借助以太网现有的协议框架及其100M的带宽资源,业界领先的自动化厂商根据自动化数据传输的需求,对现有的以太网协议进行了相应的修改,推出了不同的工业以太网技术,目前较为流行。 例子包括EtherCAT、Sercos III、Profinet、Powerlink、Ethernet/IP等。其中,EtherCAT因其高性能、高灵活性、易用性和完全开放性而尤为引人注目。 美国《控制工程》杂志2010年5月发布的一项读者调查反映了实时高性能工业以太网的市场认可度和应用现状。 其中,EtherCAT占据首位,性能指标在选型因素中占据最重要的位置。 应用行业相对集中在物料搬运、机器人、数控、包装机械等领域。
EtherCAT是一种工业以太网通信技术。 它具有更快的通讯速度。 例如,1000个开关点的数据刷新周期仅为30微秒,100个伺服轴(每轴8byte IN OUT)的刷新周期仅为100微秒。 此外,EtherCAT还可以优化系统结构,使传统现场总线原来的四层环路结构改进为只有两层的结构——PLC操作环路和EtherCAT总线环路(见图1)。 与传统现场总线系统相比,底层I/O的响应时间大大缩短,最多只需两个PLC周期即可实现数据刷新。 因此,EtherCAT打破了传统现场总线的通信瓶颈,解放了PLC或PC的CPU性能,从而大大提高了系统性能。 同时,EtherCAT“一网到底”的特性也是其亮点之一。 从主站到系统末端的所有从站设备均实现EtherCAT通信。 系统中无需进行协议转换。 一套通信系统满足主控、I/O、伺服驱动、甚至功能安全等数据交换的所有要求。 设备的通信需求。
EtherCAT不仅仅是一种高速数据传输的通信技术,它还具有最佳的硬实时性能——远小于1微秒的优异同步性能。 这也是很多主流伺服驱动器供应商选择EtherCAT接口的原因之一。 根据《SPS杂志》2010年5月收集的数据,EtherCAT是伺服制造商实施最多的工业以太网协议——58家伺服驱动器制造商选择EtherCAT作为新一代伺服产品的通信接口。 2010年11月,在德国纽伦堡SPS/IPC/Drive展览会的ETG联合展位上,展出了一套由来自24家主流伺服驱动器供应商的35个EtherCAT伺服轴在EtherCAT主控制器下同步运行的展示系统。 ,充分展现了EtherCAT技术的开放性、一致性以及厂商间的广泛认可。
当然,EtherCAT还有很多其他优点,比如灵活的拓扑结构、支持多个物理层、成本低廉、应用简单(自动化工程师即使没有任何IT相关的技术培训也可以轻松应用该技术)以及与不同现场总线协议的无缝兼容 (取代PCI),支持功能安全、电缆冗余等。因此,自2003年底该技术推出以来,EtherCAT在全球自动化的各个领域得到了快速、广泛的推广和应用,并赢得了众多客户的好评 。 目前在国内,多家主流数控系统供应商已经开发或正在开发基于EtherCAT的数控系统。 许多研究机构正在积极研究和开发EtherCAT在机器人领域的应用。 EtherCAT甚至在电力行业也有出色的应用。 此外,EtherCAT系统的应用范围也更加广泛,如包装机械、注塑机、轮胎机械、焊接机械、风力发电机主控及变桨和变流系统、市政工程、半导体制造等。 技术协会还与多所大学合作,共同推动该技术在校园的落地和应用。 在大多数这些应用中,原因是EtherCAT可以提供更高的性能,系统可以满足传统PLC系统以前无法达到的性能要求。 同时降低了设备成本,从而提高了最终产品的市场竞争力; 还有一些应用程序。 这是因为EtherCAT具有更灵活的拓扑结构,能够轻松集成各种传统现场总线。
此外,EtherCAT是由中立的EtherCAT技术组织(ETG)推广和改进的完全开放的通信技术。 任何对该技术感兴趣的单位都可以申请加入EtherCAT技术协会,共享所有技术相关规范并开发EtherCAT主站和从站产品。 事实上,EtherCAT技术协会已发展成为全球最大的现场总线组织,目前拥有1500多家会员单位,其中包括106家来自中国大陆的本土企业。 这些来自全球自动化各个领域的领先供应商和用户共同支持EtherCAT协会的发展和EtherCAT技术的不断完善。
EtherCAT的活跃还体现在ETG成员公司陆续推出了相关EtherCAT产品。 不仅欧美日自动化厂商纷纷推出基于EtherCAT的HMI、IO、伺服驱动器、变频器、阀门控制器、PLC、电机等; 在2010年11月的上海工业博览会上,ETG联合展位还展示了中国本土企业开发的基于EtherCAT的数控系统、PC 104板卡和EtherCAT研发套件等产品。 这表明在中国,本土领先的自动化制造商坚信EtherCAT技术及其未来市场,并在EtherCAT技术的实施方面取得了一定的成果。