ethercat技術(shù)協(xié)會(huì)（ethercat technology group，簡(jiǎn)稱etg）是為來自于各種工業(yè)領(lǐng)域的主要用戶公司和領(lǐng)先的自動(dòng)化設(shè)備制造商提供的平臺(tái)，旨在共同支持，推廣及發(fā)展ethercat技術(shù)。
一、組織
etg的組織結(jié)構(gòu)
etg的組織架構(gòu)如下：
每個(gè)etg成員都能積極參與技術(shù)工作組與項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的工作，為ethercat技術(shù)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。為方便海外會(huì)員的參與，每年兩次的技術(shù)委員會(huì)（tc）代表大會(huì)都在德國(guó)法蘭克福國(guó)際機(jī)場(chǎng)附近舉辦。除了參加委員會(huì)外，etg成員還可以通過技術(shù)咨詢委員會(huì)（tab）將技術(shù)更改需求直接提交給tc主席進(jìn)行評(píng)估。技術(shù)咨詢委員會(huì)負(fù)責(zé)審查和發(fā)布ethercat的詳細(xì)信息，選擇和批準(zhǔn)一致性測(cè)試工具，發(fā)布最新版本。同時(shí)，技術(shù)咨詢委員會(huì)也是一致性評(píng)判的仲裁機(jī)構(gòu)。
全球ethercat推廣活動(dòng)由市場(chǎng)營(yíng)銷委員會(huì)（mc）牽頭。etg日本地區(qū)委員會(huì)組織發(fā)起ethercat在日本的推廣活動(dòng)，并提供資金支持。etg全體會(huì)員大會(huì)決定etg地方規(guī)劃細(xì)則并選舉董事會(huì)。etg全體會(huì)員大會(huì)通常與sps/ipc/drives貿(mào)易展同期舉行。不能到德國(guó)參加會(huì)議的會(huì)員，可在地方會(huì)員會(huì)議（如日本、韓國(guó)等）上獲得最新的etg活動(dòng)信息，同時(shí)提供相應(yīng)的反饋。
董事會(huì)監(jiān)督管理人員，負(fù)責(zé)選擇和指定ethercat測(cè)試中心并指導(dǎo)其運(yùn)作。同時(shí)，董事會(huì)負(fù)責(zé)任命技術(shù)咨詢委員會(huì)成員和技術(shù)委員會(huì)主席。
組織的目標(biāo)
ethercat是開放的技術(shù)。ethercat技術(shù)協(xié)會(huì)推廣這種技術(shù)并確保每一個(gè)對(duì)該技術(shù)感興趣的公司都可以實(shí)施和應(yīng)用ethercat。
同時(shí)，ethercat技術(shù)協(xié)會(huì)通過定義功能需求，一致性測(cè)試來保證ethercat實(shí)施的兼容性以及認(rèn)證流程。
etg的目標(biāo)是保證ethercat技術(shù)滿足并超越最廣泛的有可能實(shí)現(xiàn)的任何行業(yè)的應(yīng)用要求。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，該協(xié)會(huì)結(jié)合了來自于機(jī)械制造，系統(tǒng)集成，以及最終用戶和自動(dòng)化供應(yīng)商的領(lǐng)先控制和應(yīng)用方面的專家，提供關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用案例和對(duì)協(xié)議未來如何完善的建議等高質(zhì)量反饋。
ethercat技術(shù)協(xié)會(huì)組織用戶和供應(yīng)商會(huì)議（如，技術(shù)委員會(huì)），通過經(jīng)常性定期會(huì)議宣布ethercat技術(shù)的最新進(jìn)展及相關(guān)討論。
會(huì)員的收益
etg是全球最大的工業(yè)以太網(wǎng)組織， 擁有 3075 個(gè)會(huì)員單位。ethercat技術(shù)協(xié)會(huì)鼓勵(lì)ethercat設(shè)備提供商加入etg，從而獲取研發(fā)產(chǎn)品及應(yīng)用實(shí)施的支持，同時(shí)獲得供應(yīng)商識(shí)別碼（vendor id）以及一致性測(cè)試工具。ethercat用戶可以通過加入etg表明其對(duì)該技術(shù)的支持和應(yīng)用。
● etg會(huì)員可以進(jìn)入ethercat網(wǎng)頁中的“會(huì)員專區(qū)”下載協(xié)議，技術(shù)實(shí)施指南， ethercat基礎(chǔ)知識(shí)以及及時(shí)更新的技術(shù)信息，并加入開發(fā)者論壇。
● 僅對(duì)etg會(huì)員提供ethercat研發(fā)產(chǎn)品的支持。
● 協(xié)會(huì)會(huì)員優(yōu)先得到規(guī)范草案，白皮書，原型評(píng)估產(chǎn)品及首批產(chǎn)品，從而可首先進(jìn)行評(píng)估、使用或?qū)嵤〆thercat技術(shù)。
