現場匯流排（Fieldbus）一直是運動控制的重要環節，相較于其他系統，運動控制對即時性的要求非常高，也因此此一領域的通訊標準向來封閉，近年來由德商BeckhoFF所制定的EtherCAT，憑借其開放、高速與即時性，在自動化市場聲勢驚人，多數業者都看好此標準的前景，紛紛投入發展。

業者表示，就成本來看，過去現場匯流排的成本比脈沖式傳輸模組高，因此即便精度與速度都更為理想，但使用者仍多選擇脈沖式，不過現場匯流排近年來售價逐漸下跌，尤其是EtherCAT在供需齊步上揚后，價格與脈沖式模組的價差，已然讓廠商愿意選擇EtherCAT。

在架構方面，脈沖式與現場匯流排的主要差異在于內部的布線，現場匯流排的布線較為復雜，因此需要一定的技術，不過臺灣工程師的技術水準都不差，可以克服這部分的難度，只要具有相關技術，現場匯流排的布線并不是難題，而雖然內部布線復雜，但是現場匯流排對外連接只有一條纜線，因此抗干擾的能力，要比脈沖式更高。

圖1 : 脈沖式與現場匯流排的主要差異在于內部的布線，現場匯流排的布線較為復雜，因此需要一定的技術。 （攝影／王明德）

觀察目前的趨勢發展，現場匯流排已逐漸取代脈沖式，而其中EtherCAT又是聲勢最強的標準，EtherCAT在中國市場的應用越來越高，未來有可能取代日商安川主導的MECHATROLINK標準，至于西門子的PROFINET，雖然目前仍多使用于該公司的系統，但其市場占有率仍然最高，預估此一趨勢仍將持續，不過EtherCAT的市場潛力也相當值得期待。

開放性與效能俱優

從架構面來看，EtherCAT總線網段只是一個可接收和發送乙太網路封包的大型乙太網路設備。但是該設備不包含帶下游微處理器的單個乙太網路控制器，而只包含大量的EtherCAT從站，與其它任何乙太網路一樣，EtherCAT不需要通過交換機就可以建立通訊，因而產生一個純粹的EtherCAT系統。

EtherCAT協議優化了過程數據進行，它被直接傳送到乙太網路，或被壓縮到UDP/IP數據訊息中，UDP協議在其它子網中的EtherCAT網段由路由器進行尋址的情況下使用，乙太網路可能包含數個EtherCAT訊息，每個訊息專門用于特定儲存區域，該儲存區域可編制大小達4GB的邏輯過程鏡像。由于數據鏈獨立于EtherCAT端子物理順序，因此可以對EtherCAT端子進行任意編址，從站之間可進行多點傳送和通訊。

除了符合主站/從站原理的數據交換外，EtherCAT還非常適用于控制器之間的通訊，可自由編址的過程數據網絡變量以及各種參數化、診斷、編程和遠程控制服務，可以滿足眾多要求。

透過EtherCAT，系統可以落實用傳統現場總線系統所無法達到的控制，讓總線也可以形成超高速控制回路，以前需要本地專用硬體支援的功能，即可在軟體中運作，大量的頻寬資源使任何數據可并行傳輸，EtherCAT技術使得通訊技術與高效能的工業電腦無縫相容，總線系統不再是控制系統的瓶頸。

在網路拓墣方面，EtherCAT支持幾乎所有拓墣結構，因此現場總線的總線形結構也可用于乙太網路，將總線和分支結構相結合特別有助于系統布線，由于其通訊埠都位于耦合器上，無需使用附加交換機，此外也可以使用以傳統交換機為主的星形乙太網路拓墣結構。

采用不同的傳輸電纜可以大幅發揮布線的靈活性，靈活而低價的標準乙太網路插接電纜可通過乙太網路模式或通過E總線傳輸訊號，光纖則可以用于特殊的應用場合，乙太網路頻寬可以結合交換機或媒介轉換器使用。快速乙太網路的物理特性可以使設備之間的距離達到100米，而且EtherCAT系統最多可容納65535個設備，因此整個網絡幾乎是無限制擴充。

市場從觀望期邁向導入期

就整體市場發展來看，在智慧制造概念的推動下，投入EtherCAT的設備制造商逐漸增多，原已投入的廠商則開始加碼研發，從市場反應來看，市場對EtherCAT已從過去幾年的觀望進入嘗試導入的階段。

業者指出，一般制造業者導入新機臺的動機只有兩個，一是降低成本，二是提升效率，例如制造設備的運動控制軸數為64軸，如果是使用8軸控制卡，就會需要8張，而現在市場的解決方案，可讓每一軸成本都只需原有的30％，雖然如此驚人的成本縮減必須佐以特定條件，不過在其他條件下，也會有相當幅度的成本減少，這對資金需求向來龐大的制造商而言，相當具有吸引力，另一個則是效率的提升，若使用者目前使用脈沖式運動控制卡或傳統的RS-422、RS-485序列式介面卡片，這些類型的運動控制卡無法做到精準的同步控制，為了提升產線效率，制造業者就會導入EtherCAT產品。

除了上述兩種導入動機外，在設備制造商的研發下，系統升級的成本大幅下降、難度降低、時間縮短，也是使用者愿意導入EtherCAT的動機之一，目前臺灣多數工控設備廠商都已在EtherCAT投入大量資源研發，并強化產品上市時間。

圖2 : EtherCAT已可滿足現有智慧制造系統的需求，在中長期來看，EtherCAT在工業通訊市場的重要性將會逐漸提高。 （攝影／王明德）

至于更換EtherCAT與否的考量，同樣可從成本與效能來看，EtherCAT的主訴求是可以在乙太網路架構下多軸精準同步，因此業者可計算每一軸數的單一成本，通常來說，8軸以下的系統并不會考慮導入EtherCAT，16軸以上則不需考慮，因此8軸到16軸之間通常會是兩難，如果使用生產線均使用同一廠牌的馬達，則只需要更換驅動器，若使用不同馬達，就須視整體系統狀況，例如從站I/O點的數量與分布，就會影響導入的成本與時間。

目前市場的智慧制造趨勢已然形成，未來制造設備必須具有高精度、高整合能力，才能談到高效率的彈性生產，就技術面來看，EtherCAT雖然并非無懈可擊的技術，但就整體而言，它已可滿足現有智慧制造系統的需求，在中長期來看，EtherCAT在工業通訊市場的重要性將會逐漸提高，目前絕大多數廠商也都早已提出相關解決方案，在有多元選擇的狀況下，制造業者已可積極考慮EtherCAT的導入，提升本身競爭力。

**刊頭圖（Source:CTIMES）