现场汇流排（Fieldbus）一直是运动控制的重要环节，相较于其他系统，运动控制对即时性的要求非常高，也因此此一领域的通讯标准向来封闭，近年来由德商BeckhoFF所制定的EtherCAT，凭借其开放、高速与即时性，在自动化市场声势惊人，多数业者都看好此标准的前景，纷纷投入发展。

业者表示，就成本来看，过去现场汇流排的成本比脉冲式传输模组高，因此即便精度与速度都更为理想，但使用者仍多选择脉冲式，不过现场汇流排近年来售价逐渐下跌，尤其是EtherCAT在供需齐步上扬后，价格与脉冲式模组的价差，已然让厂商愿意选择EtherCAT。

在架构方面，脉冲式与现场汇流排的主要差异在于内部的布线，现场汇流排的布线较为复杂，因此需要一定的技术，不过台湾工程师的技术水准都不差，可以克服这部分的难度，只要具有相关技术，现场汇流排的布线并不是难题，而虽然内部布线复杂，但是现场汇流排对外连接只有一条缆线，因此抗干扰的能力，要比脉冲式更高。

图1 : 脉冲式与现场汇流排的主要差异在于内部的布线，现场汇流排的布线较为复杂，因此需要一定的技术。 （摄影／王明德）

观察目前的趋势发展，现场汇流排已逐渐取代脉冲式，而其中EtherCAT又是声势最强的标准，EtherCAT在中国市场的应用越来越高，未来有可能取代日商安川主导的MECHATROLINK标准，至于西门子的PROFINET，虽然目前仍多使用于该公司的系统，但其市场占有率仍然最高，预估此一趋势仍将持续，不过EtherCAT的市场潜力也相当值得期待。

开放性与效能俱优

从架构面来看，EtherCAT总线网段只是一个可接收和发送乙太网路封包的大型乙太网路设备。但是该设备不包含带下游微处理器的单个乙太网路控制器，而只包含大量的EtherCAT从站，与其它任何乙太网路一样，EtherCAT不需要通过交换机就可以建立通讯，因而产生一个纯粹的EtherCAT系统。

EtherCAT协议优化了过程数据进行，它被直接传送到乙太网路，或被压缩到UDP/IP数据讯息中，UDP协议在其它子网中的EtherCAT网段由路由器进行寻址的情况下使用，乙太网路可能包含数个EtherCAT讯息，每个讯息专门用于特定储存区域，该储存区域可编制大小达4GB的逻辑过程镜像。由于数据链独立于EtherCAT端子物理顺序，因此可以对EtherCAT端子进行任意编址，从站之间可进行多点传送和通讯。

除了符合主站/从站原理的数据交换外，EtherCAT还非常适用于控制器之间的通讯，可自由编址的过程数据网络变量以及各种参数化、诊断、编程和远程控制服务，可以满足众多要求。

透过EtherCAT，系统可以落实用传统现场总线系统所无法达到的控制，让总线也可以形成超高速控制回路，以前需要本地专用硬体支援的功能，即可在软体中运作，大量的频宽资源使任何数据可并行传输，EtherCAT技术使得通讯技术与高效能的工业电脑无缝相容，总线系统不再是控制系统的瓶颈。

在网路拓墣方面，EtherCAT支持几乎所有拓墣结构，因此现场总线的总线形结构也可用于乙太网路，将总线和分支结构相结合特别有助于系统布线，由于其通讯埠都位于耦合器上，无需使用附加交换机，此外也可以使用以传统交换机为主的星形乙太网路拓墣结构。

采用不同的传输电缆可以大幅发挥布线的灵活性，灵活而低价的标准乙太网路插接电缆可通过乙太网路模式或通过E总线传输讯号，光纤则可以用于特殊的应用场合，乙太网路频宽可以结合交换机或媒介转换器使用。快速乙太网路的物理特性可以使设备之间的距离达到100米，而且EtherCAT系统最多可容纳65535个设备，因此整个网络几乎是无限制扩充。

市场从观望期迈向导入期

就整体市场发展来看，在智慧制造概念的推动下，投入EtherCAT的设备制造商逐渐增多，原已投入的厂商则开始加码研发，从市场反应来看，市场对EtherCAT已从过去几年的观望进入尝试导入的阶段。

业者指出，一般制造业者导入新机台的动机只有两个，一是降低成本，二是提升效率，例如制造设备的运动控制轴数为64轴，如果是使用8轴控制卡，就会需要8张，而现在市场的解决方案，可让每一轴成本都只需原有的30％，虽然如此惊人的成本缩减必须佐以特定条件，不过在其他条件下，也会有相当幅度的成本减少，这对资金需求向来庞大的制造商而言，相当具有吸引力，另一个则是效率的提升，若使用者目前使用脉冲式运动控制卡或传统的RS-422、RS-485序列式介面卡片，这些类型的运动控制卡无法做到精准的同步控制，为了提升产线效率，制造业者就会导入EtherCAT产品。

除了上述两种导入动机外，在设备制造商的研发下，系统升级的成本大幅下降、难度降低、时间缩短，也是使用者愿意导入EtherCAT的动机之一，目前台湾多数工控设备厂商都已在EtherCAT投入大量资源研发，并强化产品上市时间。

图2 : EtherCAT已可满足现有智慧制造系统的需求，在中长期来看，EtherCAT在工业通讯市场的重要性将会逐渐提高。 （摄影／王明德）

至于更换EtherCAT与否的考量，同样可从成本与效能来看，EtherCAT的主诉求是可以在乙太网路架构下多轴精准同步，因此业者可计算每一轴数的单一成本，通常来说，8轴以下的系统并不会考虑导入EtherCAT，16轴以上则不需考虑，因此8轴到16轴之间通常会是两难，如果使用生产线均使用同一厂牌的马达，则只需要更换驱动器，若使用不同马达，就须视整体系统状况，例如从站I/O点的数量与分布，就会影响导入的成本与时间。

目前市场的智慧制造趋势已然形成，未来制造设备必须具有高精度、高整合能力，才能谈到高效率的弹性生产，就技术面来看，EtherCAT虽然并非无懈可击的技术，但就整体而言，它已可满足现有智慧制造系统的需求，在中长期来看，EtherCAT在工业通讯市场的重要性将会逐渐提高，目前绝大多数厂商也都早已提出相关解决方案，在有多元选择的状况下，制造业者已可积极考虑EtherCAT的导入，提升本身竞争力。

**刊头图（Source:CTIMES）