• EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种基于以太网的开发构架的实时工业现场 总线通讯协议，它于2003年被引入市场，于2007年成为国际标准，并于2014年成为中国国家标准。 EtherCAT的出现为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。
ethercat协议解析
•随着计算机、通信、网络等信息技术的发展,信息交换的领域已经覆盖了工厂、企业乃至世界各地的市 场,因此,需要建立包含从工业现场的设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络平台,建立以 工业控制网络技术为基础的企业信息化系统。工业控制网络作为一种特殊的网络,直接面向生产过程,肩 负着工业生产运行一线测量与控制信息传输的特殊任务,并产生或引发物质或能量的运动和转换,因此它 通常应满足强实时性、高可靠性、恶劣工业现场环境的适应性、总线供电等特殊要求和特点。
• 以太网的这一缺陷使它适应于信息传输系统，而不能满足过程控 制系统的要求。这是因为信息传输系统与过程控制系统在通信的
实时工业以太网对比分析
• 实时工业太网为了达到实时性能，都采取了相应的策略解决普通 太网产生的数据碰撞问题。对己有的实时工业以太网，根据其实 时性的实现策略的不同，大致可分为下三种类型，如图１-１所示
• 第二种策略是基于以太网的实现，在网络层和传输层上进行修改。 送一类工业以太网基于标准的ISO/IEC802.3中物理层和数据链路层 协议，工业控制的过程数据不通过TCP/IP协议传输，而是采用专 用的协议完成其传输。仅当系统需要访问商用网络时才使用 TCP/IP。常用手段有时间片机制。这一类工业太网中比较典型的 是Ethernet powerlink、EPA（Ethernet for plant automation）和
• 1）EtherCAT是最快的工业以太网技术之一，同时它提供纳秒级精确同步。相对于设置了相同循环时 间的其他总线系统，EtherCAT系统结构通常能减少25%-30%的CPU负载。
• 2）EtherCAT在网络拓扑结构方面没有任何限制，最多65535个节点可以组成线型、总线型、树型、星 型或者任意组合的拓扑结构。
• 可靠性:工业以太网产品要适应工业控制现场的恶劣环境。
• 由于以太网采用CSMA/CD的介质访问控制机制,在构建实时控制网 络上比较困难,因为的介质访问控制机制有无法预见的延迟特性, 网络每个节点都要通过竞争来取得信息包的发送权。节点监听信 道,只有当发现信道空闲时,才能发送信息，如果信道忙碌则需要 等待。信息开始发送后,还需要检查是否发生碰撞,信息如果发生 碰撞,需退出重发。当实时数据与非实时数据在普通以太网上同时 传输时,由于实时数据与非实时数据在源节点的竞争以及与来自其 他节点的实时与非实时数据的碰撞,实时数据将有可能经历不可预 见的大延时,甚至出现长时间发不出去的情况，即不确定性。以太 网的整个传输体系并没有有效的措施及时发现某一节点故障而加 以隔离,从而有可能使故障节点独占总线而又导致其他节点传输失 效,工业控制响应的实时性问题就不能得到解决。
•现有的现场总线标准过多,仅国际标准IEC61158就包含了8个类型,未能统一到单一标准上来
•不同总线之间不能兼容,不能实实现透明信息互访,无法实现信息的无缝集成
•由于现场总线是专用实时通信网络,成本较高
•现场总线的速度较低,支持的应用有限,不便于和InteFra biblioteknet信息集成。
• 以太网技术作为垄断办公自动化领域的通信技术,以其通用性好, 低成本,高效率,高可靠性和稳定性等诸多优势,越来越多地得到了 工控界的关注和认可,用以太网技术来实现从管理层到工业现场层 贯穿一致性通信,人们习惯上将应用到工业领域以太网技术称为工 业以太网。
现场总线技术
•在这种背景下,20世纪80年代产生和发展起来的现场总线技术,以全数字的通信代替4~20mA电流的模拟 传输方式,使得控制系统与现场仪表之间不仅能传输生产过程测量与控制信息,而且能传输现场仪表的大 量非控制信息,使得工业企业的管理控制一体化成为可能,并且促使目前的自动化仪表、DCS和可编程控制 器（PLC)等产品所面临的体系结构和功能结构产生重大变革。但是,现场总线技术在其发展过程中还存在 不足
• 什么是工业以太网？一般来讲,工业以太网在技术上与商用以太网 （即IEEE802.3标准）兼容,但在产品设计时,在材质的选用、产品 的强度和适用性方面能满足工业现场的需要,即满足以下要求：
• 环境适应性：包括机械环境适应性（如耐振动、耐冲击）、气候 环境适应性（工作温度要求为-40~+85℃,至少为-20~+70℃,并要耐 腐蚀、防尘、防水）、电磁环境适应性或电磁兼容性EMC应符合 EN50081-2、EN50082-2标准。
• 3）相对于传统的现场总线系统，EtherCAT节点地址可被自动设置，无需网络调试，集成的诊断信息 可以精确定位到错误。同时无需配置交换机，无需处理复杂的MAC或者IP地址。
• 4）EtherCAT主站设备无需特殊插卡，从站设备使用可以由多个供应商提供的高集成度、低成本的芯 片。
• 5）利用分布时钟的精确校准EtherCAT提供了有效的同步解决方案，在EtherCAT中，数据交换完全基于 纯粹的硬件设备。由于通讯利用了逻辑环网结构和全双工快速以太网而又有实际环网结构，“主站时 钟”可以简单而精确地确定对每个“从站时钟”的运行补偿，反之亦然。分布时钟基于该值进行调整， 这意味着它可以在网络范围内提供信号抖动很小、非常精确的时钟。
• 第一种策略是基于TCP/IP的实现，在应用层上作修改。这一类工 业以太网仍然使用TCP/IP协议，工业网络可与商用网络自由通信， 但通过应用层的控制滤除商用以太网中的不确定性因素。常用的 改造方法有调度法、数据峽优先级机制或使用交换式以太网等。 送一类工业太网的代表有Modbus/TCP和Ethernet/IP。基于TCP/IP 实现的工业以太网协议是最早被提出的工业以太网协议，但是由 于其无法完全避免商用以太网的干扰，因此只适用于对于实时性 要求不高的工业控制环境。