● 會(huì)員可以合法參加工作組或技術(shù)委員會(huì)，并影響ethercat技術(shù)協(xié)議未來的完善。所有 etg技術(shù)工作組（etg technical working groups）的列表可參見網(wǎng)站“會(huì)員專區(qū)”的相關(guān)內(nèi)容。
● etg在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（iec及iso等）上代表會(huì)員利益。
● 關(guān)于協(xié)會(huì)，更深入的技術(shù)研發(fā)和可能的市場(chǎng)參與，最新活動(dòng)等信息（member newsletter）通過etg的信息郵箱發(fā)布給所有會(huì)員單位。
● 會(huì)員單位可以使用ethercat的徽標(biāo)（logo），表現(xiàn)其對(duì)該技術(shù)的支持；會(huì)員單位也可以使用ethercat 技術(shù)協(xié)會(huì)的徽標(biāo)，以表現(xiàn)其擁有該協(xié)會(huì)的會(huì)員資格。
● etg會(huì)員有權(quán)在 ethercat產(chǎn)品指南（ product guide）上及etg全球主要自動(dòng)化展覽會(huì)的聯(lián)合展臺(tái)上推廣其ethercat產(chǎn)品。
● 成為會(huì)員是免費(fèi)的，不收取任何費(fèi)用。
如何申請(qǐng)etg會(huì)員
通過電話或電子郵件聯(lián)系etg總部或當(dāng)?shù)氐膃tg辦公室。提供必要的信息，例如要求以及會(huì)員申請(qǐng)表，有興趣的客戶可以在網(wǎng)站的下載專區(qū)下載 etg by-laws申請(qǐng)表。
二、技術(shù)
ethercat – 以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線：
● ethercat 一網(wǎng)到底，協(xié)議處理直達(dá)i/o層；
● 無需任何下層子總線；
● 無網(wǎng)關(guān)延遲；
● 單一系統(tǒng)即可涵蓋所有設(shè)備： 輸入輸出，傳感器，執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)，顯示。
ethercat 速度更快：
● 傳輸速率:
● 2 x 100 mbit/s （高速以太網(wǎng), 全雙工模式） 。
● 刷新時(shí)間:
● 256 數(shù)字量 i/o：11 μs；
● 分布于 100 節(jié)點(diǎn)的 1000 開關(guān)量 i/o：30 μs = 0.03 ms；
● 200 模擬量 i/o （16 bit）：50 μs, 采樣率 20 khz；
● 100 伺服軸（每個(gè) 8 byte in+out）： 100 μs = 0.1 ms；
● 12000 數(shù)字量 i/o： 350 μs。
飛速傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)幀：
● 在幀的傳輸過程中過程數(shù)據(jù)被提取或插入:
● 每個(gè)從站的過程數(shù)據(jù)量幾乎無限制（1 bit…60 kbyte, 如果需要?jiǎng)t使用幾個(gè)以太網(wǎng)幀傳輸）；
● 每一個(gè)循環(huán)中幀的報(bào)文數(shù)據(jù)構(gòu)成可以不同。如：超短循環(huán)時(shí)間用于軸數(shù)據(jù)，稍長(zhǎng)循環(huán)用于i/o刷新；
● 支持異步的、事件觸發(fā)的通信。
● 隱含式尋址方式實(shí)現(xiàn)協(xié)議消耗最小化：
● 針對(duì)分布式i/o的優(yōu)化報(bào)文結(jié)構(gòu)；
● 通訊完全在硬件中完成—最優(yōu)性能（+可預(yù)測(cè)）；
● 若網(wǎng)絡(luò)中全部為ethercat設(shè)備，則無需交換機(jī)；
● 出色的診斷功能；
● 保留對(duì)以太網(wǎng)的兼容性。
分布時(shí)鐘：
● 精準(zhǔn)同步 （<< 1 μs!） — 通過分布時(shí)鐘的精確校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)；
● 采用scope view長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)視兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備；
● 兩設(shè)備間距300 個(gè)節(jié)點(diǎn)，線纜長(zhǎng)度120米。
ethercat 是工業(yè)以太網(wǎng)：
● ethercat 采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀: ieee 802.3；
