EtherCAT樹立新的性能標(biāo)準(zhǔn)

文/顧碩

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(yīng)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。

工業(yè)以太網(wǎng) (Ethernet)是基于IEEE 802.3的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)，市場(chǎng)占有率高達(dá)80%，是當(dāng)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(xiàn)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(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)包傳送給所連接的以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，但是，輸出或驅(qū)動(dòng)控制器重定向所需要的時(shí)間以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間都受制于具體的實(shí)現(xiàn)方式。

由德國(guó)倍福自動(dòng)化有限公司所研發(fā)的開放的高速實(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，無縫集成傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，操作直觀簡(jiǎn)便，同時(shí)集成安全。EtherCAT為現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)領(lǐng)域樹立了新的性能標(biāo)準(zhǔn)。

幫助用戶提高競(jìng)爭(zhēng)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(dāng)然，總線系統(tǒng)也許并不意味著所有，但沒有它，機(jī)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(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步就要選擇正確的總線技術(shù)的原因。以太網(wǎng)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用讓通訊的“路”更寬了，之后數(shù)據(jù)又該如何傳輸呢？EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)中國(guó)區(qū)代表范斌女士介紹道：“EtherCAT技術(shù)的運(yùn)行原理如同一列高速火車，‘火車’（以太網(wǎng)幀）不停地飛速行駛，每列‘火車’經(jīng)過每一個(gè)從站時(shí)都采取不停車的方式減速進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，提取或插入單獨(dú)的‘乘客’（Bit）或 ‘一組乘客’，甚至是多組乘客。因?yàn)橥粫r(shí)間的某一點(diǎn)上只有一列‘火車’在跑，沒有任何沖突與延遲。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(shù)據(jù)幀就足以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)不再需要使用交換機(jī)或集線器?！庇酶咚倩疖囆稳軪therCAT的原理非常貼切，它擁有多種機(jī)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(shì)廣泛應(yīng)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(guó)廠商的需求外，性能和靈活性方面EtherCAT也絕對(duì)具備競(jìng)爭(zhēng)力。首先，EtherCAT 擁有卓越的通訊性能，提供納秒級(jí)精確的同步，突破性地建立了新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——30 μs內(nèi)可以更新1000個(gè)I/O數(shù)據(jù)，可選擇雙絞線或光纖，并利用以太網(wǎng)和因特網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直優(yōu)化集成。其次，靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以使幾乎無限數(shù)量的節(jié)點(diǎn)組成線型、樹型、星型拓?fù)浼叭魏瓮負(fù)涞慕M合。使用成本低廉，無需交換機(jī)或其它有源基礎(chǔ)組件。再者，‘Safety over EtherCAT’功能性安全直接建立在總線中，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系統(tǒng)?！?/p>

EtherCAT突破了其他以太網(wǎng)解決方案固有的局限性。它無需像其它方案那樣接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)包解碼后再將過程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個(gè)設(shè)備。EtherCAT從站設(shè)備在報(bào)文經(jīng)過其節(jié)點(diǎn)時(shí)讀取帶有相應(yīng)尋址信息的數(shù)據(jù)，同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報(bào)文經(jīng)過時(shí)插入至報(bào)文中。整個(gè)過程中，報(bào)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(shè)備數(shù)據(jù)，所以可用數(shù)據(jù)率達(dá)90%以上。100 Mb/s TX的全雙工特性完全得以利用，有效數(shù)據(jù)率可大于100 Mb/s（即大于2×100 Mb/s的90%）。

對(duì)于最終用戶而言，選擇什么樣的通訊協(xié)議不應(yīng)是他們的根本目的，他們的目標(biāo)是更好地提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(yīng)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(jī)械設(shè)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?guī)砀叩睦麧?rùn)空間。有的客戶認(rèn)為EtherCAT的速度這么快，對(duì)其現(xiàn)有的生產(chǎn)來說根本沒有必要。但我們想強(qiáng)調(diào)的是，你希望現(xiàn)在的選擇過兩年后就要更換嗎？為何不選擇五年十年都不需要再更換的EtherCAT呢？它已經(jīng)完全能滿足現(xiàn)在和未來工業(yè)的通訊需求，不僅簡(jiǎn)化了產(chǎn)品生命周期內(nèi)的設(shè)備配置和維護(hù)工作，而且成本也相當(dāng)甚至低于了現(xiàn)場(chǎng)總線的水平。EtherCAT設(shè)備種類多樣，其采用率在歐洲、亞洲、美國(guó)都超越了其他任何工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)?！睆姆侗蟮难哉Z中流露出一份堅(jiān)定與自信，她十分看好EtherCAT未來的發(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(guó)家和地區(qū)，會(huì)員資格對(duì)所有潛在用戶免費(fèi)開放。目前2000多家會(huì)員單位中包括設(shè)備制造商、技術(shù)提供商和最終用戶。ETG的主要職責(zé)是負(fù)責(zé)宣傳推廣EtherCAT技術(shù)，并且為ETG會(huì)員提供在EtherCAT實(shí)施過程中的技術(shù)支持。EtherCAT是一項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的開放技術(shù)，任何人都能以兼容方式免費(fèi)使用該技術(shù)，但并不意味著任何人可以肆意修改EtherCAT，否則會(huì)喪失其互操作性。ETG專門設(shè)有授權(quán)的一致性測(cè)試中心及一致性測(cè)試工具來確保不同廠商產(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(dǎo)向?yàn)橹?，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)原理的推廣。通過參加展會(huì)和舉辦研討會(huì)，讓越來越多的廠商了解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，廠商們對(duì)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(guó)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(guó)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(yīng)，總計(jì)600多名工程師參加了此次活動(dòng)。范斌說：“EtherCAT中國(guó)巡回研討會(huì)的成功舉辦標(biāo)志著EtherCAT技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)扎根并茁壯成長(zhǎng)，越來越多的自動(dòng)化廠商正積極投入到EtherCAT技術(shù)的應(yīng)用及開發(fā)中，以全面提升其產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。未來，ETG將到更多的城市和地區(qū)組織開展各種形式的技術(shù)交流活動(dòng)，進(jìn)一步推動(dòng)EtherCAT的發(fā)展?！?/p>

在范斌看來，EtherCAT能夠最大化地實(shí)現(xiàn)制造商的想法，將其推廣到中國(guó)的制造業(yè)中具有重要的意義?；贓therCAT技術(shù)的完全開放性，很多中國(guó)廠商將自己創(chuàng)新的想法與EtherCAT的應(yīng)用相結(jié)合，用極其巧妙的方式實(shí)現(xiàn)了設(shè)備在各行業(yè)中的應(yīng)用。

EtherCAT 技術(shù)協(xié)會(huì)中國(guó)區(qū)代表 范斌

毫無疑問，出色的性能以及靈活性和開放性就是EtherCAT的籌碼，這使它近兩年在中國(guó)的發(fā)展極為迅猛。從討論EtherCAT的原理和特點(diǎn)，到詢問如何具體實(shí)施和研發(fā)，中國(guó)廠商對(duì)它的認(rèn)知逐漸深入。如今，ETG在中國(guó)的會(huì)員數(shù)量已近300家，中國(guó)廠商對(duì)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可以滿足廠商的各類需求，幫助他們提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。范斌告訴記者，她希望EtherCAT在中國(guó)的發(fā)展能越來越好，通過ETG和廠商們的宣傳，讓更多的最終用戶了解并認(rèn)可這項(xiàng)通訊技術(shù)，她對(duì)此非常有信心。