Michael Jost 人物专访：EtherCAT 和 EtherCAT I/O 的 20 年发展历程
倍福的 EtherCAT 技术及其 EtherCAT I/O 系列产品共同迎来 20 周年生日。在此次访谈中，Michael Jost（I/O 系统和 EtherCAT 高级产品经理）将为我们介绍超高速通信系统与多样化 I/O 系列相结合所带来的技术优势，以及过去二十年中应用领域的迅速扩展。
倍福的 EtherCAT 技术及其 EtherCAT 端子模块都将迎来 20 周年生日。从 I/O 的角度来看，这两项研发的动力源于什么？
Michael Jost：EtherCAT 技术是倍福所代表的基于 PC 的控制理念的合理延续。为了充分发挥现代 CPU 在 PLC、运动控制等应用中的性能，工业 PC 的通信接口也必须在速度和同步性方面与自动化技术领域保持同步。这里的决定性因素是，EtherCAT 不仅已实施在总线耦合器中，并且直达每个端子模块。这确保了所有 EtherCAT 功能在 I/O 系统中每个端子模块上得以实现。因此，我们的 EtherCAT 端子模块在通信性能方面几乎没有任何限制。
EtherCAT 作为 I/O 领域的系统总线，纯粹从技术角度和功能角度（如分布式时钟、XFC 极速控制技术和 Safety over EtherCAT）来看，具有哪些特别的优势？
Michael Jost：它的主要优势在于，无论是我们在产品开发过程中，还是客户在应用过程中，都无需担心数据传输的速度问题。简单地说，EtherCAT 的带宽对于 99% 以上的产品和应用而言已经足够高了。EtherCAT 的带宽对于功能安全 I/O 也非常有利，因为附加的安全机制会让所有安全协议都相当长，速度较慢的系统的带宽很快就会用尽，换句话说，周期时间会较长。这对安全应用来说可能是一个不利因素，例如，因为安全系统需要更长的反应时间，为了确保安全功能有效启用，不得不将保护装置安装在离危险点更远的地方。EtherCAT 同步机制的分布式时钟是同步运行输出模块的基础技术，从与运动序列同步的喷胶控制到带插补运动序列的伺服端子模块都需要应用到 EtherCAT 的分布时钟机制。在输入侧，该功能对于同步位置或测量数据采集至关重要。通过 XFC 极速控制技术优化设备序列的定时，还可以在不改变任何机械结构的情况下提高设备效率。
EtherCAT 端子模块大大扩展了原有的总线端子模块产品系列。IP20 防护等级的 EtherCAT I/O 系列产品自那时起经历了哪几个发展阶段？
Michael Jost：我们总是开发基于平台的解决方案，这通常能够打造出全新的产品系列。主要例子包括：
- 用于时间戳、超采样和微增量的 XFC 技术
- 通过多通道端子模块实现的高性价比解决方案
- I/O 系统集成伺服电机、步进电机、直流电机和无刷直流电机的紧凑型驱动技术的全面解决方案
- ELM 系列高端测量模块
新型 EtherCAT 端子模块在哪些应用领域突破速度最快？是如何随着时间的推移而发展和演变的？
Michael Jost：我们从一开始就决定不将 EtherCAT 端子模块作为高速/高价位系统进行销售，因为其价格实际上略低于我们现有的系统，因此，当初它们很快被应用到各个领域。当然，它们在那些更快的更新时间可以带来显著优势的应用领域尤其受欢迎。首批配备 EtherCAT 端子模块的设备之一是一台液压机，通过 EtherCAT 可以快速检测位置（SSI 端子模块）和压力（模拟量输入端子模块），从而快速控制液压比例阀（模拟量输出端子模块），并在 TwinCAT 中进行完整的控制。因此，机器制造商能够独立提高设备性能和产品质量，而无需依赖外购的控制组件。
目前有多少种 EtherCAT 端子模块？覆盖了哪些信号频谱？
Michael Jost：目前约有 700 种不同的 EtherCAT 端子模块，几乎涵盖了市面上的全部信号类型。
在过去的二十年中，倍福的 I/O 系统还增加了一些型号，包括防护等级高达 IP67 的 EP 系列 EtherCAT 端子盒。开发这种模块的原因是什么？这种设计是如何快速在激烈的市场上成功立足的？
