現(xiàn)場(chǎng)匯流排（Fieldbus）一直是運(yùn)動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)，相較於其他系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)控制對(duì)即時(shí)性的要求非常高，也因此此一領(lǐng)域的通訊標(biāo)準(zhǔn)向來(lái)封閉，近年來(lái)由德商BeckhoFF所制定的EtherCAT，憑藉其開(kāi)放、高速與即時(shí)性，在自動(dòng)化市場(chǎng)聲勢(shì)驚人，多數(shù)業(yè)者都看好此標(biāo)準(zhǔn)的前景，紛紛投入發(fā)展。

業(yè)者表示，就成本來(lái)看，過(guò)去現(xiàn)場(chǎng)匯流排的成本比脈衝式傳輸模組高，因此即便精度與速度都更為理想，但使用者仍多選擇脈衝式，不過(guò)現(xiàn)場(chǎng)匯流排近年來(lái)售價(jià)逐漸下跌，尤其是EtherCAT在供需齊步上揚(yáng)後，價(jià)格與脈衝式模組的價(jià)差，已然讓廠商願(yuàn)意選擇EtherCAT。

在架構(gòu)方面，脈衝式與現(xiàn)場(chǎng)匯流排的主要差異在於內(nèi)部的佈線，現(xiàn)場(chǎng)匯流排的佈線較為複雜，因此需要一定的技術(shù)，不過(guò)臺(tái)灣工程師的技術(shù)水準(zhǔn)都不差，可以克服這部分的難度，只要具有相關(guān)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)匯流排的佈線並不是難題，而雖然內(nèi)部佈線複雜，但是現(xiàn)場(chǎng)匯流排對(duì)外連接只有一條纜線，因此抗干擾的能力，要比脈衝式更高。

圖1 : 脈衝式與現(xiàn)場(chǎng)匯流排的主要差異在於內(nèi)部的佈線，現(xiàn)場(chǎng)匯流排的佈線較為複雜，因此需要一定的技術(shù)。（攝影／王明德）

觀察目前的趨勢(shì)發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)匯流排已逐漸取代脈衝式，而其中EtherCAT又是聲勢(shì)最強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)，EtherCAT在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用越來(lái)越高，未來(lái)有可能取代日商安川主導(dǎo)的MECHATROLINK標(biāo)準(zhǔn)，至於西門(mén)子的PROFINET，雖然目前仍多使用於該公司的系統(tǒng)，但其市場(chǎng)佔(zhàn)有率仍然最高，預(yù)估此一趨勢(shì)仍將持續(xù)，不過(guò)EtherCAT的市場(chǎng)潛力也相當(dāng)值得期待。

開(kāi)放性與效能俱優(yōu)

從架構(gòu)面來(lái)看，EtherCAT總線網(wǎng)段只是一個(gè)可接收和發(fā)送乙太網(wǎng)路封包的大型乙太網(wǎng)路設(shè)備。但是該設(shè)備不包含帶下游微處理器的單個(gè)乙太網(wǎng)路控制器，而只包含大量的EtherCAT從站，與其它任何乙太網(wǎng)路一樣，EtherCAT不需要通過(guò)交換機(jī)就可以建立通訊，因而產(chǎn)生一個(gè)純粹的EtherCAT系統(tǒng)。

EtherCAT協(xié)議優(yōu)化了過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行，它被直接傳送到乙太網(wǎng)路，或被壓縮到UDP/IP數(shù)據(jù)訊息中，UDP協(xié)議在其它子網(wǎng)中的EtherCAT網(wǎng)段由路由器進(jìn)行尋址的情況下使用，乙太網(wǎng)路可能包含數(shù)個(gè)EtherCAT訊息，每個(gè)訊息專門(mén)用於特定儲(chǔ)存區(qū)域，該儲(chǔ)存區(qū)域可編制大小達(dá)4GB的邏輯過(guò)程鏡像。由於數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立於EtherCAT端子物理順序，因此可以對(duì)EtherCAT端子進(jìn)行任意編址，從站之間可進(jìn)行多點(diǎn)傳送和通訊。

除了符合主站/從站原理的數(shù)據(jù)交換外，EtherCAT還非常適用於控制器之間的通訊，可自由編址的過(guò)程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)變量以及各種參數(shù)化、診斷、編程和遠(yuǎn)程控制服務(wù)，可以滿足眾多要求。

透過(guò)EtherCAT，系統(tǒng)可以落實(shí)用傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)所無(wú)法達(dá)到的控制，讓總線也可以形成超高速控制迴路，以前需要本地專用硬體支援的功能，即可在軟體中運(yùn)作，大量的頻寬資源使任何數(shù)據(jù)可並行傳輸，EtherCAT技術(shù)使得通訊技術(shù)與高效能的工業(yè)電腦無(wú)縫相容，總線系統(tǒng)不再是控制系統(tǒng)的瓶頸。

