摘自 https://www.sohu.com/a/217100124_488176

2017年，是實時工業乙太網EtherCAT技術誕生的第14年，也是EtherCAT進入中國的十週年。

2017年11月15日， 由EtherCAT技術協會（ETG )舉辦的“EtherCAT中國路演北京站”活動落下帷幕，作為今年的最後一場路演，也是壓軸路演，會議吸引了來自工業自動化領域的100餘名專家、企業代表及專業媒體的參與。同期，還舉行了“ETG 中國十週年慶典”。

圖1. EtherCAT中國路演北京站大會現場

ETG總部執行董事Martin Rostan先生親臨現場，與來自ETG中國的範斌、程庚、葉儒崢等工業乙太網技術專家一起，全方位地闡述了智慧製造技術平臺EtherCAT的市場、原理、特性、實施和應用，以及ETG 中國十年的發展歷程。同時，德國Beckhoff、德國赫優訊、凌華科技、ACS運動控制和清能德創等裝置製造商的技術工程師也分別分享了 EtherCAT 在全球各領域的應用實踐以及基於EtherCAT的領先自動化解決方案。

通過與EtherCAT技術專家面對面地溝通交流，並參觀贊助商的現場demo展示，與會嘉賓近距離地感受到了高速發展的EtherCAT的技術魅力，深入地瞭解了EtherCAT如何幫助使用者提高產品效能、降低成本從而提升市場競爭力，並領略了現場匯流排、工業乙太網的前沿技術和領先應用。

圖2 .ETG總部執行董事Martin Rostan

高速發展的EtherCAT

2017年，是實時工業乙太網EtherCAT技術誕生的第14年，也是EtherCAT進入中國的十週年。

圖3. EtherCAT在中國發展歷程

EtherCAT技術於2003年由德國倍福在德國漢諾威工業博覽會上首次釋出，為了給來自全球的自動化人員和產品供應商提供EtherCAT技術支援，以及完善與推廣EtherCAT技術，2003年底ETG (EtherCAT Technology Group）組織成立。

歷經多年的發展，面對競爭激烈的工業匯流排協議市場，EtherCAT以其超高速、低成本、靈活易用和開放性等特點，獲得了業界的廣泛認可與接納，基於EtherCAT協議的控制系統、伺服驅動、運動控制等解決方案與產品不斷被推出。據ETG中國區首席代表範斌女士介紹：“當前全球提供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模組（I/O）的有116家，共1000多個種類。EtherCAT採用率在歐洲、亞洲和美國都超過了其他工業乙太網技術。”

與此同時，ETG成為了全球規模最大的現場匯流排和工業乙太網組織，截止本次會議舉辦的前一天，ETG己擁有來自6大洲，65個多國家的4545家會員公司，包括裝置製造商、終端使用者和技術提供商。

而在中國市場上， EtherCAT技術發展迅速，ETG的會員數量一致保持著強勁的增長勢頭，從2007年的 5 家會員發展到目前中國的近 800 家會員。並且，已經獲得IEC、ISO和SEMI國際標準的EtherCAT，在2014年10月還正式成為了中國推薦性國家標準GB/T31230。

圖4. ETG中國區會員發展情況

無疑，無論是在全球還是中國市場，EtherCAT都是成功的。那麼EtherCAT取得如此成績的驅動力是什麼呢？ ETG總部執行董事Martin Rostan總結了除了技術本身優勢以外的重要兩點，也是其它工業乙太網技術所無法比擬的兩點：開放性和一致性。

Martin Rostan指出：儘管幾乎所有的匯流排和乙太網技術都聲稱自己是開放的。但對EtherCAT而言，開放不僅僅體現在從站層面，而且主站技術也是對外開放的， EtherCAT主站供應商已達到了201家，而並不是依賴少數的1家或幾家。同時，ETG還提供免費的實施支援，包括各種互操作性的研發指導文件，適用於多種作業系統和控制器平臺的主站和從站的實施，開放的配置工具，應用介面的規範等等。

在一致性方面，EtherCAT技術儘管也會不斷地進行細節完善和創新，但始終只有一個版本，而並非每年釋出一個新版本；另外，每個製造商產品釋出前會要求使用官方EtherCAT一致性測試工具對其EtherCAT裝置進行一致性測試，在成功通過了授權測試實驗室的測試後，製造商才可以獲得ETG頒發的一致性證書，大大保證了EtherCAT裝置的穩定性和互操作性。

EtherCAT技術充分的開放性，使得不管是歐美還是中國本土的裝置製造商、整合商和終端使用者都可以將EtherCAT技術引入到其主站控制器和從站產品中，從而增強產品本身的競爭力和製造能力；完全的一致性，避免了不同版本之間的不相容性。以上兩項優勢有效地促進了EtherCAT技術實現更廣泛地應用。

另外，Martin Rostan將2014年稱為對於ETG中國具有里程碑意義的一年，他指出：“EtherCAT被定義為中國國家標準後，加速了EtherCAT技術在中國的發展與應用。一方面從語言的角度，被翻譯成為中文更利於中國工程師理解與學習；另一方面意味著使用者提供本地化服務。”

EtherCAT：提升競爭力的利器

作為當前工業匯流排領域最受矚目的通訊協議之一，EtherCAT受到了全球裝置提供商和最終使用者的廣泛關注與重視。然而，除了EtherCAT技術本身的原理、優勢及特點外，越來越多的企業開始關心“通過應用EtherCAT可以得到什麼”，ETG總部執行董事Martin Rostan在本次研討會上給出了答案“EtherCAT most a means to achieve comptetitive advantages”。

