1986 年推出的第一臺基于 PC 的控制器已經是高能性控制器。它采用了快速 PC 處理器，其功能和速度已經顯著地超過同一時期所謂的硬件控制器。盡管如此，將這種具備強大計算能力的“落地”，即，向下延伸至需要控制的設備——傳感器和執行器，在當時卻是一個挑戰性問題。插入式 I/O 曾是一種解決方案。這種方案的輸入輸出最大數量取決于可用卡槽數量；且本質上會產生自各個外設至中央控制柜中的 PC 出現多線連續且布線不靈活等問題。其結果則是出現了對串行現場總線的需求 – 但是，直到上世紀八十年代末，仍然沒有出現令人信服的系統：Interbus、SERCOS 和 co. 仍不成熟，僅剛剛實現對I/O 或者驅動的支持。PROFIBUS DP 和 CANopen 此時尚未問世。Beckhoff 出于美德開發了 Lightbus協議，為當今實時以太網現場總線 EtherCAT 奠定了基礎。

1989 年，Lightbus 配合優先級控制和邏輯通信信息的報文實時處理工作原理，已經在當時產生了令人印象深刻的性能數據：采用 Lightbus 每一毫秒可以尋址 1000 多個分布式 I/O，與此同時，還可以以 100μs 的速度完成某些高速驅動控制器的更新。因此，相較于同一時期的快速 PC CPU，Lightbus 的性能更高強大，并為這種光纖現場總線技術的長期盛行奠定了基礎。Lightbus 的問世已經有 20 多年，其速度仍然基本上超過其它現場總線以及大多數代表著最新一代現場總線技術的各種不同工業以太網技術。盡管 Lightbus 的速度是如此的快，但仍然無法和當今工廠外設中的 PC CPU 的計算能力完全匹配。因此，Beckhoff 開發了 EtherCAT。該技術在某種意義上是 Lightbus 的下一代技術。EtherCAT 同樣使用了實時處理原理，并可以支持任意數量的邏輯通信信道，但其使用的介質，即 100 Mbit/s 高速以太網，比之前快 40 倍。例如，EtherCAT每 100 毫秒可與 100 個伺服軸完成通信。即使是最快的工業PC，也無法在 100 毫秒的周期內完成如此多軸的控制算法的運算。因此，Beckhoff 再一次研發了一種“面向未來的”總線系統，該總線系統在可以預見的未來中不會成為控制系統的瓶頸。

直達終端的以太網：全雙工環形以太網，報文會經過大量設備，連接直達標準以太網端口

現場總線已經成為基于 PC 的控制技術的瓶頸

傳統現場總線無法與基于 PC 的控制技術相匹配。因此，如果選用了慢速現場總線或工業以太網系統，則除了高性能控制器外，還常常需要額外采用部分專用控制器和調節器對數據進行局部預處理。這些控制器的編程和配置必須單獨地進行。在半導體制造廠中，專用的液壓控制器、集成式驅動定位控制器或質量流量控制器即是典型的實例。這些需要使用大量硬件和工具，強制性地推高了采購、工程設計和維護等方面的成本。分布式本地控制器對于模塊化機器來說可能代表著久經測試，但是，在大量應用中，它們僅僅只是通信瓶頸的必然產物。利用 EtherCAT 和 TwinCAT，也可以在總線上構成封閉的極速控制回路：復雜的專用控制器及其專用編程工具變得多余，且可以替代為高速 I/O 終端和 TwinCAT 控制器功能塊。這不僅減少了成本；而且，還打開了專用控制器的“黑盒子”：必要時，機器制造商或系統集成商可以針對自己的應用，對控制器軟件進行優化，甚至于將其徹底替換為自己的控制算法，從而在競爭中脫穎而出。對于 TwinCAT 3，用戶也可利用 Matlab®/ Simulink® 或 C/C++ 從容地開發這些算法，并對其進行在線調試。

EtherCAT 架構使緊湊型 IPC 設計成為可能

EtherCAT 卓越的性能不僅簡化了控制架構，而且，還簡化了IPC 本身的硬件結構：現場總線接口 – 出于投資保護、從容轉換為 EtherCAT，或者，出于連接鄰近系統等原因，對于大量設備來說仍然具有必要性– 可以實現為 EtherCAT 終端，從而在本地完成連接。本地 PC總線上的插槽數量對于系統的結構和可擴展性不再具備決定性作用。IPC 的結構更加緊湊。現場總線電纜長度變得更短，從而實現更高波特率 – 進一步提高了工作性能。

值得指出的是，高性能控制器和高性能通信的這種結合不僅僅只是惠及閉環控制回路型應用：所有基于事件驅動型控制的應用都可據此實現更高工作效率。

下一工作步驟常常取決于某個事件是否發生。一旦到達，例如，氣缸到達其目標位置、需要監控的零件已經位于夾具中，或者已出現期望的壓力等，下一工作步驟將繼續執行。為此需要持續不斷地循環掃描相應的傳感器。對出現的事件進行響應的時間，完全取決于掃描頻率和通信效率。例如EtherCAT 等極速總線、高速 I/O 模塊、TwinCAT 和 PC 控制器等可以顯著地縮短這類等待時間。其結果是，相較于傳統的控制技術，這種技術可以顯著地提高工廠的生產效率。例如，對于每秒出現 2 個此類事件的裝配廠，僅僅只是將“采用傳統現場總線的某個 PLC”換成“采用 EtherCAT的某個軟 PLC”即可實現約 3% 的產量提升。

EtherCAT – 更快、更靈活、性價比高

EtherCAT 是速度最快的現場總線技術，因而常常被簡稱為“高性能”現場總線技術。然而，這種簡稱過于簡化！僅僅是采用了 TwinCAT 的“PC 技術”就不僅意味著極速，而且還意味著可擴展性、高靈活性、高集成性、易用性和經濟性等。盡管不需要全部這些性能優勢，大量用戶還是部署或采用了 EtherCAT 技術。對于他們來說，重點關注的是成本經濟性、無需有源基礎設施組件的靈活性拓撲和方便的配置。這一切都源于 EetherCAT 技術的自動地址分配、卓越的診斷功能和故障定位性能，或者，全球已經廣泛認可并選用了大量 EtherCAT 設備。簡而言之，EtherCAT 主站設備實現了這些優勢完全不需要任何輔助硬件；PC 機上已有的任何以太網接口足以滿足 EtherCAT 所需。僅憑這一點，EtherCAT 技術就可以成為基于 PC 的控制技術的天生搭檔，而且，這兩者無論在哪方面都是真正的“高性能”技術。

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