摘要：随着科技爆炸式发展，大众对于网络安全的需求越来越迫切，而且随着各种设备与服务端的普及应用，大数据传输量越来越高。然而传统的1553B 总线因其诸多原因已经处于数据传输带宽的瓶颈阶段，无法在满足需求。市场需要更快速，高效，更安全的通道。本文将以太网技术与工业自动化进行结合式的探讨研究，在探讨EtherCAT技术特点的基础上，进一步探索了其在工业自动化领域的应用，以期为现代化发展对于EtherCAT技术应用的研究做出积极的贡献。
关键词：EtherCAT；工业自动化
前言
随着计算机数据系统和数控技术的联系越来越紧密,工业以太网也在向现场级不断延伸,全球数据技术使得工业控制领域对安全的需求愈发明显。工业数控系统安全技术,不仅包含传统意义上现场级的功能安全和物理安全,而且开始涉及到办公网络等纵向通信过程。Ethercat主张"以太网控制自动化技术" 。 它是一个开放源代码，高性能的系统，目的是利用以太网协议，在一个工业环境，特别是对工厂和其他制造业的关注，其中利用机器人和其他装备线上的技术。
1、EtherCAT发展概述
EtherCAT是Beckhoff公司研发的实时工业以太网技术，于2003年4月在德国汉诺威工业博览会上第一次展示。为了更好的开放该技术，由Beckhoff公司联合30多家自动化行业领先的供应商和最终用户，于2003年11月成立了EtherCAT技术协会。EtherCAT技术协会的飞速发展和不断壮大，充分显示了EtherCAT技术的强大优势：通讯的高性能，硬实时性能，灵活的拓扑结构，简单、低成本及充分的开放性。目前，来自于58个国家和地区的近3000家会员都在积极实施或推广其EtherCAT产品。EtherCAT为现场总线技术领域树立了新的性能标准，具备灵活的网络拓扑结构，系统配置简单，和现场总线系统一样操作直观简便。另外，由于EtherCAT实现成本低廉，因此使系统得以在过去无法应用现场总线网络的应用场合中选用现场总线。
2 EtherCAT应用概述
2、1 EtherCAT
传统以太网存在着很多问题，没有办法营造出稳定高效的环境，比如堆栈和交换机延迟亦或者带宽利用率不高。面对着这样的市场需求德国倍福公司推出了EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology），是依托以太网原有构建，在不需要改变现有以太网节点基础上，使用的双绞线及光纤、以太网卡、组成超高速的 I/O 网络以用于解决以太网实时性。
2、2 EtherCAT的安全应用
Stuxnet又名“震网”，被誉为“超级工厂病毒”，他是为了专门针对西门子工业系统与微软件系统等控制系统编写的极具破坏性的病毒，病毒自2010年首次攻陷伊朗核电造成伊朗核电厂，导致推迟发电后，三年内，席卷了全球大部分工业系统和个人用户，他的特点是带代码精密，且针对西门子公司的数据采集 (SCADA) 系统与SIMATIC WinCC系统的7个漏洞进行攻击。而我国也在10年9月被Stuxnet入侵。
在产品都将在未来某个时间以某种程度与IT相连的时代里，我国在诸多领域里，如钢铁，能源，电力等多采用人机交互与智能监控，数据收集，所以，现场总线与工业以太网的络安全防范，是当下应解决的首要问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
虽然没有完全安全的网络环境，但是覆盖性的防范与使用低事故率，感染率的总线是智能工厂、大型人机交互与监控等工厂的首选，由于病毒是通过IP协议传输的，但是作为传统以太网升级版的EtherCAT并不基于IP协议，相比于传统的以太网协议，他的稳定性与抗感染性更高，对如手机，usb等携带病毒入侵，也有极高的防御能力。
2、3 EtherCAT的兼容应用