● 可替換為udp/ip （若需要ip路由）；
● 保持標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀；
● 對(duì)tcp/ip完全透明；
● 所有因特網(wǎng)技術(shù)（http, ftp, webserver,…） 均可實(shí)現(xiàn)，且不影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能！
ethercat 接線更靈活：
● 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型拓?fù)洌?br>● 靈活的樹型結(jié)構(gòu) – 自由擴(kuò)展；
● 支持各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如線型，星型，樹型，總線型；
● 可實(shí)現(xiàn)多層次拓?fù)洌豢勺杂山M合各種拓?fù)洌?br>● 每個(gè)ethercat網(wǎng)段可容納65,535個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模幾乎無限。
● ethercat支持多種以太網(wǎng)物理層：
● 100base-tx （兩節(jié)點(diǎn)最大間距100米）；
● 100base-fx（兩節(jié)點(diǎn)最大間距2公里）；
● lvds （模塊化設(shè)備）；
● 允許任意數(shù)量的物理層改動(dòng)。
ethercat 配置更簡(jiǎn)單：
● 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):
● 拓?fù)淠繕?biāo)與現(xiàn)實(shí)的自動(dòng)對(duì)比；
● 診斷：
● 精確定位故障；
● 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃：
● 系統(tǒng)性能獨(dú)立于:
● 從站的實(shí)施；
● 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) （無交換機(jī)/集線器）；
● 尋址：
● 無需手動(dòng)編址；
● 自動(dòng)進(jìn)行地址配置；
● 地址可被保留；
● 添加新節(jié)點(diǎn)是無需重新配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的地址。
ethercat 成本更低：
● 主站:
● 無需專用插卡（輔助處理器）；
● 主板集成的網(wǎng)口即可滿足要求；
● 從站:
● 低成本從站控制器；
● fpga 或 asic；
● 簡(jiǎn)單的從站：無需實(shí)施微處理器；
● 無需功能強(qiáng)大的微處理器；
● 基礎(chǔ)設(shè)施:
● 無需交換機(jī)/集線器；
● 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)線纜和接頭。
● 實(shí)施工具:
● 標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)監(jiān)測(cè)工具，如，微軟網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視器或wireshark: 免費(fèi)獲??；
● 解析軟件: 免費(fèi)獲??；
● 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃僅需少量的工作:
● 簡(jiǎn)單的組態(tài)；
● 默認(rèn)配置即可生效，無需網(wǎng)絡(luò)調(diào)試；
● 改善的診斷:
● 更快的排錯(cuò)可以減少停機(jī)時(shí)間；
● 快速配置:
● 無需地址配置。
ethercat實(shí)施輕松：
● 從站的實(shí)施：
● 所有實(shí)時(shí)性相關(guān)功能都由asic或fpga實(shí)現(xiàn)；
● esc硬件中處理實(shí)時(shí)協(xié)議；
● 集成通訊狀態(tài)機(jī)；
● 網(wǎng)絡(luò)性能獨(dú)立于：
● 從站微處理器的性能；
● 協(xié)議堆棧。
● 對(duì)于使用或不適用微處理器（作為host cpu）的應(yīng)用：
● 集成了dpram （1…8kbyte）；
● 集成了分布時(shí)鐘；
● 對(duì)微處理器的高精度中斷。
● 主站的實(shí)施：
● 可采用主站樣本代碼（源碼）；
● ethercat配置工具；
● esi和eni的xml文件格式。
ethercat功能安全：
● 為在ethercat安全設(shè)備間傳輸安全性過程數(shù)據(jù)，safety over ethercat （fsoe）定義了一個(gè)安全通訊層。
● fsoe是ethercat 技術(shù)協(xié)會(huì)的一項(xiàng)開放技術(shù)。
● 該協(xié)議基于iec 61508開發(fā)，因此：
● 滿足安全完整性等級(jí) （sil）3；
