【儀表網 行業聚焦點】從2003年德國漢諾威展會上的正式發布，到2015年成為擁有來自58個國家3220個會員的大現場總線用戶組織，是什么讓EtherCAT這個年輕的現場總線技術獲得如此快速的發展？面對市場上各種協議的激烈競爭，EtherCAT怎樣脫穎而出？在新一輪自動化與信息化融合的浪潮下，EtherCAT又將為我們帶來怎樣的驚喜？近日，EtherCAT技術協會（ETG）執行董事Martin Rostan先生接受采訪，為我們解答了心中的謎題。
無論是工業4.0還是物聯網，要實現智能生產和萬物相連的美好愿景，都需要設備和服務端之間具有高度聯網和強大的通信能力，而高速、、安全的現場總線是智慧工廠的基本保障。“傳統的以太網在硬實時通訊方面往往存在著三個主要問題，帶寬利用率不高、堆棧和交換機延遲。”Martin Rostan先生說，“而EtherCAT因為采用了獨特的數據處理方式‘On the fly’，突破了傳統以太網技術的性能局限。”
“On the fly”的運行機制能保證數據的率傳輸。數據幀在網絡傳輸的同時，每個節點讀取幀中尋址到該節點的數據，并將需要交換的數據寫入幀。這種方式的帶寬利用率很高，且無需采用交換機或集線器。通過這種數據處理方式，可以實現過程數據傳輸并使以太網數據有效率接近100%，從而用佳的帶寬利用率獲得高的性能。
此外，“高速和安全性也是工業4.0現場總線需要具備的特性。”Martin Rostan先生說。作為快的工業以太網技術，EtherCAT可以達到1000個I/O的更新時間只需30μs，單個以太網幀多可進行1486字節的過程數據交換，與100個伺服軸的通訊每100μs執行一次，同時它還提供納秒級的同步。
安全性，一直是工業用戶采用以太網技術的顧慮之一。根據CONTROL ENGINEERING的一項關于工業以太網的新調查顯示，45%的工業用戶認為安全性是應用以太網技術擔心的問題。“其實不光是以太網，所有的網絡包括傳統的現場總線也要加強網絡安全防范，因為互聯的時代已經到來，所有的產品在未來都將在某種程度上與IT世界相連。”Martin Rostan先生認為。
隨著越來越多的設備接入網絡，包括便攜式智能設備走進工廠等，工業控制系統也越來越容易成為的攻擊目標，比如針對微軟和西門子工業系統漏洞的Stuxnet病毒，就是通過USB將病毒傳給PLC，導致伊朗核電站失控。“目前，還沒有發現EtherCAT的安全攻擊事件，因為病毒是通過IP協議傳輸的，而EtherCAT并不基于IP協議，因此相比于其他工業以太網協議，它不會那么脆弱，通過智能手機或其他便攜式設備也不會輕易攻擊到EtherCAT。”Martin Rostan先生談道，“不過沒有網絡是完全安全的，所有連接都應該受到保護，而企業需要的是制定適合自身工廠的
實現工業4.0的無縫銜接
如果用一句話來概括時下熱門的關鍵詞工業4.0的話，Martin Rostan先生認為其核心就是自動化與信息化的融合，這與我國的“兩化融合”有許多相通之處。實現整個企業信息的無縫銜接，需要打通從設備層、控制層到MES和ERP層的數據傳輸。未來的現場總線將與企業級網絡，甚至云端緊密相連。
正式基于這樣的愿景，ETG和OPC組織在2015年4月的德國漢諾威展上簽署了一份諒解備忘錄，宣布雙方將建立公共接口，以更好服務于工業4.0和物聯網時代下的用戶需求。Martin Rostan先生坦言，EtherCAT就是具有出色的實時特性的以太網現場總線，而OPCUA適用于語義互操作性數據傳輸，其集成的安全設計比其他的協議更好，因此雙方此次合作是兩種技術優勢互補的理想途徑。將EtherCAT協議用于設備層的控制器到從站的實時通訊，自動化協議（EAP）用于EtherCAT領域的橫向控制器與控制器間的通訊，而OPC-UA用于縱向通訊，以連接非EtherCAT系統，從而實現了工業4.0所要求的縱向和橫向整合所需的所有通訊要求，為工業總線接入云端提供了有力的支持。
工程師的選擇就是好的支持
統一的標準一直是用戶所期盼的，但從代現場總線，到現在的實時工業以太網和無線，多達20多種的標準，而且很多互不兼容，給企業在實際應用中帶來了很多不便。隨著工業4.0和物聯網的推動，統一的標準會在未來實現嗎？Martin Rostan坦言，他本人也很希望這樣一天的到來，不過就目前來說，還有很長的路要走。
一般來說，企業在選擇工業以太網協議的時候有兩種方式，一種是從上至下選擇，另一種從下至上選擇。種情況是，企業先選擇一個品牌，選擇一個主站、控制器、PLC等，然后在這個框架下再往下選。在這種情況下并沒有詢問工程師的意見，管理層不了解他們認為哪種才是適合的協議就做了決定。這種情況有可能導致用戶被綁定于某個供應商。
另外一種，從下往上選擇，就是一些工程師希望采用先進的技術或者平臺，他們考慮的是選擇什么協議才是適合應用。“如果企業能夠與使用者來討論這個問題，你會發現，EtherCAT總能會勝出，工程師們會選擇EtherCAT作為未來以太網協議，因為它在技術上有很多獨特的優勢。”Martin Rostan自信地說，“未來可能只有3-4家主要的工業以太網協議，包括我們熟悉的Profinet、EtherNet/IP和CC-LinkIE，當然還有的EtherCAT。其他的以太網協議都是基于某個大洲甚至某個國家的，只有EtherCAT是廣泛受到的認可的技術。憑我們的感覺，EtherCAT列于前三名或更靠前的位置。”
