第五类：以太网

以太网在互联网的巨大成功，也引起了工业自动化行业的关注，并迅速引用了以太网技术。

以太网是当今现有局域网采用的最广泛的通信协议标准。以太网络使用CSMA/CD（载波监听多路访问及冲突检测）技术，目前通常使用双绞线（UTP线缆）进行组网。包括标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)、千兆网(1Gbit/s)和10G（10Gbit/s）以太网。它们都符合IEEE802.3。

什么是“载波监听多路访问及冲突技术”？说白了就是同一个网络上有那么多节点又要快, 又多又快的忙中出错与冲突变成了常态。以太网思维是将“出错”和“冲突”当成了家常便饭，快速中数据出错与各节点冲突的矛盾必然发生。以太网认可了这种混乱与冲突是必然会有的，以快速又高容错性的设计，所有设备都挂在一个通讯电缆上（双绞线或同轴），在抢话筒的高度快速混乱下的竞争抢答与冲突仲裁，经仲裁有优先权的设备获得发言在线上广播，所有其它设备都可以监听，但是只有寻址对头的那个设备下载信息。这种传输相当于广播找人，是点对点全双工的。

这样的好处是高速，所有设备处于同步发信的预备状态和同步接收状态，是全双工的。传输时点对点的时间上处于低延时。同时，随着微电子技术芯片的高速发展，以太网芯片计算处理已实现了多任务多路并行处理，对于这种高速的多路的处理与判断可以用并行算法而成倍提高计算速度。例如FPGA芯片，甚至x86芯片，处理速度极高。同步全双工、点对点、并行计算处理这些快速特点确定了以太网的高速性。

以太网的另一个优点，是数据可靠安全性。由于同时要处理网络上大量节点的信息的技术发展的要求，以太网通讯机制从设计就对于数据的检错、高容错性和仲裁优化，使得数据传输的可靠性比总线时代高。

 以太网再一个优点是广泛性使用的低成本。互联网的大量应用使得硬件成本的大幅度下降，随着摩尔定律这些高速芯片和其它以太网器件已经下降达到民用接受的价格。由于成本的下降，有更多的人群使用以太网传输建立的互联网，又反过来促进了以太网技术的不断再提高。

互联网精神：广泛互联的、可低成本使用的、可共享的精神。如果没有互联网低成本互联共享精神，就难获底层数据源头的支持和终端使用者的切身好处，顶多也是由粉丝追捧的现场总线的以太网升级版，不可能成为工业互联网标准。

51，Modbus TCP

ModbusTCP是modbus RTU总线改动几个字节（加入TCP/IP），而直接运用到了以太网技术。与modbus总线一样，同样是免费开放的成熟低成本的以太网。

ModbusTCP绝对值编码器的应用目标是远距离低成本的信息传输。尤其是可以直接实现光纤远距离通讯，又可避免了远程传输难以实现等电位的现场传输抗干扰问题。目前有以太网接口的PLC都可以连接modbus TCP编码器。

52，EtherNet/IP

美国罗克韦尔的以太网协议，其编码器在中国市场很少见。

53，Powerlink

POWERLINK=Canopen+Ethernet，非常聪明的嫁接。鉴于Canopen在自动化领域里的成熟广阔应用基础，POWERLINK 融合了这两项技术的优点，即拥有了Ethernet的高速、开放性接口，以及Canopen在工业领域良好的SDO 和PDO 数据定义，在某种意义上说POWER LINK就是Ethernet 上的Canopen，物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的SDO 和PDO对象字典的结构，这样的好处在于： POWERLINK 无需做较多的改动即可实现；保护原有投资的利益；开放性的低成本接口，便于原有的Canopen技术员开发；POWERLINK绝对值编码器作为运动控制位置同步信息的辅助编码器使用。例如提供变频电机的绝对值位置于伺服电机做多轴同步控制。

54，EtherCat

EtherCat（以太网控制自动化技术）是一个用以太网为基础的开放架构的现场总线系统，数据传输方式比Canopen更进一步为高速服务。有一个或多个主站和多个从站构成总线结构（EtherCAT 系统最多可容纳65535个设备）。主站具有强大的并行运算与数据存储能力，可以将大量的运算与数据存储放在主站，减轻从站负担。

EtherCAT突破了其它以太网数据包发送收取的方式，不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解码并复制为过程数据。当帧通过每一个设备（包括底层端子设备）时，EtherCAT从站控制器读取对于该设备十分重要的数据。同样，输入数据可以在报文通过时插入至报文中。在帧被传递 （仅被延迟几位）过去的时候，从站会识别出相关命令，并进行处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的，因此与协议堆栈软件的实时运行系统或处理器性能无关。网段中的最后一个EtherCAT从站将经过充分处理的报文返回，这样该报文就作为一个响应报文由第一个从站返回到主站。

EtherCat分布时钟的精确校准是同步的最有效解决方案，在某种程度上具备错误延迟的容错性。在EtherCAT中，数据交换完全基于纯粹的硬件设备。由于通讯利用了逻辑环网结构和全双工快速以太网而又有实际环网结构，“主站时钟”可以简单而精确地确定对每个“从站时钟”的运行补偿，分布时钟基于该值进行调整，这意味着它可以在网络范围内提供信号抖动小于1微秒的、非常精确的时钟基。高性能分布时钟不仅用于同步，而且也可以提供多从站数据采集时本地时间的精确信息，被测量值可被分配以非常精确的时间戳。

——基于以太网的主从结构的现场总线系统，强大的主站硬件支持，优选数据全双工高速传递，分布时钟精确校准。其特点适合用于运动控制，尤其是多轴同步控制。

    EtherCat绝对值编码器需加入ETG协会组织（免费），编码器需经过EtherCat实验室通讯测试认证。EtherCat绝对值多圈编码器最适合用于多轴同步的辅助编码器，提供精确的绝对值时间同步与绝对值位置同步，例如伺服电机与变频电机、步进电机的混合系统的多轴同步控制。国内已有多家EtherCat总线型运动控制器，最近的两年普及很快。

55，Profinet( RT,IRT)

西门子及PI协会下的以太网协议。有RT和IRT之分，实时性要求高的需要用IRT，在德国工业4.0引领下如雷贯耳。西门子请了很多专家，要介绍这个还轮不到我。有西门子论坛的“砖家”给了我一个标签，我“就是个卖编码器的”。我们从1998年开始卖编码器给无数个西门子用户，卖了二十年编码器了，就是给西门子用户服务的。我们的Profinet机械多圈绝对值编码器（编码器部分含有自主知识产权的我的发明专利）已经拿到（西门子）指定的第三方实验室检测通过认证证书。

需要提醒的是，现在中国市场发现有较多的Profinet编码器是用韦根计数的电子多圈伪绝对值的，成本与机械式真绝对值多圈编码器比要低很多。用户采购时要问清楚，韦根计数的电子多圈编码器不是绝对值的编码器。也许是目前来说加上profinet接口成本太高了，成本压力太大，有些厂家以电子多圈profinet的较低成本进入了中国市场。

Profinet绝对值编码器可以连接西门子S7-1200和S7-1500。可以做自动化控制和多轴联动同步控制。已有很多案例。

56，CC-linkIE，SERCOS等，还没有此类以太网信号编码器在中国出现。

以下省略N种以太网。