一次看懂五大工業通訊標準 作者 籃貫銘
在工業通訊的應用場景中，存在著許多不同的標準與協議，儘管這些標準在設計的思維和所欲解決的問題非常相似，但各自的運作原理與技術架構卻是大相逕庭。 本文即針對目前主要的五大工業通訊標準：EtherCAT、PROFINET、Ethernet/IP、Modbus、POWERLINK的運作原理與技術特性進行說明，讓讀者們一次看懂這些標準各自的優勢，以及其在應用與導入時的不同。 EtherCAT 圖1 : EtherCAT EtherCAT是一種即時乙太網路技術，最早由Beckhoff Automation所提出。該協議是在IEC標準裡的IEC61158中揭露，為針對有即時連線需求的自動化技術軟硬體所設計。 EtherCAT在2003年被提出，同年EtherCAT工作小組（ETG）就成立，並迅速成為全球主要的工業乙太網路與現場總線（Fieldbus）組織。 這項協議的提出，主要聚焦在縮短週期時間（Cycle Times），使之小於100毫秒（μs），同時具備低抖動的特性，以達成更精確的同步（Synchronization）（低於1毫秒），此外，降低硬體成本也是其專注的特性之一。 運作原理 相較於一般工業通訊方案，EtherCAT利用一種「快速通過」（on the fly）的技術，以改善網路傳輸的延遲與不同步的問題。它基本的運作原理是EtherCAT網路上的主裝置（Master）端所傳送的訊號，會通過網路上所有的節點（Node），而網路上所有的從屬裝置（Slave）會以「快速通過」的形式，讀取這個訊號後，同時在這個訊框（Frame）往下游移動時，再插入它的資料在訊框之內。 而這個訊框只會被硬體的運作延遲所影響，區間中最後一個節點會偵測到一個開放的埠，並以乙太網路技術的全雙工（Duplex）特性，把傳送訊息回給主裝置。 主裝置所傳送的訊號的最大有效資料率超過90%，而且由於全雙工的特性，理論上的有效資料率超過100 Mbit/s（位元每秒）。 不過EtherCAT網路的主端是唯一允許主動傳送訊框的節點，其它的節點只能往下游傳遞而已。而這個概念避免了非預期的延遲，並確保即時傳訊的能力。 而主端使用標準的乙太網路媒體存取控制（MAC），而不需要外加的通訊處理器，此設計讓主端可以在任何硬體平台上實施乙太網路埠，不理會其所運行的硬體平台和或者應用軟體。 EtherCAT的從屬端則使用E
