“天下武功，唯快不破”在電影里是高手制勝的秘訣。在工業(yè)控制領(lǐng)域，追求更快的速度也是顛撲不破的硬道理，正因?yàn)槿绱瞬挪粩嘌苌鲂碌募夹g(shù)。作為當(dāng)前最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，EtherCAT的出現(xiàn)不但突破了傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在控制理念上的瓶頸，同時(shí)也為行業(yè)樹(shù)立了新標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，更快的速度并不足以滿足客戶的所有需求，對(duì)此EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)ETG技術(shù)推廣工程師程庚表示，能獲得客戶與行業(yè)的認(rèn)可在于EtherCAT更全面的優(yōu)勢(shì)和性能提升。
EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)ETG技術(shù)推廣工程師 程庚
速度更快, 彌補(bǔ)系統(tǒng)短板
傳統(tǒng)以太網(wǎng)需要多幀或者TCP/IP的方式，接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過(guò)程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個(gè)設(shè)備，這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生延時(shí)。EtherCAT采取一種“數(shù)據(jù)列車(chē)”的方式設(shè)計(jì)：嵌入在每個(gè)從站中的現(xiàn)場(chǎng)總線存儲(chǔ)管理單元在幀經(jīng)過(guò)該節(jié)點(diǎn)時(shí)讀取相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)，并同時(shí)將報(bào)文傳輸?shù)较乱粋€(gè)設(shè)備。同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報(bào)文經(jīng)過(guò)時(shí)插入至報(bào)文中。整個(gè)過(guò)程中，太網(wǎng)幀就像高速行駛的火車(chē)，子報(bào)文就是一節(jié)節(jié)的車(chē)廂且車(chē)廂長(zhǎng)度可以改變，而數(shù)據(jù)包則像乘客，EtherCAT從站設(shè)備就是在車(chē)廂經(jīng)過(guò)時(shí)讓乘客上車(chē)或下車(chē)。這種邊傳輸邊處理的方式，使報(bào)文只有幾納秒的時(shí)間延遲，并可以達(dá)到非常高的數(shù)據(jù)交換，單個(gè)以太網(wǎng)幀最多可進(jìn)行1486字節(jié)的過(guò)程數(shù)據(jù)交換，幾乎相當(dāng)于12000個(gè)數(shù)字輸入和輸出，而傳送這些數(shù)據(jù)耗時(shí)僅為 300 μs。
程庚表示，速度越來(lái)越快，性能越來(lái)越高時(shí)以太網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，大家在尋求更快以太網(wǎng)的同時(shí)卻往往忽視一個(gè)衡量以太網(wǎng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)——帶寬利用率?！艾F(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域的很多客戶，對(duì)了滿足應(yīng)用需求對(duì)千兆以太網(wǎng)的訴求越來(lái)越多，因?yàn)樗麄冎庇^上認(rèn)為千兆要比當(dāng)前的百兆以太網(wǎng)更快。而實(shí)際情況是，目前千兆以太網(wǎng)在工業(yè)控制中的使用還并不多，因?yàn)榍д滓蕴W(wǎng)自身還有一些難點(diǎn)正在解決?！奔词故褂们д滓蕴W(wǎng)交換機(jī)，更多情況也是千兆連接上位機(jī)，底層的PLC連接百兆，制約整個(gè)系統(tǒng)的性能?！癊therCAT的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是對(duì)帶寬的利用率可以達(dá)到80-90%，明顯高于輪循/時(shí)間片方式、廣播方式的帶寬利用率， EtherCAT現(xiàn)有的百兆傳輸速率足以與其他千兆傳輸速度媲美，而且性能穩(wěn)定，所以客戶就不必改變現(xiàn)有設(shè)備，從而保護(hù)投資?！背谈瑫r(shí)指出，千兆以太網(wǎng)必然是未來(lái)的趨勢(shì)，而EtherCAT也支持千兆以太網(wǎng)的發(fā)展，因此對(duì)于現(xiàn)在或未來(lái)EtherCAT都不會(huì)過(guò)時(shí)。
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安全性高，夯實(shí)應(yīng)用根基
