什么是EtherCAT?

有些人把EtherCAT称为“以太网现场总线”，这并不公平，因为一直存在争议使用以太网作为现场总线。现场总线是控制器与设备级(传感器、执行器、伺服驱动器等)通信的机制。我们不是在谈论工业物联网(IIoT)或云机制。我们讨论的是力学，是使事物运转的装置。

这里重要的是时间决定论和易用性。工业控制器需要在一致的时间基础上与现场设备通信。这在ip交换网络中不能很好地工作。基于ip的以太网协议在现代控制系统中有太多的延迟、延迟、成本和浪费的开销。

那么EtherCAT是如何解决这个问题的呢?

EtherCAT不是基于ip的协议。它以一种特殊的方式使用标准的、未修改的以太网帧。

EtherCAT不是为现场的每个设备生成一个以太网帧，而是生成一个帧。当系统启动时，EtherCAT控制器轮询每个现场设备并问道:“你是谁?”你是什么?你在读什么?你在写什么?当以太网帧通过系统时，这是指向数据的指针。”不需要其他任何东西。不需要对设备进行特定的寻址。

这做了两件事。首先，控制器只需要直接从内存中复制一段数据，填充以太网帧，然后发送它。其次，控制器的CPU不受按位内存访问的束缚，可以自由地处理其主要的控制工作，而不是处理现场总线。

这是隐式寻址。当帧通过系统时，每个EtherCAT现场设备都知道它的数据在帧中的位置(有点像火车上分配的座位)。不需要显式寻址。最好将EtherCAT视为共享内存，因为它直接将数据读写到控制器内存中。

一个帧与所有现场设备对话，而不必为每个设备生成单独的帧。它充分利用了无处不在的以太网物理层，这意味着使用普通的以太网组件。EtherCAT没有否定IEEE 802.3以太网物理层。ETG称这种方法为“动态以太网”。(请查看名为“EtherCAT功能原理”的简短视频。)

EtherCAT拓扑是一个没有交换机的全双工系统

EtherCAT被吹捧为一种性能总线，它确实是这样，但由于其特殊的功能原理，EtherCAT还具有灵活的拓扑结构，这一点经常被忽视。EtherCAT是一个没有交换机的全双工系统。这使得线路拓扑成为可能，它总是更适合于工业系统，而不是星形连接的、基于交换机的拓扑(理论上，基于交换机的方法也支持线路拓扑，但在实践中要避免级联交换机)。如果需要从行中删除，也可以使用EtherCAT——甚至支持复杂的树拓扑。

具有无限的拓扑灵活性，甚至包括介质冗余或热连接组。您可以以任何与系统最佳配合的方式连接设备。无论系统如何连接，它对控制器来说都像一个环。这节省了设计工作、成本并简化了安装。不需要复杂的网络配置。

EtherCAT只有一个版本

EtherCAT的一个巨大优势是它只有一个版本——版本1。虽然功能有所增强，但今天开发的EtherCAT设备仍然可以取代15年前部署的网络中开发的设备。EtherCAT的基本功能从来没有改变过，没有人期望除了EtherCAT 1之外还会有什么。这是因为EtherCAT从一开始就经过了深思熟虑。

EtherCAT为什么使用100mbit /s以太网?

由于EtherCAT使用以太网的方式的效率，一帧换多帧，很少有理由考虑千兆网络。千兆以太网不是救世主，尽管它经常被吹捧为救世主。100mbit /s具有许多优点:更强的抗噪性、更低的硬件成本、更少的散热和更大的产品供应。物理和磁性无处不在，而且价格低廉。我们经常被误导，认为千兆比特总是更好。谈到消费技术时，人们可能会同意，但对于工业控制系统(ICS)来说，千兆比特的成本和复杂性要高得多，尤其是在设备端。你真的需要一个千兆接口来连接传感器吗?

因此，虽然100mbit /s的EtherCAT几乎可以满足现在和未来所有的周期时间要求，但越来越多的设备和应用需要更多的带宽。因此，EtherCAT G的开发已经开始，EtherCAT也将支持1 Gbit/s及以上的比特率。这将与现有的数千台100mbit /s EtherCAT设备共存。EtherCAT G不会使现有的EtherCAT设备过时;它将是用于视觉系统、高采样率测量应用和极其先进的协调运动系统等设备的另一个扩展。

最重要的是，它在保持现有EtherCAT 100 Mbit/s产品的大量选择的同时做到了这一点。不仅如此:千兆骨干网和100mbit /s的现场设备段的组合保持了鲁棒性和低成本，同时为需要它的人提供了更多的带宽。供应商将不必针对不同的物理层重新设计他们的产品。

简单是用户的王道:没有IP或MAC地址处理，没有交换机或路由器的使用

EtherCAT努力使事情变得更简单，更容易使用。没有IP或mac地址处理，没有交换机或路由器配置，没有拓扑限制，也没有安全问题。用户甚至不需要完全理解底层设计。这就是问题的关键。这甚至适用于分布式时钟，用于在纳秒量级上对系统进行时间同步。

无论控制器或设备如何，使用EtherCAT都很简单。这是一种经过深思熟虑的一致性。所有EtherCAT组件都使用相同的格式。这是故意的，它促进了使用任何EtherCAT设备时的易用性。

EtherCAT诊断

EtherCAT以一种独特的方式使用了几种以太网802.3技术。一种是链路丢失检测。我们都见过PC的以太网LED在插入网络后变绿。这是内置于以太网中的。物理链路检测由EtherCAT监控，如果链路断开或丢失，EtherCAT设备将关闭端口，返回帧并通知控制器链路丢失。此外，每个设备都监控每个帧的比特错误，如果有，也会定位其来源。这允许确定诊断。大多数EtherCAT网络问题是由电缆和连接器引起的。精确的错误定位是一个很大的好处，也是EtherCAT在娱乐行业如此流行的原因之一。

EtherCAT的一致性和互操作性

如果现场设备无法轻松访问和配置，那么所有这些都没有意义。ETG的重点是一致性和互操作性。促进控制器和现场设备之间的互操作性是非常复杂和重要的。用户需要确信所选择的设备将始终工作。

每个EtherCAT供应商都有义务使用EtherCAT一致性测试工具，该工具可以对现场设备进行自检。此外，该设备仍然可以被送到认可的测试实验室，在通过测试后获得证书-当然，这也是对用户的额外确认。EtherCAT一致性测试工具不断完善。ETG从旧的现场总线中吸取了教训，这些总线提供的静态一致性工具很快就过时了。因此，供应商在一致性工具的旧版本或替代版本上浪费了大量精力。

为了保护EtherCAT技术，ETG发布了一套所有成员共同接受的政策。这些服务于确保实现一致性，从而确保设备的互操作性。许可策略也服务于相同的目标:为所有设备供应商提供对该技术的访问，同时避免在操作领域引起问题的变化。

没有一家供应商能提供所有的答案。能够选择最适合控制系统的设备是一个巨大的优势。

控制系统需要可靠的通信网络

EtherCAT技术小组认为通信网络是控制系统中最重要的技术组成部分。ETG的一个消息是首先选择这个网络，然后选择控制器。EtherCAT对控制系统集成商具有许多优点，易于使用，并为最终客户提供强大的诊断。

- - - - - -罗伯特·b·查斯克，体育运动员，的北美代表是EtherCAT技术集团他是CFE媒体和技术内容合作伙伴。编辑克里斯·瓦夫拉，网络内容经理，控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com。

关键词:EtherCAT, EtherCAT技术集团

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