“很多總線都聲稱其真正開放，但需要關注的是：有多少主站/控制器提供商支持該技術？”Martin Rostan先生打了一個有趣的比喻，“絕大多數現場總線技術都由大猩猩族群中強壯的那一個提供主站系統，有時候主導的大猩猩相對個頭較小——但它也是的主站提供商，幸運的是EtherCAT不是依賴于的那個，它的主站（控制器）供應商已經多達185家。”因此，EtherCAT是一個真正開放的工業以太網技術。
2014年對于ETG中國來說是具有里程碑意義的一年。已經獲得IEC、ISO和SEMI標準的EtherCAT，在去年10月正式成為了中國推薦性國家標準GB/T31230。“得益于中國自動化市場的蓬勃發展，EtherCAT以其超高速、低成本、易使用和開放性等特點在中國市場獲得了很高的采納率。”Martin Rostan先生欣慰地談道，“成為中國國家標準后，意味著EtherCAT將獲得來自政府層面的更廣泛的認可和支持，從而更好地為中國終用戶提供本地化服務。”
截至5月11日，ETG中國的會員總數已達到475個，比上一年增長26%，占到整個ETG亞洲會員數量的40%以上。是什么讓中國用戶對EtherCAT情有獨鐘？Martin Rostan先生認為，“首先，中國用戶更樂于采納先進的技術，而不是過多糾結于這項技術來自哪個國家。其次，低成本是中國用戶更為關心的問題，很多轉型期的中國制造企業都面臨著巨大的成本壓力。第三，在制定購買決策時，中國的工程師可以為企業提供更多的參考建議。”
此外，高素質的工程人才也是中國市場的獨特優勢。“中國的工程師非常聰明，他們擁有良好的教育背景并且樂于鉆研，能夠為企業開發自己的產品。這一點和日韓等其他亞洲國家有所不同，日韓的工程師更傾向于購買打包服務或已經開發好的半成品。”Martin Rostan先生為中國工程師的研發能力點了個贊。
獨立開發意味著需要了解更多協議底層的細節，更完整的文檔，以及更多的技術培訓和研發工具支持等，ETG中國在這些方面也為中國工程師提供了更多的支持，比如在ETG上免費共享的諸多中英文協議文檔，技術幫助文檔，免費的ETG實施服務，每年多場次的EtherCAT中國路演，通過面對面地與EtherCAT專家進行交流，幫助工程師答疑解惑。
助力中國制造業轉型升級
隨著被譽為“中國版工業4.0”——《中國制造2025戰略》政策的正式發布，中國的制造業企業也進入了向智能制造轉型升級的10年。“工業4.0的推進也要根據每個國家的情況區別對待，對于很多連自動化還沒有實施好的中國企業來說，直接跳躍到智能化是不現實的。”MartinRostan先生并不贊成對工業4.0過于狂熱，“前三次工業革命，都是經過了長達50年的發展，工業4.0也不是3~5年能一蹴而就的，目前中國重要的事情是如何讓自動化正確實施，然后才是將自動化接入云端，一步一步來才能打好堅實的基礎。”
而由于受到經濟的下行壓力，很多想轉型的制造企業也飽受資金成本的困擾。MartinRostan先生建議，在選擇部署工業以太網現場總線時，企業可以從易用性、診斷維護和硬件配置三個方面進行成本分析。以EtherCAT為例，它使用起來非常簡單，完全不需要那些復雜的IT知識，沒有工業以太網經驗的用戶也可以輕松掌握；EtherCAT具有很強的診斷能力，可以準確地定位、檢測和排查故障；另外EtherCAT從站也不需要交換機等硬件設備也是一個成本優勢。“EtherCAT是基于以太網技術性價比好的總線，通常來講，基于以太網的總線成本要高于傳統的現場總線，而EtherCAT的成本可以跟傳統的現場總線相差無幾。”Martin Rostan先生坦言。
大現場總線組織的未來藍圖
作為一個非盈利性組織，ETG不僅對會員不收取會費，而且ETG會員獲取協議堆棧、樣本代碼、評估套件、實施支持和其他的服務都是免費或者僅需很低的費用。這也是EtherCAT在速落地生根的原因之一。僅從2014年2月到2015年同期的一年時間里，ETG會員就增加了412個。
同時，ETG以其先進的技術和開放性，也獲得了越來越多合作廠商的支持。近日英飛凌宣布推出搭載EtherCAT XMC4800微控制器，成為家在帶有片上閃存和模擬/混合信號處理功能的ARMCortex-M微控制器上集成EtherCAT節點的半導體公司。而早前Microchip也宣布推出集成PHY的新型EtherCAT從屬控制器，有效降低EtherCAT開發的系統復雜性和成本。2015春季歐洲EtherCAT一致性測試大會，更是在廠商和產品數量上刷新了紀錄，這次大會共吸引到了來自70個廠商的12款主站和42款從站的參與。
作為一個大的現場總線組織的，Martin Rostan先生可能在10年前也沒有想到EtherCAT技術今天會如此地受歡迎。面對下一個10年，他有怎樣的期許呢？“我一般不會做超過5年以上的規劃，”這位務實的德國專家臉上露出篤定的笑容，“EtherCAT是一項穩定的技術，但是我們將根據新的應用領域的需求不斷完善上層協議。我希望EtherCAT未來能在更多國家和行業領域得到更廣泛的應用。雖然我們在傳統的機器控制領域應用特別強勢，但卻不局限于此，就像我們在嵌入式、半導體等行業取得的巨大進步一樣，未來也希望EtherCAT在過程控制領域取得更大的突破。”