● 殘留誤差概率 r（p）< 10-9；
● 該協(xié)議獲得獨(dú)立的tüv 認(rèn)證；
● soe 幀映射在循環(huán)的pdo中：
● 最小的fsoe幀長(zhǎng)：6 byte；
● 最大的fsoe幀長(zhǎng)：取決于從站設(shè)備的安全過程數(shù)據(jù)的數(shù)量；
● 因此協(xié)議適用于安全io及功能安全運(yùn)動(dòng)控制的應(yīng)用；
● 從fsoe主站到fsoe從站的被確認(rèn)傳輸，反之亦然；
● 安全設(shè)備參數(shù)可以在fsoe連接啟動(dòng)時(shí)，從主站下載到從站；
● 經(jīng)認(rèn)證的safety over ethercat產(chǎn)品從2005年開始上市；
● fsoe協(xié)議不局限于：
● 通訊層及接口通訊層不是安全測(cè)量的部分：黑色通道（assumed unsolved bit error rate: p = 10-2）；
● 傳輸速度；
● 安全過程數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（length of safe process data）；
● 可通過非安全網(wǎng)關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)或骨干網(wǎng)路由；
● 可以由非安全網(wǎng)關(guān)路由；
● 可由現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)路由；
● 適用于（幾乎所有）總線系統(tǒng)的一種安全技術(shù)。
三、應(yīng)用
1.超高速 ethercat 助力空客高升力系統(tǒng)
位于德國(guó)不萊梅的空客工廠測(cè)試并生產(chǎn)a380 的機(jī)翼，在其測(cè)試系統(tǒng)中采用了倍福公司（beckhoff） 的工控機(jī)和ethercat 系統(tǒng)。
在德國(guó)不萊梅的空客基地，空客公司為其飛機(jī)的提升系統(tǒng)裝備了“高升力”系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)。該測(cè)試涵蓋了飛機(jī)在飛行不同階段中可產(chǎn)生“額外提升力”的所有相關(guān)功能部件，其主要組件包括著陸翼、著陸板，以及所有航行子系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和控制部分。
空客測(cè)試平臺(tái)的尺寸和系統(tǒng)與原始的尺寸大小相匹配，巨大的鋼架結(jié)構(gòu)包含了高升力系統(tǒng)所需的功能元件，雖然每次只對(duì)一個(gè)機(jī)翼進(jìn)行配置，但一次可全部完成對(duì)驅(qū)動(dòng)軸的裝配。為了檢測(cè)在不同情況下驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)之間的交互情況，相應(yīng)的機(jī)翼以一個(gè)四象限的驅(qū)動(dòng)和若干模擬的信號(hào)建立模型。
通過該測(cè)試平臺(tái)，空客公司可完成多種研究。例如，用液壓缸和氣缸來模擬不同飛行階段中各部件所受到的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載。此外，通過對(duì)計(jì)算機(jī)控制的模擬，可以對(duì)一些特定的項(xiàng)目進(jìn)行研究，比如模擬在長(zhǎng)時(shí)間下某些結(jié)構(gòu)元件的失效等。測(cè)試過程中，各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)，如副翼的伸展、撤回、擺動(dòng)等，都由原始飛機(jī)控制系統(tǒng)控制，因此，飛機(jī)控制系統(tǒng)與測(cè)試平臺(tái)的控制系統(tǒng)是相互獨(dú)立的。
測(cè)試平臺(tái)的控制系統(tǒng)
測(cè)試系統(tǒng)控制所有模擬空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載的液壓缸和氣缸，并對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行記錄。在特定情況下，動(dòng)力負(fù)載會(huì)非常大，因此測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)還要考慮到安全問題。除了人身安全防護(hù)之外，所有的防護(hù)措施都聚焦在元件上，如某些作為原型的、或者是價(jià)格非常昂貴的零部件。因此，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了多處的緊急停止、權(quán)限控制、帶核查的信號(hào)冗余記錄，以及對(duì)執(zhí)行部件的安全控制。
