EtherCAT：搭建面向未來智能制造的系統(tǒng)架構(gòu)

著名信息技術(shù)專家何寶宏認為，“架構(gòu)用于描述一個系統(tǒng)內(nèi)部的各組成要素，以及它們之間的相互關(guān)系。架構(gòu)做要素分析時，主要是技術(shù)性考量，更多時候也是環(huán)境因素博弈的結(jié)果。”是的，EtherCAT作為目前發(fā)展最為迅速的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，正是由于其快速、精準、擴展性強而得到客戶的極高評價，更由于其完全的開放性、靈活的拓撲結(jié)構(gòu)和與時俱進的技術(shù)更新而得到愈加廣泛的應用。

如今，不僅在運動控制領(lǐng)域，在測控領(lǐng)域、半導體生產(chǎn)、分布式能源、軍用、商業(yè)演示，甚至仿真游戲等領(lǐng)域都有了EtherCAT的身影?！爸灰こ處焸兞私饬薊therCAT，就會將它的價值帶到更多行業(yè)中去。” EtherCAT技術(shù)協(xié)會(ETG)執(zhí)行董事Martin Rostan日前在ETG中國十周年慶典時接受gongkong采訪中這樣說。

EtherCAT技術(shù)協(xié)會(ETG)執(zhí)行董事Martin Rostan

持續(xù)更新，EtherCAT標準引入TSN技術(shù)以拓展應用領(lǐng)域

EtherCAT自2003年德國倍福公司提出后實行開放式推廣，2007年成為國際標準（IEC 61158），2014年正式成為中國推薦性國家標準（GB/T31230.1～.6）。如今，EtherCAT技術(shù)協(xié)會在全球擁有4500多家會員，ETG中國目前已經(jīng)擁有700余家會員企業(yè)并且還在不斷擴大?！拔覀冃枰牟皇菃渭儠T數(shù)量的增長，而是這一領(lǐng)先技術(shù)的推廣和對自動化市場提供更多的幫助?！?Martin Rostan如是說。對于ETG中國過去十年的成果，Martin Rostan認為最為關(guān)鍵的因素是ETG中國團隊的不懈努力。

Martin Rostan詳細分析了EtherCAT的技術(shù)優(yōu)勢：“EtherCAT最初的設計理念是適用于將來，引入市場以來，EtherCAT保持統(tǒng)一版本，這并不意味著沒有完善，這是與其他協(xié)議差異化的表現(xiàn)。” EtherCAT自2003年引入市場后，一直在進行技術(shù)更新。據(jù)了解，線纜冗余、功能安全、與PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸功能都是逐漸加入的，當下大家最為關(guān)注的TSN技術(shù)（時間敏感網(wǎng)絡）也即將加入EtherCAT標準。

Martin Rostan介紹，TSN在IEEE中是一個工作組，ETG的技術(shù)專家本身就是這個工作組的成員，一直關(guān)注TSN技術(shù)在不同協(xié)議層面的發(fā)展和應用，使EtherCAT采用TSN技術(shù)進行擴展與TSN技術(shù)本身的研發(fā)同步。TSN更像是工具箱，通過TSN將多個工業(yè)控制器與多個不同的EtherCAT網(wǎng)段進行實時通訊，TSN還擴展了用于控制之間通訊的EtherCAT自動化協(xié)議（EAP），進一步將EtherCAT的應用領(lǐng)域擴展到異構(gòu)網(wǎng)絡中，實現(xiàn)了智能制造的靈活性和實時性。

談到智能制造核心技術(shù)OPC UA，Martin Rostan提到兩個原則，一是與OPC協(xié)會協(xié)議建立通用的接口，二是保護各自層面的界限不干涉。OPC協(xié)會兩年前發(fā)布了PubSub機制，對所有在線客戶端進行實時管控，這一功能由TSN工作組進行改善和提升。Martin Rostan說：“ETG已經(jīng)積極參與到OPC性能提升中，實時跟蹤這一技術(shù)，一旦成熟，立即進行接口的工作?！?/p>

完全開放，EtherCAT助力中國企業(yè)打造差異化優(yōu)勢

EtherCAT技術(shù)在中國發(fā)展迅速，不僅得益于中國自動化市場的繁榮和EtherCAT在技術(shù)層面的優(yōu)勢，更重要的是其開放性的架構(gòu)特點?！跋鄥^(qū)別于其他以太網(wǎng)協(xié)議，EtherCat用戶可以自主實施主站設備，這就意味著中國本土客戶能夠在產(chǎn)品性能提升、獨特功能設計等方面最大限度地付諸實踐，而不只是局限于使用該協(xié)議的現(xiàn)有設備，這正是EtherCAT開放性的體現(xiàn)。”Martin Rostan指出EtherCAT的完全開放性正是在中國的應用越來越廣泛的根本原因，現(xiàn)在不只是傳統(tǒng)的設備制造商和系統(tǒng)集成商采用了EtherCAT技術(shù)，在新一代的分布式能源控制和軍事領(lǐng)域都有EtherCAT的應用案例。

