EtherCAT现场总线国家标准化探究.doc

EtherCAT现场总线国家标准化探究 　　【摘 要】EtherCAT是一种基于以太网的新兴现场总线技术，自从德国倍福公司推出以来，就凭借其实时性和拓扑的灵活性，在现场总线行业树立了新的行业标准。在国际上，EtherCAT依靠自身的技术协会EtherCAT技术协会（EtherCAT Technology Group，缩写为ETG）进行技术推广。在国内，国家标准化管理委员会正在为工业以太网总线EtherCAT技术制定相应的国标，现在已提交送审稿。如此一来，EtherCAT技术在我们必将取得进一步的推动发展和应用。 【关键词】EtherCAT ETG GB/T 一、引言 EtherCAT作为必威体育精装版一代的开放的实时以太网现场总线协议，最早是由德国的倍福自动化有限公司（Beckhoff Automation GmbH）研发。现在由EtherCAT技术协会（EtherCAT Technology Group，简称ETG）来统一组织和管理。EtherCAT技术是基于工业以太网技术的开发的，这样的话，用户只需要主板集成的MAC口或者廉价的标准网卡，就可以完成组态，系统价格与其余现场总线相当，甚至是更加便宜。但是相比其他现场总线技术，性能却要强劲许多，包括65535个从站节点，自动设置地址，通讯速度更快等等。所以，EtherCAT非常适用于高速、精密控制等场合。现在，EtherCAT技术已经广泛地应用于设备控制、机器人、嵌入式系统、楼宇自动化、运输系统等领域，并且呈现出越发强劲的发展势头。有鉴于此，国家标准化委员会正在积极地为EtherCAT制定相应的国家标准，笔者有幸参与了送审稿的翻译和校队工作。本文通过对EtherCAT的技术优势的分析，国家标准化的制定流程，工业以太网国标送审稿的研究，总结EtherCAT现场总线的优势，并给出相应的依据。 二、EtherCAT现场总线优势 （一）开放性 EtherCAT的协议是完全公开的；并且已经成为了IEC、ISO及SEMI的标准协议。对应的协议号是IEC61158、IEC61784、ISO15745和SEMI E54.20， 并且我国正在为其指定国家标准。 为了推广技术和保证技术的开放性，以技术主要发起人为主，成立了EtherCAT技术小组。小组的主要任务是支持、完善和推广EtherCAT技术。截止2012年7月2日，ETG共计有2050个会员，光是从2011年的5月到2012年的5月，就新增加了超过380个会员[1]。现在ETG已经成为了全球最大的现场总线组织[1]。在中国，截止2012年2月，中国区共有超过200个会员，也正是因为EtherCAT在我国的蓬勃发展，所以国家急需要制定相应的国家标准。 （二）高速性 EtherCAT突破了其他以太网解决方案固有的局限性：从站设备在报文经过其节点时读取带有相应寻址信息的数据；同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程，报文只有几个纳秒的时间延迟。这样发送和接收的以太网帧压缩了大量数据，所以通道的利用率可以达到90%，100Mb/s的全双工特性可以完全得到利用。 下面举一个具体的例子来更好的体现EtherCAT的高速性[2]。 在一个有40轴（每轴20字节输入输出数据）、50个I/O站、2000个数字量和200个模拟量的总线环境下，各种工业以太网技术的循环时间如下表所示： （三）低价 过去的现场总线无论主站还是从站设备都需要专用的设备，整个系统构建下来花费不小。使用EtherCAT技术的成本可以做到更低。 从硬件角度看，主站不需要专用插卡，集成的网口就可以满足要求了，现在许多的自动化设备都标配有网口，这样就不需要新的成本投入；从站采用低成本的从站控制器FPGA或者ASIC，不需要功能强大的微处理器；辅助设备方面，不需要交换机/集线器，只要使用标准的以太网线缆和接头就可以完成网络组态了。 下面我们用一个网络配置的实例来说明[2]： 如果我们要配置一个拥有10个站点，400个数字输入，400个数字输出的，100米长线缆，11个现场总线接头的网络。EtherCAT网络的总成本是最低的。Profibus贵了21.5%，DeviceNet贵了23.7%，CAN Open贵了21.9%. 三、EtherCAT现场总线标准化 （一）中国国家标准 我国将标准划分为四个层次，即国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。各层次之间有一定的依从关系和内在联系，形成一个覆盖全国又层次分明的标准体系。 国家标准分为强制性国标（简称GB）、推荐性国标（简称GB/T）和指导性国家标准（GB/Z）。 EtherCAT在我们申请的国标是GB/T，推荐性国家