Mar. 27, 2023

替你的產品加上受歡迎的EtherCAT

現代工業通訊主流的五大通訊標準，EtherCAT、Ethernet/IP、Modbus、PROFINET、POWERLINK (以字母順序排序)，應用在全球主要的工業自動化場合。在這裡，我們主要介紹這其中的 EtherCAT 工業通訊標準。

什麼是EtherCAT？

EtherCAT是一種開放標準的即時乙太網路技術，一開始由Beckhoff Automation所提出，EtherCAT是在 2003年被提出的，EtherCAT 技術基於國際標準 IEC 61158 和 IEC 61784，在 ISO 15745-4 中進行了標準化，主要是針對有即時連線需求的自動化技術軟硬體所設計。ETG(EtherCAT工作小組)成立後，使EtherCAT迅速成為全球主要的工業乙太網路組織。

EtherCAT 主要關注在縮短 Cycle Time，使Cycle Time小於100µs，低抖動特性，使EtherCAT設備能更精準同步(1ms以內)。EtherCAT 也關注在降低建置的硬體成本，使得EtherCAT設備能夠較容易被推廣。

EtherCAT拓撲

Ethernet的全雙工特性構成了 EtherCAT 傳輸程序的基礎。星型、環型、樹型、線型，以及由此產生的組合都可以作為 EtherCAT 的拓撲結構。EtherCAT 的網絡擴展最多 65535 個裝置可以連接到一個網段。

EtherCAT運作原理

EtherCAT利用一種「快速通過」（On the Fly）的技術，以改善網路傳輸的延遲與不同步的問題。它的運作基本原理是EtherCAT網路上的Master所傳送的Frame，網路上所有的Slave裝置會以「快速通過」的形式，讀取這個Frame後，同時在這個Frame往下游移動時，再插入它的資料在Frame之內。而這個Frame只會被硬體的運作延遲所影響，區間中最後一個節點會偵測到一個開放的埠，並以Ethernet的全雙工特性，把傳送訊息回給Master裝置。

Master所傳送的訊號的最大有效資料率超過90%，不過EtherCAT網路的Master是唯一允許主動傳送Frame的節點，其它的節點只能往下游傳遞而已。而這個概念避免了非預期的延遲，以確保即時傳訊的能力。

而Master使用標準的Ethernet MAC，而不需要外加的通訊處理器，此設計讓Master可以在任何硬體平台上使用 Ethernet Port，而不用理會其所運行的硬體平台和或者應用軟體。

EtherCAT的Slave則使用ESC（EtherCAT Slave Controller），以在整個硬體中來處理Frame的快速通過，讓網路的效能可預測。