位于德國(guó) essen 的ingenieurgeinschaft 公司，接受了委托，來設(shè)計(jì)這個(gè)測(cè)試平臺(tái)控制系統(tǒng)。使用ethercat 技術(shù)來完成這樣一個(gè)控制系統(tǒng)，這還是首次。工程師們開發(fā)的系統(tǒng)主要是工程測(cè)試和液壓控制，該團(tuán)隊(duì)由15 名來自不同行業(yè)背景的專家組成，如機(jī)械工程師、電氣工程師、it專家等。
ethercat 端子：超高速i/o 系統(tǒng)
高升力系統(tǒng)的規(guī)模之大從控制信號(hào)的數(shù)量上就可見一斑。系統(tǒng)中的數(shù)字/模擬量信號(hào)超過500 點(diǎn)，其中包括大約100個(gè)來自不同控制電路和檢測(cè)電路的執(zhí)行信號(hào)。所有的i/o數(shù)據(jù)都通過倍福的ethercat 端子系統(tǒng)進(jìn)行處理。
torsten finke 博士是ingenieurgeinschaft 公司的三位經(jīng)理之一，他如此解釋ethercat 技術(shù)給該項(xiàng)目帶來的好處：“通過以太網(wǎng)，所有信號(hào)都能夠以一種更加可靠、簡(jiǎn)單和快速的方式進(jìn)行控制。由于模擬信號(hào)到端子的距離大大縮短，通過模數(shù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，克服了信號(hào)傳輸?shù)拈L(zhǎng)距離所帶來的問題。該系統(tǒng)的靈活性非常好，十分適合目前的項(xiàng)目。并且，ethercat 的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)的星型結(jié)構(gòu)，大大減少了電纜的成本以及發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。ethercat 在帶寬和傳輸速度上都提供了一個(gè)很好的解決方案，并且，憑借超過10khz 的時(shí)鐘頻率，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性也得到了保證?！?br>同樣，ethercat 技術(shù)的開放性也是一個(gè)很突出的優(yōu)點(diǎn)，它可以獨(dú)立于主機(jī)平臺(tái)。例如，ethercat主機(jī)程序是在linux 平臺(tái)下開發(fā)，并在項(xiàng)目中得到了很好的應(yīng)用。torsten finke 博士解釋道：“主機(jī)程序運(yùn)行在一臺(tái)通用的標(biāo)準(zhǔn)工控機(jī)上。系統(tǒng)中不需要專用的plc，linux 是個(gè)先進(jìn)的服務(wù)器操作系統(tǒng)，并且，已被證明具有良好的穩(wěn)定性、高效性，尤其是在網(wǎng)絡(luò)方面。和rtai-linux 內(nèi)核的實(shí)時(shí)延伸相結(jié)合的開放式構(gòu)架使得操作系統(tǒng)能夠得到硬實(shí)時(shí)性能，而在程序和服務(wù)方面沒有什么限制?！?br>來自倍福 的c51xx 工控機(jī)提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力。并且，諸如文件和web 服務(wù)等傳統(tǒng)任務(wù)，也可以完成高精度時(shí)間的同步應(yīng)用，這對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析是很重要的。ethercat 技術(shù)在ehtercat 傳輸之上還提供了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，在同一硬件平臺(tái)上將實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)通訊結(jié)合在一起，這是ethercat 技術(shù)的一個(gè)重要特征。
軟件
控制邏輯可以通過 matlab 的simulink 來進(jìn)行精確地開發(fā)。該數(shù)學(xué)模型可以轉(zhuǎn)化為c 代碼，編譯并以二進(jìn)制模塊加載到控制系統(tǒng)的內(nèi)核中。計(jì)算機(jī)間的通訊通過客戶服務(wù)器接口來進(jìn)行。控制界面程序可以滿足不同的測(cè)試需求，同時(shí)，該軟件可以在網(wǎng)絡(luò)的任何電腦上運(yùn)行。
通過特定的數(shù)據(jù)登錄服務(wù)，測(cè)試操作被記錄在計(jì)算機(jī)上并對(duì)整個(gè)處理過程擁有控制權(quán)限。該記錄操作可以根據(jù)具體情況對(duì)各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)記錄下連續(xù)信號(hào)和離散事件，并提供給相應(yīng)的程序進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)組織可以在任何時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。ehtercat 在大數(shù)據(jù)量交換的場(chǎng)合發(fā)揮了很大優(yōu)勢(shì)，尤其是在一些純數(shù)據(jù)采集并且允許一定延時(shí)的情況下。有了ethercat現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，在儀表工程方面將不再有限制。