Martin 先生指出對於通訊系統/電氣裝置而言，質量、效率（吞吐量）、價格、節能、安全性、可擴充套件性、易於整合（到工廠環境中）、可獲得全球支援、使用者友好、供應商可靠等等因素，是區別企業與競爭對手的重要因素。而選擇EtherCAT則可以從這些方面獲得具有競爭力的優勢。諸如：

在質量方面。EhterCAT作為最快的工業乙太網技術，其在利用百兆全雙工乙太網的基礎上使用獨特的傳輸機制——“On the fly”，即資料幀在網路傳輸的同時，每個節點讀取幀中定址到該節點的資料，並將需要交換的資料寫入幀。這種方式的頻寬利用率很高，通過這種資料處理方式，可以實現高效過程資料傳輸並使乙太網資料有效率接近100%，從而用最佳的頻寬利用率獲得最高的效能。高效能，意味著高精度、高品質、高效率。因此，採用EtherCAT通訊，使用者可以獲得μs級的掃描週期，從而提高裝置的控制精度、質量和執行效率。

圖5. EhterCAT執行原理（on the fly）

在價格/成本方面。無論是裝置製造商還是OEM，EtherCAT主站介面硬體成本僅需要一個乙太網埠，從站則採用ASIC晶片、FPGA，或者標準的集成了EtherCAT通訊功能的微處理器晶片都可以實現，整合度高且價格低廉，從而有效降低了裝置成本。

另外，EtherCAT簡單耐用可以自動配置地址無需手動配置，且不需要任何交換機或其他有源裝置，可以採用標準的乙太網線纜和接頭，同時，由於EtherCAT技術提供了精準的錯誤定位而減少排錯時間，從而大大節省了配置、安裝和維護等成本。

此外，EtherCAT的開放性，使得市場上有足夠多的可買到的EtherCAT主站和從站軟體，以及來自於多個供應渠道的晶片，這也意味著企業具有廣泛的產品可選擇，因此帶來的價格優勢也會存在。

當前，EhterCAT是唯一成本等於或小於現場匯流排成本水平的工業乙太網系統。

在安全性方面。EtherCAT功能性安全（Safety over EtherCAT）可以實現在同一個網路上進行安全相關的通訊和一般的控制通訊，ETG會員可以利用這個優勢在同一個網路中實現安全通訊，而無需按照傳統的理念通過獨立與自動化控制網路獨立實施，或者採用特定的安全匯流排系統來在控制架構中整合功能安全。另外，Safety over EtherCAT使用“黑色通道（Black Channel）”的方法，所以也適用於其他匯流排系統。

在擴充套件性方面。EtherCAT支援線型、樹型、星型拓撲等幾乎所有的拓撲結構，並可以自由選擇拓撲結構，線型拓撲也可以拓展為環型拓撲從而實現線纜冗餘，且主從站裝置都支援冗餘功能，因此可在機器運轉過程中進行裝置交換。另外，EtherCAT網路採用匯流排閘道器，可以將支援其他匯流排的現有裝置整合到EtherCAT網路中並建立一個到其他從站或更高階系統的介面，大大保護了使用者的投資。

也正是基於此，目前EtherCAT已廣泛地應用於機器控制、測量裝置、醫療裝置、汽車和移動裝置及無數的嵌入系統中，特別是運動控制領域，據悉全球四大機器人廠商都採用了EtherCAT匯流排通訊。

EtherCAT P：通訊與電源集成於一根線纜中

在本次會議上，ETG中國技術工程師程庚對EtherCAT P進行了全面展示。EtherCAT P於2015年的SPS IPC Drives展會上推出，作為EtherCAT協議物理層標準的補充，其最大的亮點是將系統EtherCAT通訊和外圍電壓整合在一根乙太網電纜中，並支援從站在通訊的同時進行供電傳輸。

EtherCAT P 技術與EtherCAT 完全相容，因此EtherCAT 的高效能如直達感測器或執行器的 100 Mbit/s 全雙工通訊、實時資料處理、與分散式時鐘的高精度同步以及低於 100 μs 的週期時間，EtherCAT P也同樣具備。

另外，由於EtherCAT P可以在單根電纜中同時提供資料傳輸和供電，大大簡化了系統佈線工作，降低了材料和裝配成本以及減少了安裝時出錯的可能性。同時，也減少了電纜線路、控制櫃中以及機器本身的空間要求。因此，特別適合於相對獨立且自成體系的機器，是感測器、執行器及測量技術元件等的理想匯流排。

程工指出“有了 EtherCAT P 後，使用傳統的4芯工業乙太網電纜即可實現每臺裝置獲得 2組獨立的24 V 電，每組最大提供3 A的電流，這樣可以實現全新的乙太網現場匯流排佈線方式，以往只能在特別慢的系統中才會採用。”如今倍福已經推出了基於EtherCAT P的產品線，未來將有更多ETG會員公司推出支援EtherCAT P的新產品。

後記

近年來，打通各個獨立系統和裝置之間的互聯互通，實現IT與OT的融合成為了工業企業推進工業4.0、智慧製造的主旋律，工業現場匯流排作為生產過程現場與控制裝置之間的通訊網路，取得了蓬勃發展與廣泛應用。

面對著工業4.0熱潮所帶來的發展機遇，以及市場上百家爭鳴的工業現場匯流排協議， 對於EtherCAT未來的發展策略，Martin表示：在技術層面，ETG 將釋出TSN裝置行規，利用 TSN 技術實現 EtherCAT 網路與外部網路、EtherCAT 主站與 EtherCAT 從站網段的時間確定性通訊，為面向未來的基於工業物聯網的實時應用提供更多的可能；在戰略層面，將在加大EtherCAT技術推廣和市場宣傳的同時，更加註重技術細節的完善與創新，加強不同行業的應用需求的研發並不斷完善協議的應用層介面，從而使EtherCAT技術在更多的行業和國家得到應用。