如何選擇現場總線系統： 主動還是被動？

無論您是否意識到，通信網絡都是設備或工廠控制系統中最重要的技術組成部分。網絡最終影響整個控制架 構：相對較慢的網絡需要在分布式設備中關閉更快的控制環路，而高性能網絡讓工程師能夠自由地決定是使 用集中式還是分布式架構。此外，一個被廣泛接受的網絡提供了從各種供應商中選擇組件的自由，而由一個 自動化巨頭占據主導地位的網絡默認減少了對該巨頭產品的選擇權，因為第三方產品要么不可用，要么不被 主流供應商的網絡配置工具支持。

以太網幀飛速傳輸的同時進行過程數據交換：EtherCAT 的獨特運行原理

那么，控制系統集成商或設備制造商如何選擇他們的通信網絡，即他們的現場總線系統呢？我們認為，大多數用戶根本沒有主動選擇他們的現場總線 — 他們選擇的是控制系統供應商，而供應商提供的任何總線系統都將“奏效”。選擇一家供應商的原因有很多。 

– 一個非常常見的原因是過往使用經驗：“我們一直使用這些產 品”，或者“我們的應用程序代碼是用這家供應商提供的編程語 言編寫的，我們無法證明移植代碼是正確的選擇。” 

– 另一個原因是客戶偏好：“我們的客戶希望我們使用這個平臺， 以便他們的維護團隊能夠處理好設備。” – 同時，供應商的本地銷售和應用工程團隊也扮演著重要角色：“我 對供應商提供的支持感到滿意；他們專注且響應迅速，他們知道自 己在說什么。” 

– 供應商的品牌形象也是一大選擇因素：“我的供應商處于領先地 位，并提供創新技術，讓我能夠領先于競爭對手”或者“他們公 司這么大，肯定是很好的。”

– 當然，還有其它很多因素：初始價格（通常比“總持有成本”更 重要），質量，易用性，性能，甚至設計。

高性能使得廣泛的支持合理化 

但是，那些通過仔細研究總線技術本身作為其系統關鍵要素并開始他 們的控制系統評估的用戶又如何呢？當然，他們就是現場總線組織主要針對的用戶類型。 

我們發現，對于那些會對技術進行詳細比較的用戶而言，EtherCAT 很 快成為他們的最愛：它獨特的運行原理高效便捷，成為“工程師的選 擇”。使用 EtherCAT，以太網報文可以在高速傳輸中被處理，這意味 著數據幀幾乎沒有延遲。因此，一個 EtherCAT 幀包含處于“發送” 和“接收”方向的許多設備的數據，并且帶寬利用率超過 90%。

由此產生的更高性能將讓設備更加高效。EtherCAT 使得工業 PC 的處 理能力更適合于應用，更快速的控制可以提供更準確的結果。例如， 世界領先的注塑機制造商 Husky 報告說，使用 EtherCAT 可以減少零件 重量的誤差，從而減少設備所制造的塑料杯的壁厚誤差范圍。因此， 為 Husky 的客戶每年每臺設備節省了 6 位數美金的材料成本。不僅閉 環控制受益于更快的通信速度，在許多應用中，存在所謂的狀態轉換 或步進允許條件，在這里系統必須等待有零部件到達，氣缸到達其末 端位置或壓力達到某個閾值。如果網絡速度更快，這些等待時間就會 被縮短，設備或廠房的吞吐量也會相應提升，這樣就可以輕松將效率 提高好幾個百分點。

此外，這些用戶還了解到，EtherCAT 不僅速度快，而且非常精確：受 益于采用了分布式時鐘機制，測量值可以在整個網絡范圍內以同步方 式和遠小于 1 微秒的抖動進行采樣和輸出設置。這種精度非常適用于 同步運動控制應用和集成同一網絡內測量任務。

