速率與供電，EtherCAT全都要

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）EtherCAT作為一項(xiàng)高性能、低成本且結(jié)構(gòu)靈活的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，雖然最初是由倍福開發(fā)，但在EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)、各大自動(dòng)化廠商和芯片廠商的推廣下，如今已經(jīng)成了工業(yè)通信中增長最快的一項(xiàng)技術(shù)。在其優(yōu)越的性能、開放性和越來越多產(chǎn)品選擇的支持下，我國也早在2014年將其批準(zhǔn)為推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)。

但如果僅僅是靠標(biāo)準(zhǔn)EtherCAT提供的這些優(yōu)勢，還不能稱之為全場景覆蓋的，也正因如此，EtherCAT技術(shù)在發(fā)展的這十多年來演化出了一些擴(kuò)展。我們就來聊聊EtherCAT協(xié)議的兩大補(bǔ)充擴(kuò)展，EtherCAT P和EtherCAT G/G10。

EtherCAT P：單電纜解決通信與供電

在過去的EtherCAT系統(tǒng)環(huán)境中，無論是從站、執(zhí)行器、傳感器等，都需要獨(dú)立的電源和電源電纜，即便在EtherCAT帶來的靈活布線拓?fù)湎?，也?huì)占用部分空間。為了進(jìn)一步簡化系統(tǒng)布線，EtherCAT技術(shù)協(xié)會(huì)推出了EtherCAT P，將EtherCAT的通信與電源整合在一根以太網(wǎng)電纜中。
在傳統(tǒng)的PoE中，PoE輸出48V的DC電源電壓，但只能做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。而利用EtherCAT P的話，可以提供兩個(gè)獨(dú)立可切換的24V/3A電源，Us和Up，前者用于系統(tǒng)和傳感器，后者用于外設(shè)和執(zhí)行器。EtherCAT P同樣繼承了EtherCAT 的靈活性，可在線型、星型、樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下完成級(jí)聯(lián)，只用一個(gè)電源單元完成供電，從而減少材料和系統(tǒng)成本。

更重要的是，EtherCAT節(jié)省的了大量的空間。這里的空間不只是拖鏈、控制柜的空間，傳感器和執(zhí)行器在只需考慮單電纜連接的情況下，也可以進(jìn)一步減小其物理尺寸。在該技術(shù)的支持下，那些遠(yuǎn)程獨(dú)立運(yùn)行于系統(tǒng)之外的機(jī)械部件均能通過單根電纜完成供電和通信。

盡管如此，EtherCAT P本身并不是新的EtherCAT協(xié)議，其協(xié)議還是一樣的，只不過是在物理層上做了擴(kuò)展。不過由于EtherCAT P同時(shí)提供電源和通信，所以與不支持的網(wǎng)絡(luò)相連可能會(huì)有危險(xiǎn)，所以必須得使用特定的M8 EtherCAT連接器，避免錯(cuò)誤連接到標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT從站上。但EtherCAT P還是可以與EtherCAT共存于同一網(wǎng)絡(luò)中的，只不過需要用到將傳統(tǒng)EtherCAT物理層轉(zhuǎn)換為EtherCAT P的設(shè)備。

EtherCAT G/G10：萬兆EtherCAT

為了進(jìn)一步擴(kuò)展EtherCAT在一些復(fù)雜工業(yè)場景中的應(yīng)用，EtherCAT G/G10面世了，將EtherCAT的速率進(jìn)一步推向了千兆和萬兆。對(duì)于一些實(shí)時(shí)機(jī)器視覺、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制和高采樣率的超采樣測量等應(yīng)用來說，EtherCAT雖然同樣吸引力十足，但在這些應(yīng)用動(dòng)輒上百兆每秒的要求下，EtherCAT在速率上確實(shí)開始有些落后了。
與EtherCAT P不同的是，EtherCAT G/G10是與傳統(tǒng)EtherCAT兼容的，只不過EtherCAT G/G10從站在EtherCAT網(wǎng)絡(luò)中工作時(shí)，將會(huì)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的EtherCAT從站，并將速率限制在100Mb/s。EtherCAT設(shè)備接入EtherCAT G/G10網(wǎng)絡(luò)時(shí)，也會(huì)使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)切換至百兆的速率，這時(shí)就得用到分支控制器組成并行網(wǎng)絡(luò)，來讓EtherCAT G/G10設(shè)備繼續(xù)工作在千兆/萬兆網(wǎng)絡(luò)下。這種組網(wǎng)方式顯著降低了通信和周期時(shí)間，在多數(shù)應(yīng)用中帶來的性能增益反而大于從百兆到千兆的提升。

主站一直都是EtherCAT要求最少的一塊，EtherCAT G/G10也不例外，其主站在標(biāo)準(zhǔn)模式下，不需要對(duì)EtherCAT G/G10有軟件適配的要求，只需要主站上有千兆或萬兆接口即可，電纜也可以用我們熟悉的Cat.5e（8芯）和Cat.6網(wǎng)線。

但EtherCAT G/G10仍面臨著成本上的限制，固然從性能和效率提升帶來的成本降低是顯而易見的，但由于該技術(shù)推出沒多久，是以符合其規(guī)范的產(chǎn)品少之又少，就連倍福自己也是如此，而且這一部分新產(chǎn)品的價(jià)格肯定不便宜，得其他自動(dòng)化廠商紛紛跟進(jìn)、從站ASIC芯片廠商紛紛推出對(duì)應(yīng)產(chǎn)品之后，成本可能才會(huì)降下來。