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如何看待 EtherCAT 技術向 G 時代的演進

時間:2020-01-07來源:麥總mcrazy 智造商

導語:EtherCAT十分獨特的運行機制-theprocessing-on-the-fly,俗稱“數據列車”,使其有著極高的通訊速率,被認為是目前最快的工業以太網總線。

  繼去年紐倫堡SPS展上Beckhoff推出千兆工業以太網技術EtherCATG后,今年9月,ETG(EtherCAT技術協會)的技術委員會將其作為EtherCAT標準的一項重要補充,正式接受了這項技術。

  這意味著,這項能夠將EtherCAT擴展到千兆和萬兆級別的EtherCATG技術,未來將會由ETG進行支持和推廣。

  那么,我們應該如何看待EtherCAT技術向G時代的演進呢?

  本期,結合一些公開的信息,和大伙簡單聊聊EtherCATG這項技術。

  我們知道,EtherCAT是由Beckhoff在2003年推出的,此后一直由ETG進行支持和推廣。它十分獨特的運行機制-theprocessing-on-the-fly,俗稱“數據列車”,使其有著極高的通訊速率,被認為是目前最快的工業以太網總線。因此,EtherCAT非常適合用于那些系統節點較多,且要求短時間周期響應的自動化應用。

  不過,由于現有EtherCAT的通訊帶寬是百兆級別的,這讓它在應對當前制造系統中日趨增多的大批量數據傳輸與處理任務時,還是表現出了一定的局限性,比如:

  在測量測試領域,對采樣率要求極高的超采樣應用;

  系統中設備數量巨大,同時又要求有極短循環時間周期的特大型復雜應用;

  需要實時傳輸和處理視頻圖像數據流的視覺應用;

  復雜的運動控制應用,如:平面傳輸系統;

  …

  在這種情況下,我們就需要使用千兆甚至萬兆以太網技術EtherCATG或EtherCATG10,來擴展EtherCAT的應用領域了。

  2018年紐倫堡SPS展上,Beckhoff正式向市場推出EtherCATG,并在隨后的一段時間向ETG提交了這項作為EtherCAT的擴展的千兆以太網技術。經過全面審閱,ETG在今年9月24日其技術委員會會議上,將EtherCATG作為EtherCAT技術的補充與完善,正式接受了該項技術。目前,ETG正在努力將EtherCATG添加到相應的技術規范中。

  從官方發布的資料看,EtherCATG和EtherCATG10具備這樣一些特點:

  仍然是基于EtherCAT獨特的processing-on-the-fly運行機制;

  帶寬會擴展到1Gb/s和10Gb/s;

  與EtherCAT完全兼容;

  符合以太網標準(IEEE802.3);

  標準模式下,主站端無需軟件適配;

  ETG方面稱,EtherCATG保持了EtherCAT原本獨特的功能機理和高速特性,同時能夠幫助用戶基于現有技術體系,接入新的大批量數據傳輸與處理任務,并對其進行集成和整合,這將擴展EtherCAT技術的應用范圍。

  值得注意的是,ETG在其官宣中并未將EtherCATG和EtherCATG10稱作是EtherCAT的新版本,而是和之前的SafetyoverEtherCAT和EtherCATP一樣,將其定義為是EtherCAT技術的一項延伸和擴展,并強調EtherCATG與現有百兆級別的EtherCAT是完全兼容的。

  這不只是說EtherCATG從站設備是可以在百兆EtherCAT網絡中運行的;反過來,百兆EtherCAT設備也可以應用于EtherCATG系統中,只不過此時整個網絡將自動切換到100Mb/s。

  而為了能夠在千兆EtherCATG系統中更加有效的融入百兆EtherCAT設備和網段,EtherCATG是支持分支管理功能的。

  一方面,用戶可以使用EtherCAT分支控制器(EBC=EtherCATBranchController),將百兆EtherCAT與千兆EtherCATG網段分隔開來,對數據傳輸做并行處理,從而減少和避免百兆級EtherCAT設備給千兆EtherCATG系統性能所帶來的降速影響;另一方面,借助并行數據處理機制,EBC還能幫助減少在千兆EtherCATG系統中因設備節點過多而帶來的信息傳輸延遲。

  官方資料中的數據顯示,以一個128軸的大型伺服系統為例,假設每個伺服驅動器包含8字節輸入/8字節輸出,每個周期有1024字節的輸入/輸出數據:

  若將它們串聯在一個EtherCAT網段中,其通信時間周期將為237μs;

  如果網段中所有設備,包括主站和各臺伺服驅動器,都采用EtherCATG,那么通信時間將降至150μs;

  但若是使用EBC將128個伺服軸劃分為16個網段,即使僅僅是主站采用EtherCATG,各從站仍使用EtherCAT,通信時間也會顯著降低至49μs;

  而如果在此基礎上,將所有主站和從站設備都改用EtherCATG,通信時間將會進一步縮減至37μs。

  從中我們不難看出,已經搭載EtherCAT技術的設備系統,在不替換現有EtherCAT設備的情況下,僅通過引入EBC網段控制器對原EtherCAT網段進行分隔,并將主站換成EtherCATG設備,便能夠讓通信時間大幅縮短至原來的1/5。這就是說,除了能夠幫助集成數據處理應用,EtherCATG還為提升系統通信速率提供了一種新的解決方案;不僅如此,用戶在通過EtherCATG實現應用拓展的同時,還能夠兼顧到對現有設備資產的保護。

  目前Beckhoff已經推出了相應的網段控制器產品。

  而有關當下熱門的TSN技術,ETG對于其在構建異構網絡...等方面的優勢是積極認可的;但考慮到TSN的標準仍未正式發布,因此認為它目前還存在一定的不確定性(后續再談)。

  與此同時,EtherCAT會適宜的使用TSN技術,例如:推出EtherCAT-TSN設備行規(Profile),幫助用戶將EtherCAT設備和網段融入到TSN異構網絡中。

  但TSN不會改變EtherCAT,沒有新的有關TSN集成的版本。

  總的來說,EtherCATG的出現,繼續印證了我們之前所談到的,工業通訊總線向千兆級別演進的趨勢,其目的是為了滿足工業領域越來越多的數據應用需求。只不過它采取了一種比較獨特的解決問題之道,即:基于現有成熟技術進行延伸和擴展,并完全向下兼容,讓用戶能夠以當前系統為基礎進行功能拓展,無需擔心原來的EtherCAT會被替換,更不必為了EtherCATG而等待。

  因為,EtherCAT與EtherCATG的應用領域是不同的,二者之間是并存而非替代的關系。


標簽: 工業以太網EtherCAT

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