繼去年紐倫堡SPS展上Beckhoff推出千兆工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)EtherCATG后，今年9月，ETG（EtherCAT技術(shù)協(xié)會）的技術(shù)委員會將其作為EtherCAT標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)重要補(bǔ)充，正式接受了這項(xiàng)技術(shù)。

　　這意味著，這項(xiàng)能夠?qū)therCAT擴(kuò)展到千兆和萬兆級別的EtherCATG技術(shù)，未來將會由ETG進(jìn)行支持和推廣。

　　那么，我們應(yīng)該如何看待EtherCAT技術(shù)向G時(shí)代的演進(jìn)呢？

　　本期，結(jié)合一些公開的信息，和大伙簡單聊聊EtherCATG這項(xiàng)技術(shù)。

　　我們知道，EtherCAT是由Beckhoff在2003年推出的，此后一直由ETG進(jìn)行支持和推廣。它十分獨(dú)特的運(yùn)行機(jī)制-theprocessing-on-the-fly，俗稱“數(shù)據(jù)列車”，使其有著極高的通訊速率，被認(rèn)為是目前最快的工業(yè)以太網(wǎng)總線。因此，EtherCAT非常適合用于那些系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)較多，且要求短時(shí)間周期響應(yīng)的自動(dòng)化應(yīng)用。

　　不過，由于現(xiàn)有EtherCAT的通訊帶寬是百兆級別的，這讓它在應(yīng)對當(dāng)前制造系統(tǒng)中日趨增多的大批量數(shù)據(jù)傳輸與處理任務(wù)時(shí)，還是表現(xiàn)出了一定的局限性，比如：

　　在測量測試領(lǐng)域，對采樣率要求極高的超采樣應(yīng)用；

　　系統(tǒng)中設(shè)備數(shù)量巨大，同時(shí)又要求有極短循環(huán)時(shí)間周期的特大型復(fù)雜應(yīng)用；

　　需要實(shí)時(shí)傳輸和處理視頻圖像數(shù)據(jù)流的視覺應(yīng)用；

　　復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用，如：平面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)；

　　…

　　在這種情況下，我們就需要使用千兆甚至萬兆以太網(wǎng)技術(shù)EtherCATG或EtherCATG10，來擴(kuò)展EtherCAT的應(yīng)用領(lǐng)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(shí)間向ETG提交了這項(xiàng)作為EtherCAT的擴(kuò)展的千兆以太網(wǎng)技術(shù)。經(jīng)過全面審閱，ETG在今年9月24日其技術(shù)委員會會議上，將EtherCATG作為EtherCAT技術(shù)的補(bǔ)充與完善，正式接受了該項(xiàng)技術(shù)。目前，ETG正在努力將EtherCATG添加到相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范中。

　　從官方發(fā)布的資料看，EtherCATG和EtherCATG10具備這樣一些特點(diǎn)：

　　仍然是基于EtherCAT獨(dú)特的processing-on-the-fly運(yùn)行機(jī)制；

　　帶寬會擴(kuò)展到1Gb/s和10Gb/s；

　　與EtherCAT完全兼容；

　　符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802.3）；

　　標(biāo)準(zhǔn)模式下，主站端無需軟件適配；

　　ETG方面稱，EtherCATG保持了EtherCAT原本獨(dú)特的功能機(jī)理和高速特性，同時(shí)能夠幫助用戶基于現(xiàn)有技術(shù)體系，接入新的大批量數(shù)據(jù)傳輸與處理任務(wù)，并對其進(jìn)行集成和整合，這將擴(kuò)展EtherCAT技術(shù)的應(yīng)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(shù)的一項(xiàng)延伸和擴(kuò)展，并強(qiáng)調(diào)EtherCATG與現(xiàn)有百兆級別的EtherCAT是完全兼容的。

　　這不只是說EtherCATG從站設(shè)備是可以在百兆EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的；反過來，百兆EtherCAT設(shè)備也可以應(yīng)用于EtherCATG系統(tǒng)中，只不過此時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)切換到100Mb/s。

