们对此也更感兴趣。” 2012年9月14日，为期四天，横跨京、蓉、穗、沪四地的EtherCAT中国巡回研讨会在上海收官。作为工业以太网全球系列研讨会的重要组成部分，EtherCAT中国巡回研讨会受到自动化企业的广泛关注和积极响应，总计600多名工程师参加了此次活动。范斌说：“EtherCAT中国巡回研讨会的成功举办标志着EtherCAT技术已经在中国扎根并茁壮成长，越来越多的自动化厂商正积极投入到EtherCAT技术的应用及开发中，以全面提升其产品竞争力。未来，ETG将到更多的城市和地区组织开展各种形式的技术交流活动，进一步推动EtherCAT的发展。”

在范斌看来，EtherCAT能够最大化地实现制造商的想法，将其推广到中国的制造业中具有重要的意义。基于EtherCAT技术的完全开放性，很多中国厂商将自己创新的想法与EtherCAT的应用相结合，用极其巧妙的方式实现了设备在各行业中的应用。

EtherCAT 技术协会中国区代表 范斌

毫无疑问，出色的性能以及灵活性和开放性就是EtherCAT的筹码，这使它近两年在中国的发展极为迅猛。从讨论EtherCAT的原理和特点，到询问如何具体实施和研发，中国厂商对它的认知逐渐深入。如今，ETG在中国的会员数量已近300家，中国厂商对该技术也可谓是各取所需，速度快、灵活性高，甚至实施成本低廉都是选择它的原因，这也足以证明了EtherCAT可以满足厂商的各类需求，帮助他们提高市场竞争力。范斌告诉记者，她希望EtherCAT在中国的发展能越来越好，通过ETG和厂商们的宣传，让更多的最终用户了解并认可这项通讯技术，她对此非常有信心。