近期編者發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)絡上流傳的某些比較各種工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù)的文章中,，針對EtherCAT部分的描述有誤,，在此希望ETG對相應錯誤部分給予糾正，防止讀者被誤導,。此外,，針對該文章中指出的TSN技術(shù)適用于現(xiàn)場層的應用的觀點，我們借此機會給予我們的解讀,。
以某一家現(xiàn)場總線組織為名的關(guān)于多家工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的對比只是站在某一種總線角度進行技術(shù)比較,，對于廣大用戶來說并不具有代表性和權(quán)威性，且因其對EtherCAT技術(shù)了解的片面性，文章中在技術(shù)層面出現(xiàn)很多錯誤,，為工業(yè)以太網(wǎng)用戶帶來諸多困擾,。
我們在此列舉了以下技術(shù)錯誤并進行了相應的糾正，以幫助用戶正確理解工業(yè)以太網(wǎng)以及EtherCAT技術(shù),。
錯誤一
關(guān)于主流通訊協(xié)議的循環(huán)周期比較
按照圖示中關(guān)于EtherCAT的參數(shù)：70多個節(jié)點,，100個字節(jié)的數(shù)據(jù)量，循環(huán)周期要超過1700微秒,。
實際中采用硬件測試過的EtherCAT性能
1000個開關(guān)量分布在100個節(jié)點上,，循環(huán)周期為30微秒
100個伺服軸，每個軸8字節(jié)的輸入/輸出數(shù)據(jù),，循環(huán)周期為100微秒
EtherCAT與其他千兆以太網(wǎng)及TSN性能比較
上圖中所示,，與其他的基于千兆以太網(wǎng)的總線技術(shù)與TSN比較，EtherCAT的真實性能應該如圖中最底層的平面（藍色平面）所示,。顯然,，EtherCAT的性能明顯優(yōu)于其他的技術(shù)。
錯誤二
關(guān)于EtherCAT循環(huán)周期時間的計算公式
正確的EtherCAT系統(tǒng)
最小循環(huán)周期公式
對于通常的EtherCAT系統(tǒng)中含有的三類設備：輸入設備,、輸出設備,、輸入輸出混合設備。對于含有以上三類設備的EtherCAT系統(tǒng)的最小循環(huán)周期公式應為：
τ= 8（40 + max（44, 4 ×（x+12）））/C
說明： EtherCAT協(xié)議定義數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu),，可以將數(shù)據(jù)報文分成多個子報文,，每個子報文可以對應一個到多個從站。一般情況下子報文都是對應同類的一系列設備,，例如所有輸入模塊對應一個子報文,，所有輸出模塊對應一個子報文，所有輸入輸出的模塊對應一個子報文,。這樣如果系統(tǒng)中以上三類設備,，外加一個用于監(jiān)控設備狀態(tài)機的廣博子報文后，公式應該是4×（x+12）,。文中提到的是將每一個從站都對應一個子報文,，這不是必須的，絕大多數(shù)情況都不會使用到這種極限方式,。
錯誤三
公式后的錯誤說明
“這里介紹的所有方程都是假設了簡單的情況,，其中輸入和輸出數(shù)據(jù)量相等，拓撲結(jié)構(gòu)為完美的總線型,。然而在實際應用中,，這種比較取決于許多其他參數(shù)：
輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)的比率
具有直接交叉通信的設備的百分比
利用不同的循環(huán)周期
拓撲結(jié)構(gòu)（總線型、星型,、環(huán)型）,，以及設備之間的跳數(shù)
帶有自己背板總線的模塊化I/O的可用性”
關(guān)于EtherCAT性能的準確說明
EtherCAT的性能有很好的確定性,，對于確定了節(jié)點數(shù)和負載的應用，就有確定的EtherCAT系統(tǒng)性能,，而無需考慮其他不必要的因素,。
EtheCAT與輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)的比率無關(guān)。EtherCAT系統(tǒng)性能與傳輸時間和總數(shù)據(jù)量有關(guān),，而不是數(shù)據(jù)量中輸入輸出數(shù)據(jù)的比率,。
EtheCAT性能與直接交叉通信的設備的百分比無關(guān)。EtherCAT從站物理層選擇交叉索引自適應的PHY,，所以和“直接交叉通信的設備的百分比”無關(guān),，并且系統(tǒng)中無需全雙工的交換機及半雙工的HUB設備。
EtherCAT性能受不同的循環(huán)周期的影響,，但這種方式是指主站可以優(yōu)化報文,，不同類型的設備根據(jù)不同的任務周期發(fā)送數(shù)據(jù)，從而釋放主站的性能,。
EtherCAT支持多種拓撲結(jié)構(gòu)（總線型,、星型、環(huán)型,、樹型,、線型），且性能和拓撲結(jié)構(gòu)無關(guān),。而且不涉及設備之間的跳數(shù)的問題,，不存在這方面影響。
EtherCAT是一網(wǎng)到底,，沒有背板總線,，因此不存在背板總線的影響。
關(guān)于TSN和EtherCAT
