EtherCAT（以太網控制自動化(huà)技術）

作爲當前工業總線領域最受矚目的(de)通(tōng)訊協議(yì)之一，受到了(le)全球設備提供商和(hé)最終用(yòng)戶的(de)青睐與重視。基于EtherCAT協議(yì)的(de)控制系統、伺服驅動、運動控制等解決方案和(hé)産品不斷被推出。

據統計：

>全球提供EtherCAT主站産品的(de)供應商官方登記的(de)有201家;

>提供EtherCAT伺服驅動器的(de)供應商有163家，共500多(duō)個(gè)種類；

>提供EtherCAT模塊（I/O）的(de)有116家，共1000多(duō)個(gè)種類。

EtherCAT總線，2003年由德國倍福公司研發并應用(yòng)于自動化(huà)領域，2007年成爲國際标準（IEC/PAS62407）随後進入中國市場(chǎng)，2014年正式轉化(huà)爲中國推薦性國家标準（即GB/T31230.1-.6-2014《工業以太網現場(chǎng)總線EtherCAT》 ）。曆經十餘年的(de)發展，EtherCAT技術協會（ETG），在中國大(dà)陸及台灣地區(qū)累計會員(yuán)已達788家。目前可(kě)謂是EtherCAT高(gāo)速發展階段。

開放性和(hé)一緻性成爲EtherCAT的(de)“絕殺技”

無論是全球還(hái)是在中國市場(chǎng)，EtherCAT都極其成功的(de)。除卻産品本身的(de)技術優勢以外，EtherCAT業績取得(de)如此迅猛增長(cháng)的(de)驅動力主要是其開放性和(hé)一緻性，這(zhè)也(yě)是其它以太網技術所無法比拟的(de)。

EtherCAT的(de)開放性不僅體現在從站層面，且主站技術也(yě)是對(duì)外開放的(de)，EtherCAT主站供應商已達到200多(duō)家。不管是設備制造商、集成商還(hái)是最終用(yòng)戶都可(kě)以将EtherCAT技術引入到其主站控制器和(hé)從站産品中，從而增強産品的(de)競争力和(hé)制造力。與此同時(shí)，EtherCAT開放的(de)接口允許集成任何在主站内部或直接進入從站設備的(de)基于IT的(de)協議(yì)，最終實現從傳感器到雲的(de)直接鏈路而不會有協議(yì)間斷。

在一緻性方面，EtherCAT技術盡管在不斷地進行細節完善和(hé)革新，但自2003年面世以來(lái)始終隻有一個(gè)版本。後續引入到EtherCAT協議(yì)中的(de)新特性都會保證與之前EtherCAT協議(yì)中的(de)一緻性和(hé)持續性，避免了(le)不同版本的(de)不兼容性。

基于以上兩項優勢有效地促進了(le)EtherCAT技術實現更廣泛的(de)應用(yòng)。

EtherCAT直擊競争力提升的(de)有力武器

EtherCAT是一種直達I/O級的(de)實時(shí)以太網自動化(huà)技術，無需下(xià)挂子系統，沒有網關延時(shí)，包括輸入輸出、傳感器、驅動器及顯示單元等所有設備都位于同一條總線上。

EtherCAT的(de)主要優點：

1.高(gāo)帶寬利用(yòng)率：EtherCAT針對(duì)控制過程數據，優化(huà)以太網幀的(de)消息傳送格式，過程數據可(kě)實時(shí)提取和(hé)插入，使得(de)帶寬利用(yòng)率超過90%；

2.周期時(shí)間短：每幀數據周期發送的(de)最小值可(kě)以達到12.5μs；

3.同步時(shí)鐘(zhōng)精度高(gāo)：EtherCAT協議(yì)提供了(le)分(fēn)布式時(shí)鐘(zhōng)控制技術，低抖動可(kě)以保證同步時(shí)鐘(zhōng)誤差≦1μs；

4.拓撲結構靈活：支持線性、環形、星形和(hé)菊花鏈拓撲，最多(duō)可(kě)支持65535個(gè)從器件；

5.線路故障診斷：EtherCAT可(kě)以有效檢測出位故障從而可(kě)以精确診斷線路和(hé)定位故障點；

6.硬件簡單成本低：在網絡系統中不需要外部以太網開關、集線器和(hé)路由器，整個(gè)系統開發簡單，硬件及維護成本都比較低。

卓越的(de)系統性能爲實現控制網絡的(de)大(dà)數據提供了(le)先決條件。也(yě)正是基于EtherCAT的(de)高(gāo)性能、拓撲靈活、易用(yòng)、低成本（EtherCAT是唯一成本等于或小于現場(chǎng)總線成本水(shuǐ)平的(de)工業以太網系統）等特點，使其在機器人(rén)控制、機床、汽車制造、自動化(huà)倉儲、焊接領域得(de)到了(le)廣泛的(de)應用(yòng)。特别實在運動控制領域，據悉全球四大(dà)機器人(rén)廠商均采用(yòng)了(le)EtherCAT總線通(tōng)訊。

