11月15日，EtherCAT技術(shù)協(xié)會(ETG)中國代表處在北京舉行了十周年慶典，70多名業(yè)內(nèi)嘉賓齊聚一堂，與ETG中國團隊共同見證了這一重要時刻。從最初的5家會員到目前近800家會員，十年來EtherCAT技術(shù)在中國市場獲得了的廣泛接納與認(rèn)可，憑借高性能，低成本，使用簡單、靈活的拓?fù)涞忍攸c為中國制造企業(yè)全面提高競爭力。
性能突破，最快的工業(yè)以太網(wǎng)
總線系統(tǒng)是控制架構(gòu)的核心，同時也是決定系統(tǒng)成本，調(diào)試時間和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。普通以太網(wǎng)用于實時通信時往往會面臨帶寬利用率，堆棧延遲，交換機延遲三個主要性能問題。EtherCAT的關(guān)鍵工作原理在于其節(jié)點對于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的處理：在數(shù)據(jù)幀向下游傳輸?shù)倪^程中，每個節(jié)點讀取尋址到該節(jié)點的數(shù)據(jù)，并將它的反饋數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)幀，這種傳輸方式改善了寬帶利用率，使得每個周期通常用一個數(shù)據(jù)幀就足以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，同時網(wǎng)絡(luò)無需使用交換機或者集線器。
“當(dāng)前智能制造很重要的一點就是需要打通橫向與縱向，實現(xiàn)IT與AT的融合，但很多人認(rèn)為的融合就是最底層的傳感器數(shù)據(jù)要直接達(dá)到公司決策層，并且企業(yè)任何一個層面都可以獲得工廠所有的底層數(shù)據(jù)到個層面，我認(rèn)為這是一種誤解?！盡artin Rostan表示工廠內(nèi)所有的數(shù)據(jù)應(yīng)該是可以讀取的，但是這不意味著對所有數(shù)據(jù)做扁平化處理，而是區(qū)分每個層級的重要性，否則大量的數(shù)據(jù)對于制造企業(yè)來說會非常難以管理掌控。Martin Rostan看來理想的狀態(tài)是機器本身需要一個獨立的網(wǎng)絡(luò)，機器和機器之間的數(shù)據(jù)交換由另一個專門的網(wǎng)絡(luò)來完成，從而提高網(wǎng)絡(luò)通訊效率。EtherCAT正是基于這樣一種架構(gòu)而提出，這種處理幀的獨特方式也讓EtherCAT成為最快的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。
據(jù)了解，在高速以太網(wǎng), 全雙工模式下EtherCAT傳輸速率可達(dá)2 x 100Mbit/s，256數(shù)字量I/O刷新時間為11μs。在40 個軸 (每軸 20 Byte 輸入和輸出數(shù)據(jù))，50個 I/O 站，共計560個EtherCAT總線端子模塊，其中2000 個數(shù)字量 + 200個模擬量, 總線長度500米的系統(tǒng)條件下，EtherCAT循環(huán)時間為276μs明顯優(yōu)于其他總通訊技術(shù)，并且仍有56%的帶寬為其他通訊保留。
真正的開放標(biāo)準(zhǔn)
EtherCAT技術(shù)2003年引入市場，目前ETG全球會員公司達(dá)4500多家，涵蓋65個國家，是當(dāng)前全球最大，成長速度最快的現(xiàn)場總線組織。Martin Rostan認(rèn)為EtherCAT之所以受到市場的認(rèn)可，除了它卓越的技術(shù)性能，真正的開放性也是重要原因。雖然現(xiàn)在市面上幾乎所有通訊協(xié)議都具備開放性的特點，Martin Rostan認(rèn)為“到底有多少主站/控制器廠商支持這個技術(shù)”才是判斷通訊協(xié)議是否真正開放的關(guān)鍵指標(biāo)?！耙驗榇蟛糠值默F(xiàn)場總線技術(shù)都被某個別巨頭所統(tǒng)治，只有某一個或幾個大公司才能開發(fā)主站系統(tǒng)。”
EtherCAT協(xié)議是符合IEC, ISO及SEMI標(biāo)準(zhǔn)的開放技術(shù)，任何人都可以以兼容的方式免費使用該技術(shù)。目前EtherCAT主站供應(yīng)商多達(dá)201家，主站堆棧適用于多種實時操作系統(tǒng)，包括開源/共享的源代碼。供應(yīng)商多樣性無疑增加了用戶的經(jīng)濟效益，降低投入成本。當(dāng)然EtherCAT設(shè)計之初就考慮了成本優(yōu)化因素，除了網(wǎng)絡(luò)無需使用交換機或者集線器，在傳感器，I/O設(shè)備或嵌入式控制器中添加EtherCAT接口也不會顯著增加設(shè)備成本，并且不需要更強大的CPU，CPU僅取決于目標(biāo)應(yīng)用的需求。
面向未來的數(shù)據(jù)傳輸
隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來工業(yè)領(lǐng)域也要求價值鏈中的各個層級實現(xiàn)無縫，持續(xù)且標(biāo)準(zhǔn)化的通信，EtherCAT的高性能，靈活開放的接口從根本上滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。EtherCAT無需觸摸控制器或更新從站設(shè)備，即可支持現(xiàn)有系統(tǒng)連接到云端，其開放接口允許集成任何基于IT的協(xié)議，從而為IoT提供直接鏈路，傳感器與云之間不會有協(xié)議間斷。這些特性顯示了EtherCAT技術(shù)架構(gòu)的前瞻性。
當(dāng)然從推出至今，EtherCAT并不是一成不變的，而是在不斷完善演進(jìn)，跟隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展增加了更多網(wǎng)絡(luò)特性，“但是我們最引以為豪的是，EtherCAT從2003年以來就只有一個版本，”協(xié)議的一致性與持續(xù)性在通信技術(shù)中堪稱典范。
在11月底德國紐倫堡的SPS/IPC/Drive展會上，ETG發(fā)布基于TSN(時間敏感網(wǎng)絡(luò))技術(shù)的實施應(yīng)用：EtherCAT利用TSN技術(shù)，實現(xiàn)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)、EtherCAT主站與從站網(wǎng)段的時間確定性通訊，為面向未來的基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實時應(yīng)用提供更多的可能。Martin Rostan 表示，從TSN研發(fā)的第一天，那時還稱為AVB，ETG的專家就開始關(guān)注并跟進(jìn)這一技術(shù)，“雖然目前TSN備受關(guān)注，但實際上TSN并不是一種簡單的總線技術(shù)，它的發(fā)展和應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究探討。我們認(rèn)為更高層的控制器之間的通訊過程，是TSN與EtherCAT的結(jié)合點。”
EtherCAT技術(shù)協(xié)會也是最早于OPC基金會達(dá)成合作的現(xiàn)場總線組織之一，OPC UA是一種可擴展的基于TCP/IP的客戶端/服務(wù)器通信技術(shù)，已成為EtherCAT協(xié)議的補充。Martin Rostan強調(diào)，EtherCAT技術(shù)不會向上去完善OPC UA所具有的性能，而OPC UA也不會往下延伸到EtherCAT的應(yīng)用場合。兩者之間只是開放一個通用接口，當(dāng)技術(shù)或應(yīng)用環(huán)境成熟，可立即進(jìn)行實施?！捌髽I(yè)在轉(zhuǎn)型的過程中，不可能立刻將總線系統(tǒng)完全更換為EtherCAT，用戶放心的是EtherCAT可以與底層其他總線技術(shù)無縫集成，實現(xiàn)平穩(wěn)過渡?！泵嫦蛭磥頃r刻做好準(zhǔn)備!
