EtherCAT技术最早由Beckhoff公司研发，现在依托EtherCAT技术协会将该技术开放并共享。

EtherCAT技术的第一个特点是一网到底，协议处理直达I/O层。由于这种特点，EtherCAT没有任何下层子总线，因此不需要任何网关或者特殊的交换机，EtherCAT系统可以由主控、I/O传感器、执行器、驱动、电机或者不同的从站设备等构成，即单一系统便可涵盖所有设备。

EtherCAT最突出的特点在于其性能：传输速度快，具有非常好的同步性和实时性。

例如，系统中有40个轴、50个I/O站、2000个数字量及200个模拟量，总线长度为500m。若以EtherCAT进行总线周期循环，该系统的周期为276μs，而这时EtherCAT的总线负载为44%，另外56%带宽可以为其他协议及数据通信所保留，例如TCP/IP。相比较其他比较流行的工业以太网，EtherCAT能使系统达到一个很好的通信速度，优势非常明显。

EtherCAT运行原理

EtherCAT之所以有这么高的运行效率，和其运行方式有关，每一个帧都是由主站发出并通过所有的从站，在通过所有从站的同时自动进行数据交换，其数据带有逻辑地址信息，从站通过所携带的地址信息来识别需要交换的数据包。

每一个从站的过程数据是无限的，也就是说，每一个从站中准备存储到EtherCAT帧中的数据相对于自动化行业是无限制的。每一个循环中帧的报文数据构成可以不同，这样就可以更加灵活且充分地利用带宽的优势。

对于一些要求比较高的循环周期的数据如轴数据，可以设定每一个EtherCAT数据都带有这样的子报文；对于一些要求不高的普通数据，可以设定两个或者更多的EtherCAT帧带着这样的数据，对有限的带宽进行更充分的应用，可以应用于以太网的异步通信。

EtherCAT还有一个突出的性能，就是所有的通信都是在硬件中完成的，硬件是指EtherCAT从站当中的一个芯片，在芯片里完成所有与通信相关的数据处理。这就意味着，从站或者主站在实施数据传输的时候，不需要再使用其他的处理器或者相关资源来进行通信的协处理，这样做的结果就是能够达到更好的性能。

EtherCAT网络中可以没有任何的交换机，而是全部使用EtherCAT设备，例如EtherCAT主站或者从站；同时EtherCAT网络还具有出色的诊断功能，并且保留了对以太网的兼容性。

基于以上原理，EtherCAT的数据刷新时间非常快。例如有1000个开关量I/O，1000个数字量I/O，刷新1000个数字量I/O所需要的时间仅为30μs；而如果对做伺服电机进行控制，需要对轴进行一个数据交换，假设100个伺服轴中的每一个伺服轴都具有8Byte的输入/输出，则刷新时间是100μs，应用的为全双工的百兆以太网。

EtherCAT优化系统结构

EtherCAT不仅传输速度快，相对于传统的现场总线，还可以改善或者优化系统结构。因为EtherCAT为一网到底的协议、没有子总线，也不需要特殊的主站设备，没有任何专业的主站插卡，因此就没有主站循环周期，总线的循环周期也会大大缩短，这样做的结果就是系统的结构十分清晰，EtherCAT总线循环在整个系统中所占比例很小。

在应用了EtherCAT之后，整个系统的响应及循环周期都有了很好的改善，最差的情况也相当于两个PLC的循环，而最好的情况就是一个系统的响应几乎已经等于上层PLC的响应，这就是EtherCAT总线传输速度快并且能够很好地改善系统结构和响应的原因。

EtherCAT拥有一个很好的实时性特点，在每一个从站的芯片中都会有一个分布时钟的功能，这个功能可以用来记时，当EtherCAT帧从一个总站发送至从站时，这个功能可以记录发送过来的时间以及帧备份刷新后返回的时间，并将这两个传输的时间差也记录下来。若一个系统中几台从站拥有这样的功能，就可以把其中一个从站的时钟设置为主时钟，其他各时钟的时间差就可以计算出来。

