EtherCAT總線，2003年由德國倍福公司研發(fā)并應用于自動化領(lǐng)域，2007年成為國際標準（IEC/PAS62407）隨后進入中國市場，2014年正式轉(zhuǎn)化為中國推薦性國家標準（即GB/T31230.1-.6-2014《工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線EtherCAT》 ）。歷經(jīng)十余年的發(fā)展，EtherCAT技術(shù)協(xié)會（ETG），在中國大陸及臺灣地區(qū)累計會員已達788家。目前可謂是EtherCAT高速發(fā)展階段。
無論是全球還是在中國市場，EtherCAT都極其成功的。除卻產(chǎn)品本身的技術(shù)優(yōu)勢以外，EtherCAT業(yè)績?nèi)〉萌绱搜该驮鲩L的驅(qū)動力主要是其開放性和一致性，這也是其它以太網(wǎng)技術(shù)所無法比擬的。
EtherCAT的開放性不僅體現(xiàn)在從站層面，且主站技術(shù)也是對外開放的，EtherCAT主站供應商已達到200多家。不管是設備制造商、集成商還是最終用戶都可以將EtherCAT技術(shù)引入到其主站控制器和從站產(chǎn)品中，從而增強產(chǎn)品的競爭力和制造力。與此同時，EtherCAT開放的接口允許集成任何在主站內(nèi)部或直接進入從站設備的基于IT的協(xié)議，最終實現(xiàn)從傳感器到云的直接鏈路而不會有協(xié)議間斷。
在一致性方面，EtherCAT技術(shù)盡管在不斷地進行細節(jié)完善和革新，但自2003年面世以來始終只有一個版本。后續(xù)引入到EtherCAT協(xié)議中的新特性都會保證與之前EtherCAT協(xié)議中的一致性和持續(xù)性，避免了不同版本的不兼容性。
基于以上兩項優(yōu)勢有效地促進了EtherCAT技術(shù)實現(xiàn)更廣泛的應用。
EtherCAT是一種直達I/O級的實時以太網(wǎng)自動化技術(shù)，無需下掛子系統(tǒng)，沒有網(wǎng)關(guān)延時，包括輸入輸出、傳感器、驅(qū)動器及顯示單元等所有設備都位于同一條總線上。
EtherCAT的主要優(yōu)點：
卓越的系統(tǒng)性能為實現(xiàn)控制網(wǎng)絡的大數(shù)據(jù)提供了先決條件。也正是基于EtherCAT的高性能、拓撲靈活、易用、低成本（EtherCAT是唯一成本等于或小于現(xiàn)場總線成本水平的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)）等特點，使其在機器人控制、機床、汽車制造、自動化倉儲、焊接領(lǐng)域得到了廣泛的應用。特別實在運動控制領(lǐng)域，據(jù)悉全球四大機器人廠商均采用了EtherCAT總線通訊。
隨著市場需求的升級，EtherCAT技術(shù)也在不斷地進化與完善中。2017年11月，ETG將時間敏感網(wǎng)絡（TSN）技術(shù)補充到EtherCAT現(xiàn)有標準中，使得EtherCAT的應用領(lǐng)域拓展至異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境，同時進一步提升了控制器到控制器通信的實時性。通過利用TSN，多個工業(yè)控制器可以通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡與多個不同的EtherCAT網(wǎng)段進行實時通訊。在此過程中，無需對EtherCAT從站設備進行更改：具備所有高性能特性的EtherCAT設備協(xié)議將被完整保留。由于EtherCAT通常只需要一個幀即可掃描整個網(wǎng)絡，因此這種訪問比其他任何現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)更為精簡有效。
領(lǐng)跑智能制造——研華打造完整EtherCAT運動控制解決方案
研華EtherCAT運動控制解決方案產(chǎn)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(gòu)處理器相結(jié)合，提供靈活主流的以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，為設備制造商和系統(tǒng)集成商提供完整解決方案。在支持EtherCAT開放的標準協(xié)議下，用戶可以利用快速通訊周期來實現(xiàn)高性能的同步運動控制。