中國的制造業(yè)在過去十年變化非常大，現(xiàn)在很多企業(yè)的設備狀況和管理水平都可與歐洲企業(yè)水平向媲美。因此，從以前只關(guān)注價格的采購特征，到今天對性能和質(zhì)量的需求都同步提升，中國制造正在聚焦更高效、更精準的高端設備市場。Martin Rostan認為中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級是EtherCAT技術(shù)推廣主要推動力：“中國市場越來越關(guān)注業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)，EtherCAT完全匹配中國制造業(yè)提升的需求。”

2014年，EtherCAT成為中國國家標準，加速了EtherCAT在中國市場的繁榮，首先是由于國外的技術(shù)完成漢化的過程，中國客戶使用更為方便，其次是技術(shù)得到了政府的關(guān)注和認可，大家一致認為只有充分開放的技術(shù)，才能真正提升本土廠商的綜合實力。“由大企業(yè)主導主站的協(xié)議，實際是為大企業(yè)開辟了中國市場?！盡artin Rostan一語中的。

便捷易用，EtherCAT滿足智能制造多種需求

當記者提問EtherCAT是不是最快的？Martin Rostan回答得簡潔有力：“Yes！”EtherCAT使用獨特的數(shù)據(jù)交換機制，充分利用工業(yè)以太網(wǎng)的帶寬資源，一個數(shù)據(jù)幀傳輸所有的信息，每一個從站讀取自己需要的數(shù)據(jù)并將自己的數(shù)據(jù)放到這幀上，實現(xiàn)了同一幀幫助所有的節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換。這一機制不僅速度更快，也釋放了主站壓力，整體運行更加高效。

對于EtherCAT的技術(shù)支持，目前在ETG網(wǎng)站上有3萬多頁完整的文檔資料便于查詢，會員企業(yè)可以方便地獲取幾乎所有的資源。ETG全球擁有25人的團隊，均為專業(yè)工程師出身，主要任務是幫助會員學習和實施EtherCAT，這使得技術(shù)支持更有針對性。

從實施角度來看，EtherCAT的從站的通訊協(xié)議已經(jīng)集成到芯片里，從站層面的實施更加簡單。機械工程師不用花費時間去了解更多的IT知識，實施更為方便快捷?！癊TG有1800個亞洲會員，2000個歐洲會員，700家美洲會員。”Martin Rostan以會員的均勻分布證明了EtherCAT技術(shù)的開放性和普適性。

智能制造升級中，安全是核心問題，包括信息安全和功能安全。在信息安全方面，所有的攻擊都要通過IP攻擊，EtherCAT并不是基于IP的，因此能夠避免99%來自網(wǎng)絡的攻擊危險。如果想通過攻擊從站進而攻擊整個網(wǎng)絡，必須通過硬件實現(xiàn)，必將花費更多的成本，這會降低攻擊的幾率?！癊therCAT是一個鎖，這個鎖已經(jīng)非常大，不需要再建立另外的防護，目前還沒有EtherCAT網(wǎng)絡安全的事故?！盡artin Rostan對EtherCAT的信息安全功能非常自信。

據(jù)Martin Rostan對比分析，中國市場在功能安全方面有待加強，可借鑒歐洲在功能安全方面的法律規(guī)定，在特定場合中必須使用安全功能產(chǎn)品和技術(shù)?；贓therCAT標準的安全產(chǎn)品研發(fā)，ETG團隊提供軟件工具的使用和一致性測試，可以幫助客戶有效降低功能安全產(chǎn)品的開發(fā)成本。

結(jié)語：中國正處于制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，信息化、網(wǎng)絡化的迅猛發(fā)展，為制造業(yè)提供了更多新的機會，也提供了可借鑒的模式和可發(fā)力的基礎。EtherCAT作為基于以太網(wǎng)的通訊協(xié)議，其開放性架構(gòu)和高性能表現(xiàn)已經(jīng)獲得廣泛的認可和應用，“自下而上，向用戶推廣技術(shù)，我們幾乎可以贏得百分百的市場?！盡artin Rostan對未來充滿信心。