深度丨EtherCAT——駛入智能制造時代的“高速列車”
2020-1-10新聞
EtherCAT（以太網控制自動化技術）作為當前工業(yè)總線領域最受矚目的通訊協(xié)議之一，受到了全球設備提供商和最終用戶的青睞與重視?；?/span>EtherCAT協(xié)議的控制系統(tǒng)、伺服驅動、運動控制等解決方案和產品不斷被推出。
據統(tǒng)計：
>全球提供EtherCAT主站產品的供應商官方登記的有201家;
>提供EtherCAT伺服驅動器的供應商有163家，共500多個種類；
>提供EtherCAT模塊（I/O）的有116家，共1000多個種類。
EtherCAT總線，2003年由德國倍福公司研發(fā)并應用于自動化領域，2007年成為國際標準（IEC/PAS62407）隨后進入中國市場，2014年正式轉化為中國推薦性國家標準（即GB/T31230.1-.6-2014《工業(yè)以太網現(xiàn)場總線EtherCAT》 ）。歷經十余年的發(fā)展，EtherCAT技術協(xié)會（ETG），在中國大陸及臺灣地區(qū)累計會員已達788家。目前可謂是EtherCAT高速發(fā)展階段。
開放性和一致性成為EtherCAT的“絕殺技”
無論是全球還是在中國市場，EtherCAT都極其成功的。除卻產品本身的技術優(yōu)勢以外，EtherCAT業(yè)績取得如此迅猛增長的驅動力主要是其開放性和一致性，這也是其它以太網技術所無法比擬的。
EtherCAT的開放性不僅體現(xiàn)在從站層面，且主站技術也是對外開放的，EtherCAT主站供應商已達到200多家。不管是設備制造商、集成商還是最終用戶都可以將EtherCAT技術引入到其主站控制器和從站產品中，從而增強產品的競爭力和制造力。與此同時，EtherCAT開放的接口允許集成任何在主站內部或直接進入從站設備的基于IT的協(xié)議，最終實現(xiàn)從傳感器到云的直接鏈路而不會有協(xié)議間斷。
在一致性方面，EtherCAT技術盡管在不斷地進行細節(jié)完善和革新，但自2003年面世以來始終只有一個版本。后續(xù)引入到EtherCAT協(xié)議中的新特性都會保證與之前EtherCAT協(xié)議中的一致性和持續(xù)性，避免了不同版本的不兼容性。
基于以上兩項優(yōu)勢有效地促進了EtherCAT技術實現(xiàn)更廣泛的應用。
EtherCAT直擊競爭力提升的有力武器
EtherCAT是一種直達I/O級的實時以太網自動化技術，無需下掛子系統(tǒng)，沒有網關延時，包括輸入輸出、傳感器、驅動器及顯示單元等所有設備都位于同一條總線上。
EtherCAT的主要優(yōu)點：
1. 高帶寬利用率：EtherCAT針對控制過程數據，優(yōu)化以太網幀的消息傳送格式，過程數據可實時提取和插入，使得帶寬利用率超過90%；
2. 周期時間短：每幀數據周期發(fā)送的最小值可以達到12.5μs；
3. 同步時鐘精度高：EtherCAT協(xié)議提供了分布式時鐘控制技術，低抖動可以保證同步時鐘誤差≦1μs；
4. 拓撲結構靈活：支持線性、環(huán)形、星形和菊花鏈拓撲，最多可支持65535個從器件；
5. 線路故障診斷：EtherCAT可以有效檢測出位故障從而可以精確診斷線路和定位故障點；
6. 硬件簡單成本低：在網絡系統(tǒng)中不需要外部以太網開關、集線器和路由器，整個系統(tǒng)開發(fā)簡單，硬件及維護成本都比較低。
卓越的系統(tǒng)性能為實現(xiàn)控制網絡的大數據提供了先決條件。也正是基于EtherCAT的高性能、拓撲靈活、易用、低成本（EtherCAT是唯一成本等于或小于現(xiàn)場總線成本水平的工業(yè)以太網系統(tǒng)）等特點，使其在機器人控制、機床、汽車制造、自動化倉儲、焊接領域得到了廣泛的應用。特別實在運動控制領域，據悉全球四大機器人廠商均采用了EtherCAT總線通訊。
TSN與EtherCAT的完美融合
隨著市場需求的升級，EtherCAT技術也在不斷地進化與完善中。2017年11月，ETG將時間敏感網絡（TSN）技術補充到EtherCAT現(xiàn)有標準中，使得EtherCAT的應用領域拓展至異構網絡環(huán)境，同時進一步提升了控制器到控制器通信的實時性。通過利用TSN，多個工業(yè)控制器可以通過以太網網絡與多個不同的EtherCAT網段進行實時通訊。在此過程中，無需對EtherCAT從站設備進行更改：具備所有高性能特性的EtherCAT設備協(xié)議將被完整保留。由于EtherCAT通常只需要一個幀即可掃描整個網絡，因此這種訪問比其他任何現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網技術更為精簡有效。
