虹科分享 | 为什么说EtherCAT是提高控制系统性能的最佳解决方案？

如今，现场总线系统已成为实时分布式控制的一个组成部分，而这也是一个提高控制和监控生产过程安全性的有效方法。在开发项目前期，选择适合的通信技术十分重要，因为它决定了控制性能是否可以直接到达现场层，以及设备的可选范围。

虽然传统的现场总线系统（PROFIBUS、CANopen、DeviceNet、SERCOS等）或多或少也能够提供安全快速的数据传输，但它们在速度、整体生产力、可靠性和实时传输等特殊考虑因素方面不如EtherCAT技术。EtherCAT的出现有利于突破传统现场总线系统的瓶颈，因为它允许通过使用共享内存与应用程序直接交换数据，仅需使用标准网络适配器便能够满足需求，而无需额外的硬件。

EtherCAT：以太网控制自动化技术

EtherCAT（Ethernet for Control Automation technology）是一种实现数据特定传输的硬实时技术。它可以提供实时性能，旨在通过双绞线或光纤电缆最大限度地利用高速全双工以太网数据传输，以满足工业过程控制需求。
基于以太网技术的EtherCAT具有易于实施、拥有成本和标准化等优点，使其成为工业应用上旨在最大限度提高控制系统性能的完美解决方案。该技术的媒体访问控制采用主/从原理，其中主站节点（通常是控制系统）将以太网帧发送到从站节点，从站节点动态地从这些帧中提取并插入数据。

EtherCAT技术工作原理

从以太网的角度来看，EtherCAT部分可看作单个以太网设备，它接收和发送标准ISO/IEC802-3以太网帧。这个以太网设备可能由大量的EtherCAT从站设备组成，它们直接处理传入的帧并提取相关的用户数据，或者插入数据并将帧传输到下一个EtherCAT从站设备。网段内的最后一个EtherCAT从站设备将完整处理的帧发回，以便第一个从站设备作为响应帧返回给主站设备。

此过程利用以太网的全双工模式，允许双向独立通信，可以在主站设备和由一个或多个从站设备组成的EtherCAT网段之间建立无需切换的直接通信，这体现了EtherCAT操作原理的灵活性。

EtherCAT核心特性：
1. 灵活的拓扑结构
EtherCAT网络能够支持高达65,535个设备，且对其拓扑结构没有限制，可以采用线型、树型、星型等多种方式。
2. 高性能
由于EtherCAT协议的特定功能及其在拓扑结构、数字映射方面的灵活性，因此，这项高性能的技术可以极大地提高生产力，例如通过直接内存访问(DMA)，数据能够以最少的CPU使用率传输，从站自己读写数据，且只有一个报文返回给主站处理，进而释放主站资源。
3. 低成本
EtherCAT是一种实时工业以太网技术，无需配置在主站、协处理器的特殊插件卡，也无需大量的处理能力，或大量处理能力的特殊插件卡，这项不依赖于集线器和交换机的标准以太网协议便是连接的唯一条件。
4. 易于集成
可以通过网关使用CAN、CANopen、EtherNET/IP等现场总线和工业以太网，或通过MailboxoverUDP、MailboxoverTCP第三方工具。