TSN的用武之地在于異構(gòu)性網(wǎng)絡的實時性數(shù)據(jù)交換,，而在現(xiàn)場總線層的應用中,，TSN不會替代EtherCAT。
TSN是Time Sensitive Networking（時間敏感性網(wǎng)絡）的縮寫,，是一個IEEE橋接（“交換技術(shù)”）的工作組的項目,。因為傳統(tǒng)的基于“Best effort”方式對普通以太網(wǎng)的應用不能夠滿足廣泛的實時性需求（例如在音頻/視頻和廣泛的IT通信與EtherCAT系統(tǒng)通訊），所以該工作組旨在通過確定性的研究提升以太網(wǎng)的實時性,。
它有如下特點：
●在IEEE802.1規(guī)范中，數(shù)據(jù)幀被盡可能快的轉(zhuǎn)發(fā),，避免阻塞,。
● 一部分帶寬被預留為“Stream”（數(shù)據(jù)高速通道），用于傳輸對時間要求更高的通訊,。
●剩余的帶寬用于普通的數(shù)據(jù)傳輸（“延遲通道”）,。
從上圖中可見,，實時性是通過在TSN中建立數(shù)據(jù)高速通道實現(xiàn)的。那么,，對于現(xiàn)場層的數(shù)據(jù)通訊,，通常是節(jié)點數(shù)眾多，響應要求快,，周期性循環(huán)的通訊,，如果直接通過TSN連接帶有n個節(jié)點的系統(tǒng)，就要求建立n個數(shù)據(jù)高速通道,。這顯然會影響其他類型的數(shù)據(jù)通訊,，并且在網(wǎng)絡配置方面也是不切實際的。
TSN真正的用意在于異構(gòu)網(wǎng)絡的搭建,。在未來的工業(yè)網(wǎng)絡或者泛工業(yè)的應用中,，同一個網(wǎng)絡需要集成不同類型的設備、不同類型的通訊,，這些通訊設備之間需要進行實時性交互時,，正是TSN的用武之地。TSN通過對TSN交換機的配置鏈接不同的設備或者網(wǎng)段,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時交互,。
這種實時性通過TSN配置給每個網(wǎng)段或者設備的“數(shù)據(jù)高速通道”實現(xiàn)。因此,，TSN嵌入在IEEE 802技術(shù)中有助于協(xié)調(diào)通信,，它會消除一些不必要的沖突，但不會改變基本規(guī)則,。TSN的兩個主要性能缺陷是無法改變的,，即針對小數(shù)據(jù)量的以太網(wǎng)幀處理效率以及復雜且耗時的轉(zhuǎn)發(fā)進程。
在對于機器的控制中,，EtherCAT在典型的IO網(wǎng)段的性能比TSN高出近十倍,。EtherCAT作為當今最快速的工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線可以和TSN技術(shù)完美結(jié)合。
如上圖所示,，在異構(gòu)網(wǎng)絡中涉及到機器控制（多節(jié)點,、高速響應、硬實時性要求）采用EtherCAT網(wǎng)段,，每一個EtherCAT網(wǎng)段（含有多個EtherCAT節(jié)點設備）通過TSN交換機建立的一個高速數(shù)據(jù)通道與主站相連,。
這種用法非常高效，基于共享幀方式的EtherCAT由于網(wǎng)絡中多個從站設備的數(shù)據(jù)可以在同一個數(shù)據(jù)幀中傳輸,，EtherCAT連到TSN網(wǎng)絡中后,，使得TSN配置更加容易并高效。整個EtherCAT網(wǎng)段僅利用了TSN的一個“高速通道”,，并保證了在異構(gòu)網(wǎng)絡中EtherCAT網(wǎng)段中所有設備與其他類型設備及EtherCAT主站的實時通訊,。
此外,，關(guān)于TSN規(guī)范制定工作還在進程當中，如下圖,，其中一些規(guī)范還處于草稿或者投票等階段,，只有一部分規(guī)范對外發(fā)布。值得注意的是,，現(xiàn)階段對于TSN網(wǎng)絡的配置工具目前還沒有發(fā)布,，有效的TSN網(wǎng)絡還不能組態(tài)。
為了保證EtherCAT技術(shù)與TSN的適用性,，EtherCAT技術(shù)協(xié)會已經(jīng)在2017年底發(fā)布了EtherCAT關(guān)于TSN的設備行規(guī),。該行規(guī)規(guī)范用于EtherCAT和TSN的使用，文檔中對已發(fā)布的TSN規(guī)范和EtherCAT技術(shù)的結(jié)合進行了定義,，此文檔可以在ETG官方網(wǎng)站下載,，隨著TSN規(guī)范的完善，此文檔也會相應的更新版本,，當前版本是ETG.1700 S （D） V0.9.0,。
TSN的真正優(yōu)勢在于增強了包括很多機器在內(nèi)的本地網(wǎng)絡的性能。它未來的發(fā)展必然會降低當前機器到機器網(wǎng)絡器件的復雜性,。這將需要一個通用的協(xié)議基礎架構(gòu)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng),，并且兩者都需要可以在機器層進行有效處理的器件。
在未來的自動化系統(tǒng)中,，如何組織通信將比通信特性本身更重要,。這就是為什么EtherCAT保留了現(xiàn)有元器件并提供了單獨對TSN功能的適配。因此,，我們可以支持更強大的功能,，并保護您對EtherCAT的資產(chǎn)投入。