torsten finke 博士總結(jié)了ethercat 技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用：“空客方面對(duì)測(cè)試平臺(tái)的控制系統(tǒng)有著很高的要求。在該項(xiàng)目中，ethercat 在技術(shù)、構(gòu)造、成本等方面都提供了一個(gè)完美的解決方案，空客的高升力裝置已獲益于此?！?br>2.kuka 公司 kr c4 機(jī)器人控制器采用高速、高確定性的工業(yè)以太網(wǎng) ethercat
在 1996 年，kuka 機(jī)器人公司是全球首個(gè)引入基于 windows pc 機(jī)器人控制器的機(jī)器人制造商。第一代控制器的成功激勵(lì)了其廣泛采用基于 windows 的技術(shù)及基于 pc 技術(shù)，以帶來更高的處理器性能。將 it 產(chǎn)品移植到自動(dòng)化應(yīng)用需要敢于創(chuàng)新，這使實(shí)現(xiàn)更高性價(jià)比成為可能。當(dāng)新一代機(jī)器人控制器計(jì)劃制定后，除了 windows 和 pc 以外，kuka需要從 it 界移植另一項(xiàng)成熟技術(shù)：基于以太網(wǎng)的、穩(wěn)定的通信技術(shù)。機(jī)器人控制通信要求高性能、高速且具有良好時(shí)間確定性總線系統(tǒng)。因此，在 2010 年，kuka 采用 ethercat 作為其 kr c4 機(jī)器人系列控制器的系統(tǒng)總線，采用開放的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)頂級(jí)的性能。
為了在自動(dòng)化系統(tǒng)中集成機(jī)器人，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線常被用于 io層、底層單元及系統(tǒng)層的機(jī)器人控制器的通信。通常這樣的現(xiàn)場(chǎng)總線由客戶選定，而機(jī)器人控制必須可以連接到現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中。
同樣在機(jī)器人控制器中，不同組件（如伺服驅(qū)動(dòng)器、位置變送器）之間的數(shù)據(jù)傳輸復(fù)雜，因此必需實(shí)施一種能滿足更高實(shí)時(shí)要求的控制任務(wù)。此外，內(nèi)部設(shè)備必須進(jìn)行安全技術(shù)和控制設(shè)施的數(shù)據(jù)交換。在之前的 kr c4 控制器中，kuka 采用了多種通信技術(shù)，因此必須使用各種不同的接頭和線纜。當(dāng)研發(fā)新的 kuka 控制器時(shí)，他們重新審議了繼續(xù)使用新的基于以太網(wǎng)的技術(shù)——滿足實(shí)時(shí)性和安全需求，同時(shí)具備 it 技術(shù)特性。以太網(wǎng)具備采用同樣一根線纜傳輸多種不同協(xié)議的特點(diǎn)，從而可顯著減少系統(tǒng)中的線纜數(shù)量。
kuka 的另一個(gè)研發(fā)目標(biāo)是減少不同通信技術(shù)的數(shù)量，并要求現(xiàn)場(chǎng)總線及內(nèi)部總線盡可能保持一致。同時(shí)，盡量避免專用技術(shù)，而采用被廣泛認(rèn)可的開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。此外，使用配備有智能軟件功能的高速現(xiàn)代多核 pc來取代性能受限的硬件。越少的硬件意味著更高的平均故障間隔時(shí)間及更低的開發(fā)工作量、更低的單位成本及物流成本。其研發(fā)目標(biāo)是硬件設(shè)備減少三分之一，而接頭和線纜的成本甚至可以降低 50%。
與現(xiàn)場(chǎng)總線層的通信：軟件堆棧還是網(wǎng)關(guān)？
由于 pc 中集成了以太網(wǎng)硬件，與 profinet 或 ethernet/ip 這些基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線的連接在軟件中完全得以實(shí)現(xiàn)，而無需后期的專用硬件支持。與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線（如 profibus 或者 devicenet）通過 ethercat 通信網(wǎng)關(guān)聯(lián)接，無需接口卡。
內(nèi)部及與傳感器，執(zhí)行器及 io 的定位通信：以太網(wǎng)和 ethercat