EtherCAT是工业以太网

EtherCAT 是工业以太网，所以拥有以太网的特性，采用标准以太网帧IEEE 802.3这样的技术。而在使用时，若需要IP路由，可以使用UDP/IP或者TCP/IP。

管理系统通常都是普通的以太网，而EtherCAT有三种方式可以进行集成：第一种是可以采用交换机端口，该端口是一个EtherCAT从站，使用了一个上层协议，这样可以通过交换机设备将以太网线连接到上层，这样的方式不会影响整体EtherCAT系统的实时性；第二种是在EtherCAT主站上如PC或者网卡，再加上一个独立的以太网口，通过这个网口将以太网线连接到上层设备，但是要更换一台PC或者增加一个网口；第三种是使用标准的以太网交换机，这个方式的特点是会影响EtherCAT底层实时性，使用交换机就会产生延迟，而且这种延迟是不确定的，所以这种方法不予推荐使用；若底层的实时性要求不高或者要求有拓扑结构时，这个方式可以使用。

EtherCAT拥有众多优势

相比较标准以太网，EtherCAT要灵活很多。首先，EtherCAT支持如线型、星型、树型、总线型等各种类型的拓扑结构，这样在网络规划时会很轻松，不用去考虑拓扑结构所产生的限制。

EtherCAT还有一个特点是网段的容量非常大，就是说一个系统可以带多个从站，每个EtherCAT网段可容纳65535个节点，网络规模几乎无限，在进行网络扩展时非常轻松。除此之外，EtherCAT可以支持多种以太网物理层：100BASE-TX（两节点最大间距100m），一般应用于物流的控制系统；100BASE-FX（两节点最大间距2km）；模块化设备（LVDS）。

EtherCAT另一个特点就是取代了PCI。EtherCAT无缝集成现场总线设备，这种方式有两个特性，一是控制系统中（IPC或PLC中）无需再有插槽，二是插卡个数取决于PC。

EtherCAT是在I/O层进行集成的，灵活性好且数据刷新速度很快，集成性高，可以实现EtherCAT的自动对比，地址可以保持不变，所以应用起来非常方便，并且成本很低。

EtherCAT成本更低且更安全

因为EtherCAT在实施的时候不需要任何强大的微处理器来协助处理，可以直接带I/O，而且EtherCAT系统不需要一些有源的交换机和集线器。对于研发厂商和用户来讲，成本比较低。

除此之外，EtherCAT还拥有很多特性，如功能安全性，满足Safety Integrity Level（SIL）3甚至是（SIL）4的标准。例如，一个EtherCAT的控制系统可以将与安全相关的设备直接放在控制系统当中，即安全和控制系统二合一，相比较过去两个部分独立工作，成本大大降低且应用灵活。

EtherCAT现在支持系统冗余，若在总线上重新接一个端口，然后用以太网线连接到最后一个设备，就可以实现一个双逻辑关系，同样的帧在发送时会经过两个网口，只有在特定的地点才能发送正确进行数据交换，有一个正确的传输方向，这样断点之后的数据就不会丢失。

EtherCAT久经实践考验

EtherCAT可以实现主站与从站、从站与从站以及主站与主站通讯，还可以集成工业以太网及各种设备，也可以支持不同的物理层和线缆。EtherCAT不仅是高性能的技术，而且非常灵活。

在中国，EtherCAT有很多应用，比较重点的是高端应用，在同步性及实时性要求高的行业中应用广泛；除此之外，还在数据采集方面有很广的应用，主要原因就是成本较低且具有灵活的集成性。

EtherCAT协会于2003年11月成立，至2010年9月已经拥有了1437 位会员，在中国也已经有了100多位会员，在中国、日本及北美等都设有分支机构，目前是全球最大的现场总线组织，该组织的会员资格对所有对该技术感兴趣的公司开放。

正是因为拥有众多会员，EtherCAT的产品非常广泛，在汉诺威展会上展出的EtherCAT系统中集合了20多个厂商的30种不同产品，在同一个EtherCAT主控下面进行协同的工作，众多主流的驱动器厂商都运用了EtherCAT协议的产品。

EtherCAT不仅传输速度快，相对于传统的现场总线，还可以改善或者优化系统结构。