LED后段制程會依照光電特性做分選，而LED芯片分選的關(guān)鍵是在LED芯片與底部黏附LED晶圓的藍色角膜分離的過程中，因為底部頂針需快速定位，頂住膠膜向上，讓將被吸取的LED芯片向上脫離后，再由上方吸盤吸取后移走。
用戶在此過程中主要面臨兩大問題：一是，在高速運行過程中，頂針的力道過大有可能造成LED芯片的局部殘缺破裂；二是，為縮短整個動作的循環(huán)周期，擺臂會需要做短距離高速運動，這種情形會產(chǎn)生急加/減速的振動。為了使機器可以承受，多數(shù)機臺會減速而降低產(chǎn)能。
針對芯片毀損情況：研華PCI-1203主站控制卡提供扭矩線指表功能可防止LED芯片的毀損。扭矩限制表可以在預先設定好的位置表中定義每一個位置愛的馬達最大扭力限制值，于每一個DDA周期重新計算扭力值并傳送給EtherCAT伺服馬達。
針對高加/減速條件下做振動抑制，PCI-1203提供PT/PVT功能的規(guī)劃，透過PT/PVT功能來設定離散位置、速度及時間，PCI-1203為自動插補形成平滑、連續(xù)的軌跡。
在該應用案例中，研華PCI-1203的扭矩限制表功能，讓整體設備動作所需要時間大幅縮短；PT/PVT功能，根據(jù)幾臺特性做規(guī)劃，達到抑制振動的效果；同時支持32軸的同步控制，充分發(fā)揮EtherCAT高速高精度的控制特性；基于研華Softmotion軟件核心，提供強大且富有彈性的API開發(fā)工具，滿足客戶快速開發(fā)需求。
開放性和一致性成為EtherCAT的“絕殺技”
無論是全球還是在中國市場，EtherCAT都極其成功的。除卻產(chǎn)品本身的技術(shù)優(yōu)勢以外，EtherCAT業(yè)績?nèi)〉萌绱搜该驮鲩L的驅(qū)動力主要是其開放性和一致性，這也是其它以太網(wǎng)技術(shù)所無法比擬的。
EtherCAT的開放性不僅體現(xiàn)在從站層面，且主站技術(shù)也是對外開放的，EtherCAT主站供應商已達到200多家。不管是設備制造商、集成商還是最終用戶都可以將EtherCAT技術(shù)引入到其主站控制器和從站產(chǎn)品中，從而增強產(chǎn)品的競爭力和制造力。與此同時，EtherCAT開放的接口允許集成任何在主站內(nèi)部或直接進入從站設備的基于IT的協(xié)議，最終實現(xiàn)從傳感器到云的直接鏈路而不會有協(xié)議間斷。
在一致性方面，EtherCAT技術(shù)盡管在不斷地進行細節(jié)完善和革新，但自2003年面世以來始終只有一個版本。后續(xù)引入到EtherCAT協(xié)議中的新特性都會保證與之前EtherCAT協(xié)議中的一致性和持續(xù)性，避免了不同版本的不兼容性。
基于以上兩項優(yōu)勢有效地促進了EtherCAT技術(shù)實現(xiàn)更廣泛的應用。
EtherCAT直擊競爭力提升的有力武器
EtherCAT是一種直達I/O級的實時以太網(wǎng)自動化技術(shù)，無需下掛子系統(tǒng)，沒有網(wǎng)關(guān)延時，包括輸入輸出、傳感器、驅(qū)動器及顯示單元等所有設備都位于同一條總線上。
EtherCAT的主要優(yōu)點：
1. 高帶寬利用率：EtherCAT針對控制過程數(shù)據(jù)，優(yōu)化以太網(wǎng)幀的消息傳送格式，過程數(shù)據(jù)可實時提取和插入，使得帶寬利用率超過90%；
2. 周期時間短：每幀數(shù)據(jù)周期發(fā)送的最小值可以達到12.5μs；
3. 同步時鐘精度高：EtherCAT協(xié)議提供了分布式時鐘控制技術(shù)，低抖動可以保證同步時鐘誤差≦1μs；
4. 拓撲結(jié)構(gòu)靈活：支持線性、環(huán)形、星形和菊花鏈拓撲，最多可支持65535個從器件；
5. 線路故障診斷：EtherCAT可以有效檢測出位故障從而可以精確診斷線路和定位故障點；
6. 硬件簡單成本低：在網(wǎng)絡系統(tǒng)中不需要外部以太網(wǎng)開關(guān)、集線器和路由器，整個系統(tǒng)開發(fā)簡單，硬件及維護成本都比較低。