在網(wǎng)路拓墣方面，EtherCAT支持幾乎所有拓墣結(jié)構(gòu)，因此現(xiàn)場(chǎng)總線的總線形結(jié)構(gòu)也可用於乙太網(wǎng)路，將總線和分支結(jié)構(gòu)相結(jié)合特別有助於系統(tǒng)佈線，由於其通訊埠都位於耦合器上，無(wú)需使用附加交換機(jī)，此外也可以使用以傳統(tǒng)交換機(jī)為主的星形乙太網(wǎng)路拓墣結(jié)構(gòu)。

採(cǎi)用不同的傳輸電纜可以大幅發(fā)揮佈線的靈活性，靈活而低價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)乙太網(wǎng)路插接電纜可通過(guò)乙太網(wǎng)路模式或通過(guò)E總線傳輸訊號(hào)，光纖則可以用於特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，乙太網(wǎng)路頻寬可以結(jié)合交換機(jī)或媒介轉(zhuǎn)換器使用。快速乙太網(wǎng)路的物理特性可以使設(shè)備之間的距離達(dá)到100米，而且EtherCAT系統(tǒng)最多可容納65535個(gè)設(shè)備，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)幾乎是無(wú)限制擴(kuò)充。

市場(chǎng)從觀望期邁向?qū)肫?/span>

就整體市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，在智慧製造概念的推動(dòng)下，投入EtherCAT的設(shè)備製造商逐漸增多，原已投入的廠商則開(kāi)始加碼研發(fā)，從市場(chǎng)反應(yīng)來(lái)看，市場(chǎng)對(duì)EtherCAT已從過(guò)去幾年的觀望進(jìn)入嘗試導(dǎo)入的階段。

業(yè)者指出，一般製造業(yè)者導(dǎo)入新機(jī)臺(tái)的動(dòng)機(jī)只有兩個(gè)，一是降低成本，二是提升效率，例如製造設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制軸數(shù)為64軸，如果是使用8軸控制卡，就會(huì)需要8張，而現(xiàn)在市場(chǎng)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(guò)在其他條件下，也會(huì)有相當(dāng)幅度的成本減少，這對(duì)資金需求向來(lái)龐大的製造商而言，相當(dāng)具有吸引力，另一個(gè)則是效率的提升，若使用者目前使用脈衝式運(yùn)動(dòng)控制卡或傳統(tǒng)的RS-422、RS-485序列式介面卡片，這些類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)控制卡無(wú)法做到精準(zhǔn)的同步控制，為了提升產(chǎn)線效率，製造業(yè)者就會(huì)導(dǎo)入EtherCAT產(chǎn)品。

除了上述兩種導(dǎo)入動(dòng)機(jī)外，在設(shè)備製造商的研發(fā)下，系統(tǒng)升級(jí)的成本大幅下降、難度降低、時(shí)間縮短，也是使用者願(yuàn)意導(dǎo)入EtherCAT的動(dòng)機(jī)之一，目前臺(tái)灣多數(shù)工控設(shè)備廠商都已在EtherCAT投入大量資源研發(fā)，並強(qiáng)化產(chǎn)品上市時(shí)間。

圖2 : EtherCAT已可滿足現(xiàn)有智慧製造系統(tǒng)的需求，在中長(zhǎng)期來(lái)看，EtherCAT在工業(yè)通訊市場(chǎng)的重要性將會(huì)逐漸提高。（攝影／王明德）

至於更換EtherCAT與否的考量，同樣可從成本與效能來(lái)看，EtherCAT的主訴求是可以在乙太網(wǎng)路架構(gòu)下多軸精準(zhǔn)同步，因此業(yè)者可計(jì)算每一軸數(shù)的單一成本，通常來(lái)說(shuō)，8軸以下的系統(tǒng)並不會(huì)考慮導(dǎo)入EtherCAT，16軸以上則不需考慮，因此8軸到16軸之間通常會(huì)是兩難，如果使用生產(chǎn)線均使用同一廠牌的馬達(dá)，則只需要更換驅(qū)動(dòng)器，若使用不同馬達(dá)，就須視整體系統(tǒng)狀況，例如從站I/O點(diǎn)的數(shù)量與分布，就會(huì)影響導(dǎo)入的成本與時(shí)間。

目前市場(chǎng)的智慧製造趨勢(shì)已然形成，未來(lái)製造設(shè)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(chǎn)，就技術(shù)面來(lái)看，EtherCAT雖然並非無(wú)懈可擊的技術(shù)，但就整體而言，它已可滿足現(xiàn)有智慧製造系統(tǒng)的需求，在中長(zhǎng)期來(lái)看，EtherCAT在工業(yè)通訊市場(chǎng)的重要性將會(huì)逐漸提高，目前絕大多數(shù)廠商也都早已提出相關(guān)解決方案，在有多元選擇的狀況下，製造業(yè)者已可積極考慮EtherCAT的導(dǎo)入，提升本身競(jìng)爭(zhēng)力。

**刊頭圖（Source:CTIMES）