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EtherCAT 技術協會中國區代表 范斌
工業以太網 (Ethernet)是基于IEEE 802.3的強大的區域和單元網絡，市場占有率高達80%，是當今LAN（局域網）領域中首屈一指的網絡。目前，有許多方案力求實現以太網的實時能力。這些方案雖然可以在某種程度上快速準確地將數據包傳送給所連接的以太網節點，但是，輸出或驅動控制器重定向所需要的時間以及讀取輸入數據所需要的時間都受制于具體的實現方式。
由德國倍福自動化有限公司所研發的開放的高速實時以太網絡通訊協議EtherCAT具備更高的性能，更低的成本，靈活的網絡拓撲結構，系統配置簡單，無縫集成傳統現場總線系統，操作直觀簡便，同時集成安全。EtherCAT為現場總線技術領域樹立了新的性能標準。
幫助用戶提高競爭力
工欲善其事，必先利其器。高性能的產品更要搭配高性能的通訊協議，方能事半功倍。當然，總線系統也許并不意味著所有，但沒有它，機器就什么也不是！這就是為什么一個優秀的工程師在系統設計的第一步就要選擇正確的總線技術的原因。以太網技術在自動化領域的應用讓通訊的“路”更寬了，之后數據又該如何傳輸呢？EtherCAT技術協會中國區代表范斌女士介紹道：“EtherCAT技術的運行原理如同一列高速火車，‘火車’（以太網幀）不停地飛速行駛，每列‘火車’經過每一個從站時都采取不停車的方式減速進行數據交換，提取或插入單獨的‘乘客’（Bit）或 ‘一組乘客’，甚至是多組乘客。因為同一時間的某一點上只有一列‘火車’在跑，沒有任何沖突與延遲。這種傳輸方式改善了帶寬利用率，使得每個周期通常用一個數據幀就足以實現數據通信，同時，網絡不再需要使用交換機或集線器。”用高速火車形容EtherCAT的原理非常貼切，它擁有多種機制，支持主站到從站、從站到從站以及主站到主站之間的通訊，并且完全兼容以太網，最大化地利用以太網所提供的巨大帶寬。
EtherCAT憑借高性能、靈活性以及實施成本低廉的優勢廣泛應用于各個行業領域。范斌表示：“除了實施成本符合中國廠商的需求外，性能和靈活性方面EtherCAT也絕對具備競爭力。首先，EtherCAT 擁有卓越的通訊性能，提供納秒級精確的同步，突破性地建立了新的技術標準——30 μs內可以更新1000個I/O數據，可選擇雙絞線或光纖，并利用以太網和因特網技術實現垂直優化集成。其次，靈活的拓撲結構可以使幾乎無限數量的節點組成線型、樹型、星型拓撲及任何拓撲的組合。使用成本低廉，無需交換機或其它有源基礎組件。再者，‘Safety over EtherCAT’功能性安全直接建立在總線中，可以選擇集中式或分散式的安全邏輯。由于使用‘黑色通道’（‘Black-Channel’）的方法，它同樣適用于其他總線系統。”
EtherCAT突破了其他以太網解決方案固有的局限性。它無需像其它方案那樣接收以太網數據包，將數據包解碼后再將過程數據復制到各個設備。EtherCAT從站設備在報文經過其節點時讀取帶有相應尋址信息的數據，同樣，輸入數據也是在報文經過時插入至報文中。整個過程中，報文只有幾納秒的時間延遲。由于發送和接收的以太網幀壓縮了大量的設備數據，所以可用數據率達90%以上。100 Mb/s TX的全雙工特性完全得以利用，有效數據率可大于100 Mb/s（即大于2×100 Mb/s的90%）。
對于最終用戶而言，選擇什么樣的通訊協議不應是他們的根本目的，他們的目標是更好地提高生產效率，提升產品的市場競爭力。EtherCAT是目前帶有出色同步性能且速度最快的工業以太網技術，廣泛應用于各種場合，采用該技術可將控制性能輕松提高20%，甚至更高。范斌講道：“機械設備精確度的提高和產量的增加可以降低生產成本并且帶來更高的利潤空間。有的客戶認為EtherCAT的速度這么快，對其現有的生產來說根本沒有必要。但我們想強調的是，你希望現在的選擇過兩年后就要更換嗎？為何不選擇五年十年都不需要再更換的EtherCAT呢？它已經完全能滿足現在和未來工業的通訊需求，不僅簡化了產品生命周期內的設備配置和維護工作，而且成本也相當甚至低于了現場總線的水平。EtherCAT設備種類多樣，其采用率在歐洲、亞洲、美國都超越了其他任何工業以太網技術。”從范斌的言語中流露出一份堅定與自信，她十分看好EtherCAT未來的發展。
ETG推動技術發展
EtherCAT技術協會（EtherCAT Technology Group，縮寫為ETG）于2003年11月成立，是全球最大的工業以太網組織，旨在支持、完善并推廣EtherCAT技術。其會員遍及6大洲的50個國家和地區，會員資格對所有潛在用戶免費開放。目前2000多家會員單位中包括設備制造商、技術提供商和最終用戶。ETG的主要職責是負責宣傳推廣EtherCAT技術，并且為ETG會員提供在EtherCAT實施過程中的技術支持。EtherCAT是一項國際標準化的開放技術，任何人都能以兼容方式免費使用該技術，但并不意味著任何人可以肆意修改EtherCAT，否則會喪失其互操作性。ETG專門設有授權的一致性測試中心及一致性測試工具來確保不同廠商產品的一致性。談到ETG時范斌表示：“ETG的推廣策略是以技術導向為主，在工業自動化領域進行技術原理的推廣。通過參加展會和舉辦研討會，讓越來越多的廠商了解EtherCAT，同時了解我們的會員企業以及這些企業的EtherCAT產品。這樣的推廣方式可以讓講解技術不再那么空洞，廠商們對此也更感興趣。” 2012年9月14日，為期四天，橫跨京、蓉、穗、滬四地的EtherCAT中國巡回研討會在上海收官。作為工業以太網全球系列研討會的重要組成部分，EtherCAT中國巡回研討會受到自動化企業的廣泛關注和積極響應，總計600多名工程師參加了此次活動。范斌說：“EtherCAT中國巡回研討會的成功舉辦標志著EtherCAT技術已經在中國扎根并茁壯成長，越來越多的自動化廠商正積極投入到EtherCAT技術的應用及開發中，以全面提升其產品競爭力。未來，ETG將到更多的城市和地區組織開展各種形式的技術交流活動，進一步推動EtherCAT的發展。”
在范斌看來，EtherCAT能夠最大化地實現制造商的想法，將其推廣到中國的制造業中具有重要的意義。基于EtherCAT技術的完全開放性，很多中國廠商將自己創新的想法與EtherCAT的應用相結合，用極其巧妙的方式實現了設備在各行業中的應用。
毫無疑問，出色的性能以及靈活性和開放性就是EtherCAT的籌碼，這使它近兩年在中國的發展極為迅猛。從討論EtherCAT的原理和特點，到詢問如何具體實施和研發，中國廠商對它的認知逐漸深入。如今，ETG在中國的會員數量已近300家，中國廠商對該技術也可謂是各取所需，速度快、靈活性高，甚至實施成本低廉都是選擇它的原因，這也足以證明了EtherCAT可以滿足廠商的各類需求，幫助他們提高市場競爭力。范斌告訴記者，她希望EtherCAT在中國的發展能越來越好，通過ETG和廠商們的宣傳，讓更多的最終用戶了解并認可這項通訊技術，她對此非常有信心。
摘自《自動化博覽》2013年2期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號