TSN與EtherCAT的(de)完美(měi)融合

随著(zhe)市場(chǎng)需求的(de)升級，EtherCAT技術也(yě)在不斷地進化(huà)與完善中。2017年11月(yuè)，ETG将時(shí)間敏感網絡（TSN）技術補充到EtherCAT現有标準中，使得(de)EtherCAT的(de)應用(yòng)領域拓展至異構網絡環境，同時(shí)進一步提升了(le)控制器到控制器通(tōng)信的(de)實時(shí)性。通(tōng)過利用(yòng)TSN，多(duō)個(gè)工業控制器可(kě)以通(tōng)過以太網網絡與多(duō)個(gè)不同的(de)EtherCAT網段進行實時(shí)通(tōng)訊。在此過程中，無需對(duì)EtherCAT從站設備進行更改：具備所有高(gāo)性能特性的(de)EtherCAT設備協議(yì)将被完整保留。由于EtherCAT通(tōng)常隻需要一個(gè)幀即可(kě)掃描整個(gè)網絡，因此這(zhè)種訪問比其他(tā)任何現場(chǎng)總線或工業以太網技術更爲精簡有效。

領跑智能制造——研華打造完整EtherCAT運動控制解決方案

物(wù)聯網（IOT）、工業4.0、中國制造2025，工業價值鏈中均提到：各個(gè)層級普遍都需要實現無縫的(de)、持續且标準化(huà)的(de)通(tōng)信。研華牢牢把握智能制造時(shí)代發展趨勢，深耕用(yòng)戶市場(chǎng)，借助EtherCAT總線技術，從根本上滿足數字傳輸的(de)需求，打造研華完整的(de)EtherCAT運動控制解決方案，幫助用(yòng)戶實現智能化(huà)的(de)先進制造。

研華EtherCAT運動控制解決方案産品主要包括PCI-1203主站控制卡、以及AMAX-3245從站脈沖模塊、AMAX-4800系列從站I/O模塊，與最新PC-Base架構處理(lǐ)器相結合，提供靈活主流的(de)以太網現場(chǎng)總線，爲設備制造商和(hé)系統集成商提供完整解決方案。在支持EtherCAT開放的(de)标準協議(yì)下(xià)，用(yòng)戶可(kě)以利用(yòng)快(kuài)速通(tōng)訊周期來(lái)實現高(gāo)性能的(de)同步運動控制。

研華EtherCAT運動控制解決方案的(de)應用(yòng)案例

——PCI-1203在LED晶粒挑揀機上的(de)應用(yòng)

LED後段制程會依照(zhào)光(guāng)電特性做(zuò)分(fēn)選，而LED芯片分(fēn)選的(de)關鍵是在LED芯片與底部黏附LED晶圓的(de)藍色角膜分(fēn)離的(de)過程中，因爲底部頂針需快(kuài)速定位，頂住膠膜向上，讓将被吸取的(de)LED芯片向上脫離後，再由上方吸盤吸取後移走。

用(yòng)戶在此過程中主要面臨兩大(dà)問題：一是，在高(gāo)速運行過程中，頂針的(de)力道過大(dà)有可(kě)能造成LED芯片的(de)局部殘缺破裂；二是，爲縮短整個(gè)動作的(de)循環周期，擺臂會需要做(zuò)短距離高(gāo)速運動，這(zhè)種情形會産生急加/減速的(de)振動。爲了(le)使機器可(kě)以承受，多(duō)數機台會減速而降低産能。

針對(duì)芯片毀損情況：研華PCI-1203主站控制卡提供扭矩線指表功能可(kě)防止LED芯片的(de)毀損。扭矩限制表可(kě)以在預先設定好的(de)位置表中定義每一個(gè)位置愛(ài)的(de)馬達最大(dà)扭力限制值，于每一個(gè)DDA周期重新計算(suàn)扭力值并傳送給EtherCAT伺服馬達。

針對(duì)高(gāo)加/減速條件下(xià)做(zuò)振動抑制，PCI-1203提供PT/PVT功能的(de)規劃，透過PT/PVT功能來(lái)設定離散位置、速度及時(shí)間，PCI-1203爲自動插補形成平滑、連續的(de)軌迹。

在該應用(yòng)案例中，研華PCI-1203的(de)扭矩限制表功能，讓整體設備動作所需要時(shí)間大(dà)幅縮短；PT/PVT功能，根據幾台特性做(zuò)規劃，達到抑制振動的(de)效果；同時(shí)支持32軸的(de)同步控制，充分(fēn)發揮EtherCAT高(gāo)速高(gāo)精度的(de)控制特性；基于研華Softmotion軟件核心，提供強大(dà)且富有彈性的(de)API開發工具，滿足客戶快(kuài)速開發需求。