Michael Jost：无论是适合安装在控制柜中的 IP20 端子模块，还是完全无需安装在控制柜中的 IP67 模块，我们都能根据具体的应用需求提供合适的 I/O 解决方案。客户对防护等级高达 IP67 产品的需求也在不断增加，这也是我们开发此类产品的初衷。电路和固件通常基于统一的基本设计，这就意味着我们可以基于成熟的解决方案修改设计，无需开发全新的解决方案。
那么，高密度端子模块和 EJ 系列 EtherCAT 插拔式模块等型号又是如何产生的？
Michael Jost：随着高密度端子模块的开发，我们为模块化 I/O 系统的封装密度设定了新的市场标准。此外，我们还能够降低很多信号的单通道成本，客户因此节省了控制柜的空间从而降低成本，这些优势也是我们很快在市场中取得成功的原因所在。作为专为印刷电路板设计的“总线端子模块”，EJ 型号优化了控制柜的设计，尤其是在大批量机械制造领域，它用工业化生产的电路板取代了劳动密集型点对点布线，并根据应用优化了连接技术。这大大缩短了布线时间，降低了出错风险。一般来说，设备的接线可以和汽车的接线一样高效（配有电子元器件和预制电缆线束）而不会影响模块化 I/O 系统的灵活性和易维护性。
采用金属外壳的 ELM 端子也是如此吗？
Michael Jost：ELM 外壳为我们实现 I/O 系统创新和推出全新的产品类别奠定了基础。比如我们的高精度测量模块，它具有屏蔽性能高和信号优化的连接器两大特点。再加上适当的电路设计和精密的校准过程，可确保其精度往往比工业领域的常规值高出 30 倍。此外，金属外壳的散热效果更好，能够实现全新性能等级并在紧凑型驱动模块和多轴解决方案中发挥优势。
连接性这一主题在 I/O 领域尤为重要。EtherCAT P 和倍福混合型连接器等相应产品有何独特之处？
Michael Jost：对于设备制造商以及很多创新型终端客户来说，产品上市时间至关重要。倍福的单电缆自动化（OCA）为此创造了有利条件。我们的可扩展的混合型连接器可以将通信和电源供电整合在一起，满足几乎所有应用需求。它们还具有高度模块化的优势，可以为大量不同的应用提供各种型号，同时还提供机械编码以保证连接安全。此外，所有四种规格（B12、B17、B23 和 B40 ）的连接器都使用统一的数据核心。这是所有这些连接器成功成为分布式自动化（即 OCA）理想解决方案的基础。另一个重要卖点是，我们的的混合型连接器是首批符合未来 IEC 61076-2-118 标准的产品之一。
除了庆祝 EtherCAT 端子模块推出 20 周年之外，紧凑型驱动技术也迎来了它的 10 周年生日。这项新技术是如何于 2013 年诞生的呢？
Michael Jost：就像某些产品一样：“它就是好用。”由于功率半导体的效率越来越高，因此在模块上集成功率输出级成为了可能。可以说，将半导体技术的进步应用于自动化是我们的使命之一。当然，我们对市场的正确评估也是我们能够取得成功的原因之一，即用户会更喜欢使用已优化系统集成的解决方案，而不是使用带模拟量设定点控制或脉冲串输入的外部功率输出级。
在应用领域和产品系列扩展方面有哪些发展亮点？例如，通过输出功率更高的 ELM 伺服电机端子模块。
Michael Jost：现在，紧凑型驱动技术与大型驱动技术（AX8000/AX5000 伺服驱动器）在性能上几乎无缝衔接。在集成制动斩波器功能和安全运动方面，目前的功能设置非常一致。这就为用户提供了便利，因为他们可以完全根据功率要求进行选择，而且无论电源电压是 48 V DC 还是 400 V AC，可实现的功能几乎完全相同。因此，紧凑型驱动技术目前在我们的运动控制产品系列中发挥着重要作用。
EtherCAT I/O 的未来发展情景如何？无论是在新的端子模块产品方面，还是在 EtherCAT 系统总线方面，目前都有哪些进展？
Michael Jost：我们的目标是支持市面上的全部信号类型，在所有领域都保持竞争力，并始终坚持“自动化新技术”理念，不断提高基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术的性能。例如，在模拟量领域，我们正在开发几款功能更强、价格更优的产品。此外，我们还将继续在其它设计中采用成熟的 EtherCAT 端子模块，以优化设备上的布线。我们将在今后的展会上公布详细信息。
