EtherCAT：搭建面向未来智能制造的系统架构

著名信息技术专家何宝宏认为，“架构用于描述一个系统内部的各组成要素，以及它们之间的相互关系。架构做要素分析时，主要是技术性考量，更多时候也是环境因素博弈的结果。”是的，EtherCAT作为目前发展最为迅速的现场总线系统，正是由于其快速、精准、扩展性强而得到客户的极高评价，更由于其完全的开放性、灵活的拓扑结构和与时俱进的技术更新而得到愈加广泛的应用。

如今，不仅在运动控制领域，在测控领域、半导体生产、分布式能源、军用、商业演示，甚至仿真游戏等领域都有了EtherCAT的身影。“只要工程师们了解了EtherCAT，就会将它的价值带到更多行业中去。” EtherCAT技术协会(ETG)执行董事Martin Rostan日前在ETG中国十周年庆典时接受gongkong采访中这样说。

EtherCAT技术协会(ETG)执行董事Martin Rostan

持续更新，EtherCAT标准引入TSN技术以拓展应用领域

EtherCAT自2003年德国倍福公司提出后实行开放式推广，2007年成为国际标准（IEC 61158），2014年正式成为中国推荐性国家标准（GB/T31230.1～.6）。如今，EtherCAT技术协会在全球拥有4500多家会员，ETG中国目前已经拥有700余家会员企业并且还在不断扩大。“我们需要的不是单纯会员数量的增长，而是这一领先技术的推广和对自动化市场提供更多的帮助。” Martin Rostan如是说。对于ETG中国过去十年的成果，Martin Rostan认为最为关键的因素是ETG中国团队的不懈努力。

Martin Rostan详细分析了EtherCAT的技术优势：“EtherCAT最初的设计理念是适用于将来，引入市场以来，EtherCAT保持统一版本，这并不意味着没有完善，这是与其他协议差异化的表现。” EtherCAT自2003年引入市场后，一直在进行技术更新。据了解，线缆冗余、功能安全、与PLC之间的数据传输功能都是逐渐加入的，当下大家最为关注的TSN技术（时间敏感网络）也即将加入EtherCAT标准。

Martin Rostan介绍，TSN在IEEE中是一个工作组，ETG的技术专家本身就是这个工作组的成员，一直关注TSN技术在不同协议层面的发展和应用，使EtherCAT采用TSN技术进行扩展与TSN技术本身的研发同步。TSN更像是工具箱，通过TSN将多个工业控制器与多个不同的EtherCAT网段进行实时通讯，TSN还扩展了用于控制之间通讯的EtherCAT自动化协议（EAP），进一步将EtherCAT的应用领域扩展到异构网络中，实现了智能制造的灵活性和实时性。

谈到智能制造核心技术OPC UA，Martin Rostan提到两个原则，一是与OPC协会协议建立通用的接口，二是保护各自层面的界限不干涉。OPC协会两年前发布了PubSub机制，对所有在线客户端进行实时管控，这一功能由TSN工作组进行改善和提升。Martin Rostan说：“ETG已经积极参与到OPC性能提升中，实时跟踪这一技术，一旦成熟，立即进行接口的工作。”

完全开放，EtherCAT助力中国企业打造差异化优势

EtherCAT技术在中国发展迅速，不仅得益于中国自动化市场的繁荣和EtherCAT在技术层面的优势，更重要的是其开放性的架构特点。“相区别于其他以太网协议，EtherCat用户可以自主实施主站设备，这就意味着中国本土客户能够在产品性能提升、独特功能设计等方面最大限度地付诸实践，而不只是局限于使用该协议的现有设备，这正是EtherCAT开放性的体现。”Martin Rostan指出EtherCAT的完全开放性正是在中国的应用越来越广泛的根本原因，现在不只是传统的设备制造商和系统集成商采用了EtherCAT技术，在新一代的分布式能源控制和军事领域都有EtherCAT的应用案例。

中国的制造业在过去十年变化非常大，现在很多企业的设备状况和管理水平都可与欧洲企业水平向媲美。因此，从以前只关注价格的采购特征，到今天对性能和质量的需求都同步提升，中国制造正在聚焦更高效、更精准的高端设备市场。Martin Rostan认为中国制造业转型升级是EtherCAT技术推广主要推动力：“中国市场越来越关注业界领先的技术，EtherCAT完全匹配中国制造业提升的需求。”

2014年，EtherCAT成为中国国家标准，加速了EtherCAT在中国市场的繁荣，首先是由于国外的技术完成汉化的过程，中国客户使用更为方便，其次是技术得到了政府的关注和认可，大家一致认为只有充分开放的技术，才能真正提升本土厂商的综合实力。“由大企业主导主站的协议，实际是为大企业开辟了中国市场。”Martin Rostan一语中的。

便捷易用，EtherCAT满足智能制造多种需求

当记者提问EtherCAT是不是最快的？Martin Rostan回答得简洁有力：“Yes！”EtherCAT使用独特的数据交换机制，充分利用工业以太网的带宽资源，一个数据帧传输所有的信息，每一个从站读取自己需要的数据并将自己的数据放到这帧上，实现了同一帧帮助所有的节点进行数据交换。这一机制不仅速度更快，也释放了主站压力，整体运行更加高效。

对于EtherCAT的技术支持，目前在ETG网站上有3万多页完整的文档资料便于查询，会员企业可以方便地获取几乎所有的资源。ETG全球拥有25人的团队，均为专业工程师出身，主要任务是帮助会员学习和实施EtherCAT，这使得技术支持更有针对性。

从实施角度来看，EtherCAT的从站的通讯协议已经集成到芯片里，从站层面的实施更加简单。机械工程师不用花费时间去了解更多的IT知识，实施更为方便快捷。“ETG有1800个亚洲会员，2000个欧洲会员，700家美洲会员。”Martin Rostan以会员的均匀分布证明了EtherCAT技术的开放性和普适性。

智能制造升级中，安全是核心问题，包括信息安全和功能安全。在信息安全方面，所有的攻击都要通过IP攻击，EtherCAT并不是基于IP的，因此能够避免99%来自网络的攻击危险。如果想通过攻击从站进而攻击整个网络，必须通过硬件实现，必将花费更多的成本，这会降低攻击的几率。“EtherCAT是一个锁，这个锁已经非常大，不需要再建立另外的防护，目前还没有EtherCAT网络安全的事故。”Martin Rostan对EtherCAT的信息安全功能非常自信。

据Martin Rostan对比分析，中国市场在功能安全方面有待加强，可借鉴欧洲在功能安全方面的法律规定，在特定场合中必须使用安全功能产品和技术。基于EtherCAT标准的安全产品研发，ETG团队提供软件工具的使用和一致性测试，可以帮助客户有效降低功能安全产品的开发成本。

结语：中国正处于制造业转型升级的关键时期，信息化、网络化的迅猛发展，为制造业提供了更多新的机会，也提供了可借鉴的模式和可发力的基础。EtherCAT作为基于以太网的通讯协议，其开放性架构和高性能表现已经获得广泛的认可和应用，“自下而上，向用户推广技术，我们几乎可以赢得百分百的市场。”Martin Rostan对未来充满信心。