　　而為了能夠在千兆EtherCATG系統(tǒng)中更加有效的融入百兆EtherCAT設(shè)備和網(wǎng)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(wǎng)段分隔開來，對數(shù)據(jù)傳輸做并行處理，從而減少和避免百兆級EtherCAT設(shè)備給千兆EtherCATG系統(tǒng)性能所帶來的降速影響；另一方面，借助并行數(shù)據(jù)處理機(jī)制，EBC還能幫助減少在千兆EtherCATG系統(tǒng)中因設(shè)備節(jié)點(diǎn)過多而帶來的信息傳輸延遲。

　　官方資料中的數(shù)據(jù)顯示，以一個(gè)128軸的大型伺服系統(tǒng)為例，假設(shè)每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器包含8字節(jié)輸入/8字節(jié)輸出，每個(gè)周期有1024字節(jié)的輸入/輸出數(shù)據(jù)：

　　若將它們串聯(lián)在一個(gè)EtherCAT網(wǎng)段中，其通信時(shí)間周期將為237μs；

　　如果網(wǎng)段中所有設(shè)備，包括主站和各臺伺服驅(qū)動(dòng)器，都采用EtherCATG，那么通信時(shí)間將降至150μs；

　　但若是使用EBC將128個(gè)伺服軸劃分為16個(gè)網(wǎng)段，即使僅僅是主站采用EtherCATG，各從站仍使用EtherCAT，通信時(shí)間也會顯著降低至49μs；

　　而如果在此基礎(chǔ)上，將所有主站和從站設(shè)備都改用EtherCATG，通信時(shí)間將會進(jìn)一步縮減至37μs。

　　從中我們不難看出，已經(jīng)搭載EtherCAT技術(shù)的設(shè)備系統(tǒng)，在不替換現(xiàn)有EtherCAT設(shè)備的情況下，僅通過引入EBC網(wǎng)段控制器對原EtherCAT網(wǎng)段進(jìn)行分隔，并將主站換成EtherCATG設(shè)備，便能夠讓通信時(shí)間大幅縮短至原來的1/5。這就是說，除了能夠幫助集成數(shù)據(jù)處理應(yīng)用，EtherCATG還為提升系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)應(yīng)用拓展的同時(shí)，還能夠兼顧到對現(xiàn)有設(shè)備資產(chǎn)的保護(hù)。

　　目前Beckhoff已經(jīng)推出了相應(yīng)的網(wǎng)段控制器產(chǎn)品。

　　而有關(guān)當(dāng)下熱門的TSN技術(shù)，ETG對于其在構(gòu)建異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)...等方面的優(yōu)勢是積極認(rèn)可的；但考慮到TSN的標(biāo)準(zhǔn)仍未正式發(fā)布，因此認(rèn)為它目前還存在一定的不確定性（后續(xù)再談）。

　　與此同時(shí)，EtherCAT會適宜的使用TSN技術(shù)，例如：推出EtherCAT-TSN設(shè)備行規(guī)（Profile），幫助用戶將EtherCAT設(shè)備和網(wǎng)段融入到TSN異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中。

　　但TSN不會改變EtherCAT，沒有新的有關(guān)TSN集成的版本。

　　總的來說，EtherCATG的出現(xiàn)，繼續(xù)印證了我們之前所談到的，工業(yè)通訊總線向千兆級別演進(jìn)的趨勢，其目的是為了滿足工業(yè)領(lǐng)域越來越多的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。只不過它采取了一種比較獨(dú)特的解決問題之道，即：基于現(xiàn)有成熟技術(shù)進(jìn)行延伸和擴(kuò)展，并完全向下兼容，讓用戶能夠以當(dāng)前系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行功能拓展，無需擔(dān)心原來的EtherCAT會被替換，更不必為了EtherCATG而等待。

　　因?yàn)?，EtherCAT與EtherCATG的應(yīng)用領(lǐng)域是不同的，二者之間是并存而非替代的關(guān)系。