卓越的系統(tǒng)性能為實現(xiàn)控制網(wǎng)絡的大數(shù)據(jù)提供了先決條件。也正是基于EtherCAT的高性能、拓撲靈活、易用、低成本（EtherCAT是唯一成本等于或小于現(xiàn)場總線成本水平的工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)）等特點，使其在機器人控制、機床、汽車制造、自動化倉儲、焊接領(lǐng)域得到了廣泛的應用。特別實在運動控制領(lǐng)域，據(jù)悉全球四大機器人廠商均采用了EtherCAT總線通訊。
TSN與EtherCAT的完美融合
隨著市場需求的升級，EtherCAT技術(shù)也在不斷地進化與完善中。2017年11月，ETG將時間敏感網(wǎng)絡（TSN）技術(shù)補充到EtherCAT現(xiàn)有標準中，使得EtherCAT的應用領(lǐng)域拓展至異構(gòu)網(wǎng)絡環(huán)境，同時進一步提升了控制器到控制器通信的實時性。通過利用TSN，多個工業(yè)控制器可以通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡與多個不同的EtherCAT網(wǎng)段進行實時通訊。在此過程中，無需對EtherCAT從站設備進行更改：具備所有高性能特性的EtherCAT設備協(xié)議將被完整保留。由于EtherCAT通常只需要一個幀即可掃描整個網(wǎng)絡，因此這種訪問比其他任何現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)更為精簡有效。
領(lǐng)跑智能制造——研華打造完整EtherCAT運動控制解決方案
物聯(lián)網(wǎng)（IOT）、工業(yè)4.0、中國制造2025，工業(yè)價值鏈中均提到：各個層級普遍都需要實現(xiàn)無縫的、持續(xù)且標準化的通信。研華牢牢把握智能制造時代發(fā)展趨勢，深耕用戶市場，借助EtherCAT總線技術(shù)，從根本上滿足數(shù)字傳輸?shù)男枨螅蛟煅腥A完整的EtherCAT運動控制解決方案，幫助用戶實現(xiàn)智能化的先進制造。
研華EtherCAT運動控制解決方案產(chǎn)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(gòu)處理器相結(jié)合，提供靈活主流的以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，為設備制造商和系統(tǒng)集成商提供完整解決方案。在支持EtherCAT開放的標準協(xié)議下，用戶可以利用快速通訊周期來實現(xiàn)高性能的同步運動控制。
研華EtherCAT運動控制解決方案的應用案例
——PCI-1203在LED晶粒挑揀機上的應用
LED后段制程會依照光電特性做分選，而LED芯片分選的關(guān)鍵是在LED芯片與底部黏附LED晶圓的藍色角膜分離的過程中，因為底部頂針需快速定位，頂住膠膜向上，讓將被吸取的LED芯片向上脫離后，再由上方吸盤吸取后移走。
用戶在此過程中主要面臨兩大問題：一是，在高速運行過程中，頂針的力道過大有可能造成LED芯片的局部殘缺破裂；二是，為縮短整個動作的循環(huán)周期，擺臂會需要做短距離高速運動，這種情形會產(chǎn)生急加/減速的振動。為了使機器可以承受，多數(shù)機臺會減速而降低產(chǎn)能。
針對芯片毀損情況：研華PCI-1203主站控制卡提供扭矩線指表功能可防止LED芯片的毀損。扭矩限制表可以在預先設定好的位置表中定義每一個位置愛的馬達最大扭力限制值，于每一個DDA周期重新計算扭力值并傳送給EtherCAT伺服馬達。
針對高加/減速條件下做振動抑制，PCI-1203提供PT/PVT功能的規(guī)劃，透過PT/PVT功能來設定離散位置、速度及時間，PCI-1203為自動插補形成平滑、連續(xù)的軌跡。
在該應用案例中，研華PCI-1203的扭矩限制表功能，讓整體設備動作所需要時間大幅縮短；PT/PVT功能，根據(jù)幾臺特性做規(guī)劃，達到抑制振動的效果；同時支持32軸的同步控制，充分發(fā)揮EtherCAT高速高精度的控制特性；基于研華Softmotion軟件核心，提供強大且富有彈性的API開發(fā)工具，滿足客戶快速開發(fā)需求。
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