EtherCAT现场总线的国家标准化研究
总结EtherCAT现场总线的优势，并给出相应的依据。
二、EtherCAT现场总线优势
（一）开放性
EtherCAT的协议是完全公开的；并且已经成为了IEC、ISO及SEMI的标准协议。对应的协议号是IEC61158、IEC61784、ISO15745和SEMI E54.20， 并且我国正在为其指定国家标准。
为了推广技术和保证技术的开放性，以技术主要发起人为主，成立了EtherCAT技术小组。小组的主要任务是支持、完善和推广EtherCAT技术。截止2012年7月2日，ETG共计有2050个会员，光是从2011年的5月到2012年的5月，就新增加了超过380个会员[1]。现在ETG已经成为了全球最大的现场总线组织[1]。在中国，截止2012年2月，中国区共有超过200个会员，也正是因为EtherCAT在我国的蓬勃发展，所以国家急需要制定相应的国家标准。
（二）高速性
EtherCAT突破了其他以太网解决方案固有的局限性：从站设备在报文经过其节点时读取带有相应寻址信息的数据；同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程，报文只有几个纳秒的时间延迟。这样发送和接收的以太网帧压缩了大量数据，所以通道的利用率可以达到90%，100Mb/s的全双工特性可以完全得到利用。
下面举一个具体的例子来更好的体现EtherCAT的高速性[2]。
在一个有40轴（每轴20字节输入输出数据）、50个I/O站、2000个数字量和200个模拟量的总线环境下，各种工业以太网技术的循环时间如下表所示：
（三）低价
过去的现场总线无论主站还是从站设备都需要专用的设备，整个系统构建下来花费不小。使用EtherCAT技术的成本可以做到更低。
从硬件角度看，主站不需要专用插卡，集成的网口就可以满足要求了，现在许多的自动化设备都标配有网口，这样就不需要新的成本投入；从站采用低成本的从站控制器FPGA或者ASIC，不需要功能强大的微处理器；辅助设备方面，不需要交换机/集线器，只要使用标准的以太网线缆和接头就可以完成网络组态了。
下面我们用一个网络配置的实例来说明[2]：
如果我们要配置一个拥有10个站点，400个数字输入，400个数字输出的，100米长线缆，11个现场总线接头的网络。EtherCAT网络的总成本是最低的。Profibus贵了21.5%，DeviceNet贵了23.7%，CAN Open贵了21.9%.
三、EtherCAT现场总线标准化
（一）中国国家标准
我国将标准划分为四个层次，即国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。各层次之间有一定的依从关系和内在联系，形成一个覆盖全国又层次分明的标准体系。
国家标准分为强制性国标（简称GB）、推荐性国标（简称GB/T）和指导性国家标准（GB/Z）。
EtherCAT在我们申请的国标是GB/T，推荐性国家标准。
GB/T是指推荐性国家标准，其中的“T”是推荐的意思。推荐性国标是指生产、交换、使用等方面，通过经济手段调节而自愿采用的一类标准，又称自愿标准。但推荐性标准国标一经接受并采用，或各方商定同意纳入经济合同中，就成为各方必须遵守的技术依据，具有法律上的约束性。
（二）申请国家标准的条件
现场总线的种类繁多，但是真正入选成为我国国家标准的现场总线并不多。这是因为在我国工业控制网络标准的制定是需要满足对应的条件的[4]。
申请GB/T需要满足下面的两个条件：1.国内有产品开发、生产；2.测试本体化。如上文所述，ETG在中国国内的会员超过200位，提供了许多的EtherCAT相关产品，所以第一个条件满足。对于测试本土化，现在ETG已经在中国北京航空航天大学的数控与自动化实验室（LNC）建立了测试中心，这为EtherCAT在我国的标准化扫清了最后的障碍。
（三） 国标制作流程
工作组成员一般分为国内专家小组和国外专家小组。包括制造商、最终用户、集成商等成员。委员会审核通过的标准是75%以上成员赞成25%以下反对，如果委员会由超过25%以上成员反对，那么就需要重新审议项目。
EtherCAT申请国标的工作从2012年2月份开始正式启动，2012年7月成立了工作组，前后经过1年左右的翻译、校队工作后，2013年的2月份发出了征求意见稿，2013年6月发出送审稿，现在正在收集送审稿的投票工作，预计在2013
（四） EtherCAT国标整体结构
国标共分为6个部分。
第一部分：概述
第二部分：物理层服务和协议规范
第三部分：数据链路层服务定义
第四部分：数据链路层协议规范
第五部分：应用层服务定义
第六部分：应用层协议规范
EtherCAT国标内容是使用翻译法修改采用ETG.1000《EtherCAT规范》[5]，在技术内容上与原国际标准没有差异，对文本进行了适当的编辑性调整。
EtherCAT文档结构和OSI模型的对应关系如图3所示
所有的网络协议都是基于OSI网络模型的，EtherCAT也不例外。EtherCAT总共使用了OSI中的应用层、数据链路层和物理层，而第3到第6层没有在EtherCAT中实现。这样保证了EtherCAT协议的简洁、高效，正因为剥离了IP，TCP等传统的以太网网络层、传输层实现，所以使得EtherCAT的实时性得到了极大的保证。
四、结论
EtherCAT总线协议有许多吸引自控行业的特点：高速、开放、安全、冗余。正因为如此，该技术自诞生起就取得了飞速的发展。鉴于此，国家标准机构正在积极的推进EtherCAT的国标化。
本文介绍了国标制作的流程、条件，并且说明了EtherCAT国标文档的结构。对EtherCAT总线技术的进一步发展和应用具有一定的意义，对于其他现场总线相关的研究亦有一定的参考价值。
参考文献：
[1] EtherCAT Technology Group， EtherCAT工业以太网现场总线，2012
[2] EtherCAT Technology Group， Industrial Ethernet Technologies： Overview，2011
[3] 国际电工委员会， Serving global industrial automation ： IEC publishes new Field Standard. 2012-12-14
[4] EtherCAT技术协会， 一致性与互操作性， 2011
[5] EtherCAT技术协会，EtherCAT规范， 2013
作者简介：
宦卿（1983- ），男，上海人，上海交通大学工程硕士在读，从事现场总线、人机界面硬件方面的研究（Email：gadfly0217@hotmail.com）；
陈坚（1955- ），男，上海人，上海交通大学高级工程师，从事罗克韦尔现场总线方面的研究。