构建开放生态赋能持续创新

访EtherCAT技术协会执行董事Martin Rostan先生

李峥 MM《现代制造》 2024-01-31

EtherCAT是技术革新的成果，具备高速灵活的特点，以及可持续发展的潜力。

工业通信网络传输海量数据，为控制系统的状态监控、决策判断和及时响应提供关键支撑，成为数字化的桥梁与纽带，肩负变革重任。工业通信技术的重要性不仅体现在提升生产效率和降低生产成本上，更体现在推动工业智能化、实现产业升级等方面。

实时工业以太网通信技术——EtherCAT发布二十年来，凭借其快速、稳定、灵活及向下兼容的鲜明特征，突破数据通信瓶颈，成为全球众多设备制造商设计并实施高性能实时以太网控制方案的首选。EtherCAT技术协会执行董事Martin Rostan先生打了一个有趣的比喻：“这是一个先有鸡还是先有蛋的问题。对于一项创新技术，首先要考虑面对的是设备制造商还是最终用户？只有当用户选择了这项技术，供应商才会生产制造对应的产品。这也是最初几年在推广EtherCAT技术时我们面临的最大挑战。因此，我们必须通过令人信服的技术对行业用户进行培训，EtherCAT技术卓越，简单易用，能帮助工程师解决实际的通信问题，并逐步成为工程师的首选解决方案。”

EtherCAT技术协会执行董事Martin Rostan先生

为了进一步推广和支持EtherCAT技术的发展，EtherCAT技术协会（ETG）于2003年11月在纽伦堡SPS展会上正式成立，并陆续在中国、日本、韩国和北美成立了代表处，布局EtherCAT全球生态系统。“从EtherCAT技术的发明者——德国倍福公司角度来说，当时公司的体量比较小，无法和行业巨头比肩，因此很难将该创新技术推广为全球标准。”Martin先生回顾道：“基于EtherCAT独特的运行原理和实施方式，EtherCAT芯片对从站的实施非常重要，有了芯片，实现EtherCAT设备相对于其他协议来讲尤为简单。最初实施采用的FPGA技术高成本是技术推广的一大挑战，同时开放市场非常重要。2006年，随着EtherCAT AISC的问世，实施成本大幅下降。到了2011年，第一家微控制器制造商采用了EtherCAT技术，在标准微控制器中添加了EtherCAT通信接口，从而进一步打开了EtherCAT开放的大门，而芯片的硬件成本进一步降低，也让该技术的应用走向了更广泛的领域。”

2014年，EtherCAT正式成为中国国家推荐性标准，使EtherCAT更易于中国终端用户、机器制造商和产品供应商的深度理解、实施和使用，成为中国市场主流的实时工业以太网现场总线技术之一。对于快速发展的中国市场，Martin先生表示：“中国市场非常有活力，在过去15年中诞生了很多成功的公司。相比于其他国家，中国的众多制造公司没有技术应用上的历史遗留问题，他们可以根据自身需求直接选择更合适的技术和更丰富的产品。”

持续创新的理念始终根植在ETG的基因中。面对中国市场和用户不断变化的需求，未来EtherCAT将继续凭借卓越的性能和特性，从机器性能、灵活性、模块化、结构精简化以及向后兼容的可持续性等方面进行优化，助力中国机器制造商持续降本增效，全面提升市场竞争力。

持续创新共建开放生态

2023年是ETG成立二十周年。多年来，ETG的会员数量持续增长并突破7000家，亚洲地区的会员数量超过3000家，中国会员超过1500家。预计未来两年，亚洲地区的会员数量将超过欧洲地区。Martin先生介绍：“稳定性是EtherCAT技术获得成功的重要因素，我们也会随着用户需求的提升对该技术进行完善，在保持原版本的同时，不断创新和扩展。”例如，为使布线工作更加简单和经济，减小设备和机器的占地面积，EtherCAT+Power（以下简称EtherCAT P）作为线缆层上对EtherCAT技术的补充应运而生。EtherCAT P在标准的4芯以太网电缆中可以实现数据传输，还可以在2组电气隔离的、独立的且可变换电源中传输，仅需一条电缆即可连接并为I/O和现场设备进行供电。2019年，ETG正式支持EtherCAT G/G10，将网络带宽提升至千兆/万兆级，但EtherCAT G/G10不会取代百兆的EtherCAT，而是将EtherCAT的适用范围扩展到必须传输大量过程数据的应用场合，例如机器视觉领域、高端测量测试技术或更为复杂的运动控制应用等。

图1 EtherCAT G/G10将网络带宽提升至千兆/万兆级

EtherCAT始终只有一个版本，所有的技术扩展也都是对EtherCAT技术本身的补充。EtherCAT的优势包括高动态数据传输、全面诊断、简单配置并集成同步性等都被完全保留，并不断更新优化信息与数据，快速响应用户需求。这是EtherCAT区别于其他竞争对手的一个重要特征。Martin先生指出：“EtherCAT是技术革新的成果，具备高速且灵活的特点，同时也具有可持续发展的潜力，致力于满足不断变化的市场需求。”