除了標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，完整的內(nèi)部通信以及與底層 io 層都通過 ethercat通信。因此，kr c4 機(jī)器人控制器在保持之前的總線布局下僅采用 2 種不同的通信協(xié)議（線纜、接頭和以太網(wǎng)控制芯片）。
機(jī)器內(nèi)部方面， 在建立連接或在 roboteam 中時(shí)間同步多個(gè)機(jī)器人控制器，連接一個(gè)工程筆記本電腦時(shí)，則采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)來尋址 smartpad kuka 控制面板。
除了標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)外， 使用ethercat 作為通信技術(shù)成為一種必然。這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)技術(shù)并不能滿足對(duì)實(shí)時(shí)能力和安全協(xié)議的要求。而 ethercat 作為一個(gè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)總線，可用于尋址機(jī)器人內(nèi)部的安全設(shè)備，以及 smartpad 中安全相關(guān)的控制組件。此外，機(jī)器為尋址本地 io 模塊、網(wǎng)關(guān)或傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線集成了一個(gè) ethercat 主站接口。
為何選用 ethercat？
與其他實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)相比，選用 ethercat 作為實(shí)時(shí)和安全通信技術(shù)的原因是 ethercat 有更多優(yōu)勢(shì)支持 kuka 實(shí)現(xiàn)研發(fā)目標(biāo)。ethercat 不需要特殊的主站硬件，僅在從站端需要。在主站，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器即可完全滿足硬件要求，對(duì) kr c4來說很多主站都是在 pc 中實(shí)施的。此外，線纜和接頭也是標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)。
ethercat 獨(dú)特的“on the fly”的數(shù)據(jù)處理方式（幀進(jìn)行飛速傳輸?shù)耐瑫r(shí)，從站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理）可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)吞吐量并使以太網(wǎng)數(shù)據(jù)有效率接近 100%。因此，這就可以將原來在硬件設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的很多功能轉(zhuǎn)移到控制pc 的軟件中實(shí)現(xiàn)。
ethercat 的安全協(xié)議 safety over ethercat可以通過 ethercat 或以太網(wǎng)進(jìn)行通信。kr c4 的基于 pc 的中央安全控制器也運(yùn)行在專用的軟件中，與所有安全相關(guān)的設(shè)備（如本地安全模塊及 smartpad ）進(jìn)行通信。
除了 profinet 和 ethernet/ip 現(xiàn)場(chǎng)總線外，ethercat 是全球接受最廣泛的工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)，ethercat 擁有最大的供應(yīng)商和用戶組織。市場(chǎng)上眾多的 ethercat 從站設(shè)備可滿足多種不同的新工業(yè)方案。而另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是：從最初發(fā)布時(shí)至今，ethercat 標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和 asic 芯片從未改變，從而保持了非常好的穩(wěn)定性。
國(guó)際組織 ethercat 技術(shù)協(xié)會(huì)宣傳、支持和推廣 ethercat 技術(shù)。2010 年采用了 ethercat 的 kuka控制器成功實(shí)現(xiàn)了在所有機(jī)器人中的應(yīng)用。除了 kr c4 機(jī)器人控制器外，新的 kr agilus 機(jī)器人和 lbr iiwa 輕型機(jī)器人配備的緊湊型控制器也基于ethercat 技術(shù)實(shí)現(xiàn)?？傊?，在 kuka 機(jī)器人控制器計(jì)劃中，仍把 ethercat作為一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)施。