由于各个国家的标准不同，而且主流选择工业以太网协议的方法是自上而下的选择，即企业管理层先来选择品牌，选择这个品牌的控制器、主站、PLC等等，然后构建一个框架交给采购部门选择和配齐。由于没咨询作为设备第一使用者的工程师的意见，而且管理层根本不懂他们的工厂交互系统需要什么样子的协议，随便选一选就做决定了组织构建。导致了工厂的供应商单一，现场总线，工业以太网以及无线的互不兼容，在实际操作和施工中无端增加很多工作量和没必要的烦恼。
随着工业4.0概念和物联网概念的推动与实施，更兼容的环境越来越有必要。作为一线工程师更渴望工厂能采用更加先进的技术或者平台，相对来说他们选择的协议才更加适合工厂交互系统，所以目前很多公司把采购环节交给了工程人员。
工程师表示，总线之所以效果不好原因一方面是，目前使用的总线是半开放环境，另一方面是提供商把侧重点放在是否能对更多的控制器/主站技术支持， 而且绝大多数现场总线技术都由支持技术最强的那提供商提供主站系统，打个比方，就像一群狼往往需要最强壮最老道的带队，有时候带队的头狼相对个头较小——但它依旧是唯一提供主站的提供商，而EtherCAT作为未来以太网协议，因其独特的众多技术优势，使得其并不依赖于唯一的供应商，将近180多家供应商为其通过主站（控制器），因此只有广泛推广EtherCAT这样真正开放的工业以太网技术，才能促进工业4.0概念和物联网概念的推动与实施。
3、EtherCAT与工业自动化
EtherCA在自动化控制系统中，管理层作为对某一端口信息加以接收，并传送至其他端口，这层以太网的硬件主要是网络集线器，而数据链路层其硬件主要是交换机SWTCHER。其作用在于对以太网数据包的过滤和重建。网络层此刻促进以太网络路由功能的实现，其设备主要为路由器；接着网关在于将不同网络系统互连，可实现对所有物理层和应用层的通讯协议翻译，故能对完全不同网络实体进行互联。基于标准以太网的任何开发都可以直接应用在PROFINET网络中。世界上基于以太网的解决方案的开发者远远多于PROFIBUS开发者，所以，有更多的可用资源去创新技术。有好几种可选的现场总线可以用来将PLC和远程I/O，以及其他例如电机启动器、传感器和气动阀歧管等这样简单的设备连接起来。在工业自动化系统中广泛使用的以太网帮助工业用户实现了各种各样的连接。整个自动化控制系统中，两台服务器为核心配置，设置于中央控制室。依据工艺进行三个控制站与八个操作员站的划分，服务器同操作员站之间通过以太网技术来进行通讯：服务器对控制器过程数据加以接收，通过对数据的分类、整理、运算等完成设定值的生成。之后通过以太网向操作员站进行传送，并将操作员控制信息传送至DOC 控制器，来指导操作员的实际操作及生产报表的统计打印等，进而形成一体化的软件编程与全局数据库。其中两个关键配置就是控制器和以太网络接口。控制器选用PrcessLogix 控制器，其对于冗余及非冗余的控制器组态均支持，通过选择冗余或单一介质，其数据的流通速度可5Mbit/s。数据的确定性是其传输特点，物理介质为光坪和同轴电缆。在系统以太网接口的选择上，PLX 系统具有很高的安全性和开放性，Web 服务功能十分突出。通过系统所提供的数据开放接口软件ODA，就可实现计算机与以太网间的数据交换。
结语
进入21世纪，随着工业4.0概念和物联网概念逐渐出现，EtherCAT在机器控制领域应用的位置越发重要、明显，作为一项稳定的技术，它可以让设备和服务端之间处于快速、有效、环境良好的总线环境中。在未来EtherCAT将在更多的领域里不断满足和发展上层协议，也希望研究者们能够改良EtherCAT使其能应用到更多领域里。
参考文献
[1]李良,孔令剑,米文鹏,董巍巍. EtherCAT总线技术在新装备中的应用[J]. 机电产品开发与创新,2016,03:107-108+97.
[2]王磊. EtherCAT系统无线时钟同步方案研究[D].西安电子科技大学,2013.
论文作者:黎小良
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/16
标签：以太网论文; 工业论文; 技术论文; 系统论文; 控制器论文; 网络论文; 协议论文; 《基层建设》2017年第18期论文;