与很多声称开放的技术不同的是，EtherCAT是真正的开放。德国倍福公司的系统和组件始终对第三方开放，并支持所有重要接口，因此用户不会被绑定于某一家或几家的产品系统中。这也是PC控制开放式架构的最大优势之一。EtherCAT技术市场呈爆发性增长，各个行业、各种供应商受益于此，同时，它也帮助了该技术的创始企业——德国倍福公司的成长。目前，EtherCAT产品供应商数量遥遥领先，为了保证EtherCAT设备的互操作性和一致性，ETG每年在全球范围内举办多场互操作性测试活动，将设备研发和制造商聚集在一起，共同维护EtherCAT开放的生态系统。

开放互联深耕本地化

科技变革和市场需求变化的力量推动制造业向数智化、低碳化方向不断转型，中国制造业正在加快升级步伐。如何帮助中国用户将EtherCAT技术的优势发挥至最大化，也是ETG一直以来的探索方向。Martin 先生解释：“关于工业4.0所描述的一些概念，我觉得为时尚早。目前为止唯一可行的，并被人们理解的方式是坚持传统的分层系统架构。经过智能控制器处理的数据抵达ERP或者云才是有意义的，而智能控制器进行数据处理则需要EtherCAT提供的支持，确定性通信及连接。”

谈到本地化，Martin先生介绍了ETG的策略：“ETG会根据各地区不同的市场情况和产业结构因地制宜，其核心团队更了解本土的市场需求。2007年我们在中国建立了代表处，以更加本地化的方式进行市场推广，并支持中国区会员的EtherCAT技术实施。同时，我们与北京航空航天大学合作并建立了官方授权的一致性测试中心（ETC），以保障EtherCAT设备的一致性和兼容性，这就是一种具有中国本土化特色的支持方式。”ETG中国每年还通过EtherCAT系列研讨会的路演活动，与用户探讨更多技术细节，努力为EtherCAT的用户提供培训，展示EtherCAT技术为其带来的收益，并帮助用户理解和实施该技术。Martin 先生说道：“中国市场的活力有目共睹，ETG技术的开放与中国工业的开放思想相结合，将发挥出EtherCAT技术的更多优势。”对于EtherCAT技术在中国市场取得的巨大成功，Martin先生对ETG中国团队所做出的重要贡献表示了感谢，正是有了他们的鼎力支持和通力合作，才有了EtherCAT技术在中国市场的坚实根基。

图2 EtherCAT系列研讨会路演活动现场

信息技术的变革发展绕不开网络安全的话题。Martin先生表示：“EtherCAT技术内置了网络安全功能，这使得我们不太需要加密和证书处理之类的信息。”EtherCAT具有先进的诊断功能，巧妙融合了高性能与易用性。EtherCAT的独特运行原理使其几乎不会受到其他网络干扰。市场上所有同类型的竞争对手都使用基于交换机的IP协议，这将导致潜在的网络安全问题。而EtherCAT已经将安全性能集成到机器控制解决方案中，为网络安全新挑战做好了充分准备。

此外，诊断能力对于机器的可用性和调试时间起着决定性作用。EtherCAT技术出色的诊断能力提供了额外的优势，使用户更轻松地定位潜在的错误。无需任何交换机或基础设施组件，无需主服务器或任何互联网中的任何额外硬件，成本更低廉，控制架构更精简。这种性能与易用性的独特结合是EtherCAT取得如此成功的重要因素，为制造业乃至需要快速网络通信技术的行业做出了巨大贡献。

三大支柱打造高效、稳定的控制系统

Martin先生认为：“控制系统架构的多样性局面即将结束，目前产业的控制架构将越来越多的趋向于三大技术支柱，帮助中国用户更好地迎接开放的工业自动化。”第一大支柱是基于PC控制的硬件基础，代替了专用的PLC，具有更高的处理器速度、更小的占地空间和更低的成本。第二大支柱是采用IEC 61131编程语言。每个人都在用IEC 61131，或基于对象的高级语言C，C++和C#。该编程语言提供了丰富的高级工具和模块化功能，使编程变得更高效、简洁且易用，得到了广泛的应用和认可，成为现代工业自动化领域的必备工具之一。通过遵循该语言标准，各行业的企业和开发者可以获得一致性和互操作性，进而提高生产效率和产品质量。第三大支柱则是自动化系统中的EtherCAT通信技术。

三大支柱的相互支撑使控制架构变得更精简，成本更低。Martin 先生说道：“EtherCAT更多的是提供技术支撑，实现整体优化与效率提升。”目前大多数控制架构都由这三个主要支柱相结合，允许系统集成商和机器制造商从广泛而丰富的EtherCAT产品和设备中进行选择。Martin先生解释：“EtherCAT市场发展能为用户带来更低成本、更高性能的控制系统，从而提升整体竞争力。”

结束语

稳定、开放与持续创新始终是EtherCAT技术发展道路上的关键词。对于未来的全球变局和市场变化，Martin先生信心满满：“当然，稳定发展的经济环境是我们所共同期望的。即使面对危机，我也坚信市场一定会复苏。因为不断增长的全球市场一定需要更高质量的产品，人们也一定会追求更好的生活方式。”而对于中国市场，Martin先生笑道：“ETG中国团队在EtherCAT技术的推广层面已经达到了我们很难想象的广泛度。未来，我认为ETG中国团队要面临的挑战是，EtherCAT在中国市场已有很高的知名度和市场渗透率，如何找到更多的潜在用户是我们下一个二十年的挑战。”

撰稿人：李峥

转载平台：现代制造

责任编辑：朱晓裔

审核人：李峥