结合以太网、现场总线的优点，避免限制

EtherCAT通过工业硬化的硬件和独特的功能原理提供可靠的、确定性的通信。EtherCAT是如何工作的?

通过Sree Swarna Gutta 2020年5月8日

N面向工业应用的网络技术能力不断增强和号码。中引入了现场总线晚些时候1980作为模拟4- 20ma的数字替代品继电器系统为可编程逻辑控制器（制度）但很少有人能跟上更快的周期时间年代新兴基于pc的机器控制．

在随后的现场总线战争中，工程师和工厂管理开始了引力向基于以太网的实时现场总线系统发展提供高速和高效的服务。帮助推动信息技术/操作技术（它/不）收敛性。

基于以太网的系统是常用的就像很多口味一样仍然在今天的使用证明。然而,这个问题现在不是哪个?味道植物应该选择吗是否他们需要选择一个。符合IEEE 802.3标准的以太网以太网通信标准有也走了很长的路从那时起，许多新组件支持通信，而无需绑定到传统的现场总线。此举会有帮助吗?植物沟昂贵的管理交换机和流行现场总线的其他缺点?将它去掉的特定于供应商的协议吗?

虽然一些工业以太网系统有局限性，使用标准用于关键任务制造、包装和材料的以太网处理应用程序将是一个错误。

真正的- - - - - -时间功能,时间同步以及考虑这一选择的工程师所寻求的独立性是已经在EtherCAT工业以太网等开放技术中可用系统．EtherC在提供确定性，工业环境健壮的硬件nments,系统架构的灵活性年代以及内置的安全性，以保护没有IT部门的机器和企业级网络干预．

EtherCATbasic功能性p无理年代

EtherCAT的好处其结果功能原则包括：

可扩展以太网进程接口:范围为1bit ~ 64kb。
P动态处理：结合所有处理数据在一个帧中并优化带宽利用率．
高效的米aster-to-slave交流:需要没有MAC或者IP地址。
物理层操作vs. TCP/IP:消除了堆栈延迟。
Distributed时钟：使用每个EtherCAT设备的内置的时钟来确保同步小于1µs，同时补偿不同的通信运行时间。
混合架构:简化了与其他协议或互联网技术的通信。
诊断:提供断点检测，连续“线路质量”测量，以查明传输故障;topologyv视图和诊断界面，以及其他功能。
几乎无限的体系结构年代：允许设备之间相距100米，每网500公里以上，可自由选择拓扑，最多65,535设备每个网络和h不能连接/断开总线段。

EtherCAT determinism，可靠性

当在家里使用以太网时，很少活动可能会严重出错。它通常任务不是很关键吗外一个网络页面不能正常加载，邮件发送失败;或Netflix冻结．也许这会增加2秒甚至1分钟的时间，但它不符合关键任务．米ost消费者做不对标准以太网的缺点忧心忡忡，如带宽利用率低，堆栈延迟，交换机延迟和星型拓扑。

然而，在工业环境中，可靠的数据传输是至关重要的．我f命令不会从机器控制器传递到单个组件很快，如果控制器未接收足够的反馈，可能会造成严重后果。与标准以太网相比和其他工业以太网协议， EtherCAT提供了跨行业应用所需的可靠确定性。即使在那里工业以太网系统的100 Mbit/s通信速度，用户可以放心可靠的，同步发送和接收帧跨机器和工厂的所有规模es。

EtherCAT G和G10 -速率分别为1gbit /s和10gbit /s也会为高度机器视觉、高端测量、高级运动控制等应用提供必要的带宽吗,机器人以及机电一体化系统。一个独特的分支控制器模型将允许100 Mbit / sEtherCAT网络来集成EtherCAT G分支，反之亦然，只需添加一个耦合器。这确保了系统的可扩展性和升级棕地应用程序的能力一个完整的拆换。

的EtherCAT技术集团(ETG)于2019年采用EtherCAT G．The厂商中立的组织，拥有超过5600名会员，致力于EtherCAT技术使用。EtherCAT由倍福自动化于2003年发布。ETG确保的互操作性在列出了200多个EtherCAT主服务器和来自众多供应商的更多从服务器．Developers可以设计基于开放以太网的设备在标准年代．

我ndustrial以太网，硬的硬件

生产环境要求这些技术可以承受极端的条件。Industrial-hardenedI / O终端S提供更多的形式因素年代还有功能性消费级IT部门可能在办公室内使用的路由器和交换机。这些可以包括经典的IP20卡，IP67和IP69K现场安装I / O的盒子PCB板装插件模块，适合批量生产机械．甚至标准以太网电缆应该有适当的屏蔽和连接器设计用于工业用途或通信问题可以出现。

作为一个开放的解决方案，EtherCAT接口年代与“普通以太网”和25人以上其他现场总线和工业以太网系统只需简单地添加一个耦合器或网关，而不会引起transmission延迟。其他e是多个耦合器，eethernet over EtherCAT (EoE)TCP / IP沟通确保EtherCAT网络的互操作性。

EtherCAT p为同步

个人网络年代可以中rt 65535EtherCAT设备，自动配置硬件没有要求MAC或IP地址。Free拓扑选择，无论是星形、线条、树形还是其他，是内建的没有结果的性能损失．已经改善强大的诊断，故障排除更容易th粗糙的一个诊断接口，从整个网络中筛选现有的诊断信息。

与EtherCAT具有在一个以太网帧中以100mbit /s的速度与许多节点进行循环通信的能力。WiEtherCAT，每30分钟可以轮询1000个分布式数字I/OμS和100个伺服轴每100μ年代。

我捕获的EtherCAT从机中的ASIC或FPGA硬件和对主网卡的直接存储器访问使这成为可能。通信协议处理信息独立于CPU性能、协议栈或软件实现。

EtherCAT网络设备通过分布式时钟原理进行同步。本地时钟是内置于所有EtherCAT设备中来连续地保持时钟之间偏差小于100纳秒的标准时基，这考虑了不同的通信运行时。这样可以确保精确的各设备间同步．它还使确定的实际值采集和确定的设定值输出实现绝对精确的响应时间年代．

功能安全，数据安全为以太网

EtherCAT也提供了EtherCAT安全(FSoE)，用于功能安全的TÜV-certified协议。FSoE在所有TwinSAFE设备中都使用，它使用“黑通道”方法来提供必要的信号安全通过用于机器控制的同一以太网电缆进行通信冗余。FSoE为广泛的离散和过程工业应用提供数字和模拟安全。

EtherCAT的功能原理还有助于保护工厂免受网络威胁。EtherCAT主机控制所有从设备，这消除了中间人攻击。恶意软件不能通过EtherCAT传输自该系统不是基于我消除协议。一个网络只转发EtherCAT帧，从控芯片过滤掉任何其他以太网帧，包括数据已损坏或受感染的数据．这些特点和没有管理交换机也劝阻IT部门参与在生产系统中。

虽然标准以太网可以很好地用于消费者和辅助工业组件，但它还不能用于运行机器。为此目的存在许多不同风格的工业以太网。每个都是设计为了达到一个共同的最终目标，但是t这样做不同与独特的优点和缺点。为了确保持续的生产成功，工程师应该选择一种现场总线，它提供以太网的优点，而不需要中的任何一个的缺点。

Sree Swarna Gutta，I / Oproduct米经理-美国，Beckhoff自动化．副主编克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com．