在IT网络中操作EtherCAT设备

在智能工厂中，如果IT与OT网络无缝融合，EtherCAT设备能够直接从IT服务器室控制，无需任何专门的网关，这不仅简化了网络结构，还提高了系统的效率和灵活性。盟通科技合作伙伴acontis目前推出了一个方案，它允许用户使用标准IT网络作为EtherCAT的透明传输媒介，并为EC-Master主站软件提供功能包EOM。我们此前介绍过EtherCAT开放模式，现在让我们来简述如何与EC-Master产品相结合并落地应用。

简单回顾一下，acontis Feature Pack EOM的基础是EtherCAT的两种操作模式之一：直接模式和开放模式，每种模式根据现场应用服务于不同的目的。

- EtherCAT直接模式：将EtherCAT主站与EtherCAT网络直连。这是目前大多数EtherCAT系统的常见操作模式。EtherCAT直接模式具有高效、易于配置、更小的延迟和最佳的实时性能，这使其成为需要快速响应时间的控制应用场景下的理想选择。

- EtherCAT开放模式 (EOM)：EtherCAT主站与使能EOM的从站之间使用标准的IP通信方式连接，该子设备还将EtherCAT报文转发给与该使能EOM的设备直接连接的其他EtherCAT子设备。EtherCAT开放模式通过允许与标准IT基础设施集成和EtherCAT主站的集中操作提供了更大的灵活性，尽管这是以增加可变延迟为代价的。

使用一台EtherCAT主站的EOM网络拓扑示例

为了提供最小的抖动和低延迟，EtherCAT主站使用其标准以太网端口传输EtherCAT EDP帧，例如通过UDP传输到目标EtherCAT段的第一个设备。接收到来自EtherCAT主站的帧后，该设备进行相应处理，并将其转发到本地EtherCAT段。这个EtherCAT段由标准EtherCAT从站组成，因此在这个段内的操作与EtherCAT直接模式相同。

在EtherCAT主站和EOM设备之间，有一个标准的IT网络，具备多个交换设备，并且同时操作TCP/IP等协议的IT设备。这部分的抖动和延迟高度动态，取决于运行期间的网络流量和系统修改。通过监控网络并优化交换机的配置，可以提高该网络部分的实时性，进而直接影响EtherCAT系统的性能。

图1：两个独立的EtherCAT段由两个主站使用EtherCAT开放模式操作

EC-Master软件架构中实现EtherCAT开放模式

EC-Master软件架构对EtherCAT开放模式的适应主要体现在一个特殊的接口层：在EC-Master Core和现场验证的acontis实时以太网驱动程序之间，添加了“EtherCAT开放模式层”。EOM层提供所有必要功能，通过UDP或RAW帧传输EtherCAT设备协议，使其能够通过交换网络传输到目标EtherCAT网段。这包括基本的帧设置以及管理源地址和目标地址。

应用程序编程接口及相关代码示例支持初始化EOM层的附加函数调用，并提供非常多的往返时间测量函数，包括最小值、最大值和平均值。该测量功能是监测和评估基于底层交换IP网络的EtherCAT系统可能性能的关键，根据测量结果，可以确定是否需要对交换IP网络进行额外优化以达到所需的抖动和反应时间，从而确定其实时行为是否适合目标应用。

图2：使用acontis EOM扩展包的EC-Master软件架构