EtherNet/IP vs. EtherCAT

要使用哪一种工业总线协议？这是我们工程师常常要考虑的。其中，最主要的就是工业以太网通信协议。根据HMS在2023年的市场调查数据，显示Industrial Ethernet占据了68%的市场份额：

在工业以太网协议中，Profinet、EtherNet/IP和EtherCAT总线处于前三甲。我们这期先重点比较下EtherCAT和EtherNet/IP两种工业通信协议。

EtherNet/IP

根据开放设备网络供应商协会（ODVA），EtherNet/IP是“通用工业协议（CIP）在标准以太网（IEEE 802.3和TCP/IP协议套件）上的实现”的名称。它由Allen-Bradley（现在的Rockwell Automation）为工业自动化和过程控制应用而开发，并在2001年发布。尽管它主要由Rockwell Automation提供，但其采用率在所有工业以太网网络中是最高的，估计市场份额约为15%。

开放设备网络供应商协会（ODVA）是管理EtherNet/IP和CIP的国际协会。遵循标准软件/标准以太网架构，EtherNet/IP使用标准以太网的物理层、数据链路层、网络层和传输层，以及TCP/IP和UDP上的通用工业协议（CIP）。它是唯一完全基于以太网标准构建的工业以太网协议。这意味着EtherNet/IP使用与标准以太网网络相同的硬件，使其易于获取、价格便宜且IT人员熟悉。

EtherNet/IP使用标准以太网的较低层，以及TCP/UDP传输层上的通用工业协议（CIP）。

EtherNet/IP定义了两种通信类型：显式通信，用于按需数据，如信息；隐式通信，用于需要实时发送的数据。显式消息通过TCP传输，而隐式消息（需要高速和低延迟）通过UDP发送。隐式消息可以使用生产者-消费者模型。在这个模型中，消息只传输一次，不管有多少消费者，并且可以被网络上的多个节点（设备）同时接收（一种称为多播通信的技术）。生产者-消费者模型提供了对网络带宽的有效利用和更高的整体速度，特别是当多个消费者需要从生产者接收相同数据时。

使用生产者-消费者通信模型，数据只从生产者传输一次，每个消费者过滤并只获取它所需的数据。 如下图所示：

尽管EtherNet/IP标准化和高速数据传输，但它本身并不提供实时性能或保证在一定时间内执行。这是因为TCP/UDP/IP数据包可以在任何时间以任何顺序从任何设备到达。因此，EtherNet/IP在其基本形式下不是同步运动控制任务的理想解决方案。

为了满足多轴、分布式运动控制的需求，ODVA开发了几个网络扩展，称为CIP Motion和CIP Sync（用于轴之间的时钟同步），这些扩展使EtherNet/IP能够在保持与以太网标准兼容的同时，提供确定性的、实时的、闭环性能。

EtherCAT

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology，即控制自动化技术的以太网）是在2003年引入的，由Beckhoff开发，现在由EtherCAT技术组（ETG）管理。像EtherNet/IP一样，EtherCAT建立在以太网物理层之上。但与使用TCP/IP进行消息传输和路由不同，EtherCAT采用了“即时处理”（也称为“即时通信”）的方法。

关于EtherCAT总线技术的在这里简短介绍，详细的参考：

高效、实时、灵活：EtherCAT总线技术深度解析(完结篇）

在这种方法中，EtherCAT主设备发送一个电报（数据包），该电报通过每个节点或从设备（通常是驱动器或I/O设备）。EtherCAT的一个独特特点是，网络中的从设备可以从电报中读取或提取它们所需的相关信息，并在电报传输到下一个从设备之前向电报中添加数据。电报通过所有连接的从设备，然后返回到主设备。

使用EtherCAT，电报从主设备发送到所有从设备（节点）。每个节点可以读取与该节点相关的数据，并在电报传输到下一个节点之前向电报中添加数据。

通过每个EtherCAT从设备上的特殊ASIC（应用特定集成电路）启用了对电报的读写。这种基于硬件的方法意味着每个从设备对过程引入的延迟（延迟）最小，并且不可能发生碰撞。EtherCAT网络上的网络命令可以以与基于模拟系统的速率相媲美的速度进行处理。

EtherCAT提供确定性的实时通信，非常适合同步的多轴运动控制“开箱即用”，无需额外的硬件即可实现多个轴之间的同步。

结论

如果你需要集成到Rockwell架构中，EtherNet/IP是最好的选择。如果你需要EtherCAT的极快速度（大多数架构都不需要），那么它是更好的选择。EtherNet/IP比EtherCAT简单，因为EtherCAT非常灵活和功能丰富，这增加了复杂性。

当然，在运动控制应用方面，EtherCAT无疑是性能方面的佼佼者。它专为低抖动和实时性能而设计，无需任何特殊硬件。

最后，具体选择哪种通信协议，需要根据成本、设备供应商接口、工艺要求等进行综合考虑。

参考链接：

1. https://us.misumi-ec.com/blog/ethernet-ip-vs-ethercat/
2. https://www.rtautomation.com/rtas-blog/ethercat-vs-ethernet-ip/
3. https://www.motioncontroltips.com/ethernet-ip-versus-ethercat-whats-the-difference/