對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域客戶，安全是非常重要的。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)故障、丟失、失真、數(shù)據(jù)序列錯(cuò)誤或過(guò)度延遲都是不能允許的。EtherCAT引入開(kāi)放的Safety over EtherCAT （FsoE）協(xié)議實(shí)現(xiàn)安全的數(shù)據(jù)傳輸與交換。Safety over EtherCAT基于IEC61508標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，滿足安全等級(jí)SIL3，殘留差錯(cuò)概率＜10-9。它定義了一個(gè)安全性通訊層以便在設(shè)備間傳輸安全性過(guò)程數(shù)據(jù)，這樣EtherCAT安全相關(guān)通信和控制通信可以在同一網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)，由此帶來(lái)的好處是不但減少了現(xiàn)場(chǎng)總線和接口的數(shù)量，對(duì)于安全數(shù)據(jù)和非安全I(xiàn)/O的組態(tài)，診斷和維護(hù)可以在中央處理器的同個(gè)工具下進(jìn)行。經(jīng)認(rèn)證的Safety over EtherCAT產(chǎn)品，如安全I(xiàn)/O，安全PLC、安全伺服驅(qū)動(dòng)已供應(yīng)市場(chǎng)。例如倍福應(yīng)用于風(fēng)電的相關(guān)產(chǎn)品引入了EtherCAT安全協(xié)議，在加工模具等行業(yè)，EtherCAT安全協(xié)議也已經(jīng)應(yīng)用。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)+技術(shù)支持，助力市場(chǎng)快速成長(zhǎng)
從2003年正式成立至今，EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)（ETG）短短幾年的時(shí)間已擁有超過(guò)1900 個(gè)會(huì)員單位，成為全球最大的工業(yè)以太網(wǎng)組織?！霸缙冢瑲W美市場(chǎng)是EtherCAT技術(shù)推廣、發(fā)展的主要陣地，而近年EtherCAT迅速被亞洲用戶接受和認(rèn)知，僅中國(guó)地區(qū)的會(huì)員目前就已經(jīng)超過(guò)200?！盓TG的發(fā)展充分證明了EtherCAT技術(shù)強(qiáng)大的市場(chǎng)號(hào)召力，因?yàn)闊o(wú)論是OEM制造商，最終用戶還是技術(shù)提供商，都能借助EtherCAT獲得競(jìng)爭(zhēng)力的顯著提升。
程庚認(rèn)為，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈當(dāng)下，EtherCAT技術(shù)能很大程度節(jié)約客戶成本?！笆紫龋捎贓therCAT從站物理層是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)器件，因此價(jià)格非常便宜，并且除了芯片和物理層無(wú)需購(gòu)置其他特殊板塊或通訊卡等硬件設(shè)備。其次，作為唯一一個(gè)直達(dá)I/O的以太網(wǎng)，EtherCAT與I/O的連接不需要耦合器或者其他專(zhuān)用設(shè)備，從而省去了耦合器的成本?！笨傊?，從工程，硬件等各環(huán)節(jié)EtherCAT都可實(shí)現(xiàn)成本的優(yōu)化。
現(xiàn)在，EtherCAT的應(yīng)用已經(jīng)覆蓋機(jī)床加工、物流、印刷機(jī)械、注塑機(jī)、機(jī)器人控制等幾乎所有自動(dòng)化領(lǐng)域，并且在伺服驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)EtherCAT的占有率高居首位。此外EtherCAT支持變頻器、I/O、控制器、HMI、伺服驅(qū)動(dòng)、變速電機(jī)、傳感器、從站及主站開(kāi)發(fā)工具、控制面板、閥門(mén)等廣泛的產(chǎn)品選擇。截止到2010年7月，為ETG會(huì)員提供的研發(fā)工具套件已超過(guò)1000個(gè)，其中25% 為主站，75%為從站，程庚指出，中國(guó)自動(dòng)化廠商對(duì)于EtherCAT產(chǎn)品和系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)主要集中在CNC和伺服，流程行業(yè)DCS系統(tǒng)和半導(dǎo)體設(shè)備，因此ETG未來(lái)將繼續(xù)加大對(duì)國(guó)內(nèi)廠商的支持，尤其是開(kāi)發(fā)通用產(chǎn)品的廠商，從而讓EtherCAT技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)更蓬勃的發(fā)展，并期待更多中國(guó)廠商也加入EtherCAT的陣營(yíng)。
（轉(zhuǎn)載）