EtherCAT 功能多樣：支持主站到從站、從站到從站和主站到主站通 信。同樣具有說服力的是 EtherCAT 價格低廉：一方面，它使用標準 以太網端口，基于軟件實現主站。另一方面，它采用的是高度集成且 成本較低的從站控制器芯片。由于 EtherCAT 不需要交換機或其它有 源基礎組件，并使用標準以太網電纜和連接器，因此布線效率更高， 成本更節約。由于不再需要調試網絡，而且使用 EtherCAT 技術的診 斷功能可以精確定位錯誤，縮短故障排除時間，因此相應也會減少工 程工作量。

除了芯片和硬件成本低之外，組件價格低的另一個重要因素是：該項 技術已在全球范圍內被廣泛接受。這也意味著產品的選擇范圍非常廣 泛，因此供應商之間的競爭也非常激烈。

靈活性和開放性提升性能

 EtherCAT 的用戶還可以利用靈活的拓撲結構來簡化規劃和安裝。 EtherCAT 網絡在拓撲結構方面沒有實際限制：線型、星型、樹型、環型 冗余拓撲以及所有與每個網段中幾乎無限數量的節點相結合的網絡。 甚至可以集成無線技術，“熱連接”功能允許用戶在運行時連接和斷 開節點或整個網段。

系統集成商和設備制造商也越來越希望在其控制架構中集成功能安 全，而不僅僅是簡化布線。傳統上，功能安全是通過硬件或使用 專用安全總線系統實現，并與自動化網絡是分開的。而 Safety over EtherCAT（FSoE）可在同一網絡上實現安全相關的通信和控制通 信，ETG 成員正在利用這個新形式的安全解決方案提高效率降低成 本。

對于許多潛在用戶而言，從傳統總線系統遷移到 EtherCAT 似乎具有挑 戰性。EtherCAT 通過大量現場總線網關解決了這個問題。通過這些組 件，可以將現有的具有傳統現場總線接口的設備無縫集成到 EtherCAT 網絡中，并建立連接“相鄰”的總線系統或更高級別系統的接口。從 以前的系統遷移將非常輕松：其它系統只需要在 EtherCAT 總線上進 行集成即可，不再像之前那樣在主控上通過 PCI、cPCI、PCIe 等方式 集成。

有了 EtherCAT 網絡，就無需通過每臺設備上的撥碼開關、旋轉開關 或類似配置工具手動設置地址：啟動時，會自動分配地址。即使稍后 添加設備，也可以保留原始地址，EtherCAT 主站還可以具備自動識別 拓撲功能，通過它可以將實際網絡配置與應用程序預期的配置進行比 較。更換設備后，可以自動下載所有參數。

在選擇現場總線網絡時，真正的開放意味著經得起未來考驗的實 施。也就是說，幾乎所有的現場總線和以太網技術都聲稱是“開放 的”。然而，對于 EtherCAT 來說，開放性不僅意味著國際標準化 （IEC，ISO），以及可以從多家供應商處購買到（或共享和開源的） 主站、從站軟件以及芯片。它還意味著免費提供實施支持，在互操作 性方面提出明確指示，支持多種操作系統和控制器的主站和從站實 施，配置工具（包括第三方設備）的開放性以及應用程序接口的規 范。EtherCAT 技術不僅完全兼容以太網，而且還具有設計之初就支持 的開放性的特點：EtherCAT 協議可以在同一物理網絡上傳輸其它基 于以太網的服務和協議。這些 Web 技術基于 EtherCAT 協議進行傳輸， 因此不會影響實時特性。因此，所有 Web 技術也可在 EtherCAT 環境中 使用：集成 Web 服務器，電子郵件，FTP 傳輸等。

所有用戶的答案 

因此，我們發現，那些根據他們所選擇的控制供應商制定網絡決策 的用戶，以及那些仔細研究總線技術本身的用戶，正越來越多地轉 向使用 EtherCAT。總之，EtherCAT 具有性能出色，布線非常簡單和開 放性高等特點，適用于各種設備及其他協議。EtherCAT 設定了新的 性能標準，并通過以太網和互聯網技術提供最佳的縱向整合。使用 EtherCAT，拓撲結構不再復雜，而昂貴的基礎組件也成為過去時。