“天下武功，唯快不破”在电影里是高手制胜的秘诀。在工业控制领域，追求更快的速度也是颠扑不破的硬道理，正因为如此才不断衍生出新的技术。作为当前最快的工业以太网技术，EtherCAT的出现不但突破了传统的现场总线系统在控制理念上的瓶颈，同时也为行业树立了新标准。当然，更快的速度并不足以满足客户的所有需求，对此EtherCAT技术协会ETG技术推广工程师程庚表示，能获得客户与行业的认可在于EtherCAT更全面的优势和性能提升。
EtherCAT技术协会ETG技术推广工程师 程庚
速度更快, 弥补系统短板
传统以太网需要多帧或者TCP/IP的方式，接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备，这个过程会产生延时。EtherCAT采取一种“数据列车”的方式设计：嵌入在每个从站中的现场总线存储管理单元在帧经过该节点时读取相应的编址数据，并同时将报文传输到下一个设备。同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中，太网帧就像高速行驶的火车，子报文就是一节节的车厢且车厢长度可以改变，而数据包则像乘客，EtherCAT从站设备就是在车厢经过时让乘客上车或下车。这种边传输边处理的方式，使报文只有几纳秒的时间延迟，并可以达到非常高的数据交换，单个以太网帧最多可进行1486字节的过程数据交换，几乎相当于12000个数字输入和输出，而传送这些数据耗时仅为 300 µs。
程庚表示，速度越来越快，性能越来越高时以太网发展的趋势，大家在寻求更快以太网的同时却往往忽视一个衡量以太网性能的一个重要指标——带宽利用率。“现在工业控制领域的很多客户，对了满足应用需求对千兆以太网的诉求越来越多，因为他们直观上认为千兆要比当前的百兆以太网更快。而实际情况是，目前千兆以太网在工业控制中的使用还并不多，因为千兆以太网自身还有一些难点正在解决。”即使使用千兆以太网交换机，更多情况也是千兆连接上位机，底层的PLC连接百兆，制约整个系统的性能。“EtherCAT的一个显著优势是对带宽的利用率可以达到80-90%，明显高于轮循/时间片方式、广播方式的带宽利用率， EtherCAT现有的百兆传输速率足以与其他千兆传输速度媲美，而且性能稳定，所以客户就不必改变现有设备，从而保护投资。”程庚同时指出，千兆以太网必然是未来的趋势，而EtherCAT也支持千兆以太网的发展，因此对于现在或未来EtherCAT都不会过时。
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安全性高，夯实应用根基
对于工业领域客户，安全是非常重要的。数据传输过程中数据故障、丢失、失真、数据序列错误或过度延迟都是不能允许的。EtherCAT引入开放的Safety over EtherCAT （FsoE）协议实现安全的数据传输与交换。Safety over EtherCAT基于IEC61508标准开发，满足安全等级SIL3，残留差错概率＜10-9。它定义了一个安全性通讯层以便在设备间传输安全性过程数据，这样EtherCAT安全相关通信和控制通信可以在同一网络上实现，由此带来的好处是不但减少了现场总线和接口的数量，对于安全数据和非安全I/O的组态，诊断和维护可以在中央处理器的同个工具下进行。经认证的Safety over EtherCAT产品，如安全I/O，安全PLC、安全伺服驱动已供应市场。例如倍福应用于风电的相关产品引入了EtherCAT安全协议，在加工模具等行业，EtherCAT安全协议也已经应用。
技术优势+技术支持，助力市场快速成长
从2003年正式成立至今，EtherCAT技术协会（ETG）短短几年的时间已拥有超过1900 个会员单位，成为全球最大的工业以太网组织。“早期，欧美市场是EtherCAT技术推广、发展的主要阵地，而近年EtherCAT迅速被亚洲用户接受和认知，仅中国地区的会员目前就已经超过200。”ETG的发展充分证明了EtherCAT技术强大的市场号召力，因为无论是OEM制造商，最终用户还是技术提供商，都能借助EtherCAT获得竞争力的显著提升。
程庚认为，在市场竞争激烈当下，EtherCAT技术能很大程度节约客户成本。“首先，由于EtherCAT从站物理层是标准的以太网器件，因此价格非常便宜，并且除了芯片和物理层无需购置其他特殊板块或通讯卡等硬件设备。其次，作为唯一一个直达I/O的以太网，EtherCAT与I/O的连接不需要耦合器或者其他专用设备，从而省去了耦合器的成本。”总之，从工程，硬件等各环节EtherCAT都可实现成本的优化。
现在，EtherCAT的应用已经覆盖机床加工、物流、印刷机械、注塑机、机器人控制等几乎所有自动化领域，并且在伺服驱动市场EtherCAT的占有率高居首位。此外EtherCAT支持变频器、I/O、控制器、HMI、伺服驱动、变速电机、传感器、从站及主站开发工具、控制面板、阀门等广泛的产品选择。截止到2010年7月，为ETG会员提供的研发工具套件已超过1000个，其中25% 为主站，75%为从站，程庚指出，中国自动化厂商对于EtherCAT产品和系统的开发主要集中在CNC和伺服，流程行业DCS系统和半导体设备，因此ETG未来将继续加大对国内厂商的支持，尤其是开发通用产品的厂商，从而让EtherCAT技术在中国市场更蓬勃的发展，并期待更多中国厂商也加入EtherCAT的阵营。
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