在征服了办公自动化领域之后，以太网和 TCP/IP 现在正在推动从集中式控制系统向分布式控制系统的转变，承诺自动化和企业金字塔内的无缝通信。满足工厂车间的条件需要适应，特别是对于实时行为的要求。HTTP 和 FTP 等非确定性通信协议提供了一个有用的开端，但事实证明，创建满足工业要求的其他以太网友好应用协议是必要的。

OSI 参考模型

OSI 参考模型示意性地描述和标准化网络架构中设备之间的通信。通信所需的功能细分为七个功能层。每个相应的较低层通过定义良好的接口向上面的层提供其服务。

在用户数据（应用程序）可以通过以太网介质发送之前，它必须通过协议栈从上层到下层向下传递，终嵌入到特定下层的帧中（封装）。数据包通过低（物理介质）层发送后，它包含的数据向上通过接收设备的所有更高层，直到到达应用层。整个过程需要在每一层内部进行逻辑交互来完成网络连接。



传输数据的解释与用户相关，并在应用程序协议中指定（第5-7 层）。在办公世界中，可以使用被称为 IT 标准的广泛应用协议，例如 FTP、HTTP 等。彼此不兼容的协议的工业通信使用这些层。这些自动化协议可以以不同的方式实现。自动化协议可以直接安装在 OSI 参考模型的第 4 层（Modbus/TCP、EtherNet/IP 和 CIPsync、JetSync）上，或者另外，第 3 层和第 4 层将被替换和扩展（ETHERNET Powerlink、PROFInet、SERCOS）。

 

EtherCAT（用于控制自动化技术的以太网）是由德国 Beckhoff 公司开发的基于以太网的自动化概念。在这项技术中，以太网数据包不再被接收，然后被解释并复制为网络内每个模块的过程数据。相反，以太网帧是动态处理的：对于网络中的每个模块，读取寻址到该模块的数据，同时将电报转发到下一个模块。类似地，在电报通过时插入输入数据。电报仅延迟几纳秒，从而提高了系统的实时性能。网段中的后一个模块将帧发回以创建逻辑和物理环结构。所有传输的数据都包含完全兼容的以太网帧；

实时以太网帧通过内部优先系统优先于其他数据（例如配置或诊断等所需的数据）。如果有足够的时间或通过使用特定的服务通道，配置数据将在时间间隙中传输。操作系统的完全维护的以太网功能实现了与传统 IP 协议的兼容性。基于 IEEE 1588 的同步机制实现了能够支持 EtherCAT 下的运动控制应用的性能。

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The interpretation of transferred data is user related and specified in application protocols (Layers 5-7). In the office world a wide range of application protocols, known as IT standards, are available, e.g. FTP, HTTP, etc. Industrial communication with protocols incompatible to each other use these layers. These automation protocols can be realised in different ways. Either the automation protocol is directly mounted on Layer 4 of the OSI reference model (Modbus/TCP, EtherNet/IP and CIPsync, JetSync) or, additionally, Layer 3 and 4 will be replaced and extended (ETHERNET Powerlink, PROFInet, SERCOS).

EtherCAT

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) is an Ethernet-based automation concept developed by the German company Beckhoff. In this technology the Ethernet packet is no longer received, then interpreted and copied as process data at each module within the network. Instead, the Ethernet frame is processed on the fly: For each module within the network, data addressed to that module is read, while the telegram is forwarded on to the next module. Similarly, input data is inserted while the telegram passes through. The telegrams are only delayed by a few nanoseconds so increasing performance of the system towards real-time behaviour. The last module within the network segment sends the frame back to create a logical and physical ring structure. All transferred data comprises fully compatible Ethernet frames; each module converts these Ethernet frames to what is effectively an internal fieldbus.

The real-time Ethernet frames have priority over other data (such as those required for configuration or diagnosis, etc) via an internal prioritisation system. Configuration data is transmitted in the time gaps if sufficient time is available or by using a specific service channel. Fully maintained Ethernet functionality of the operating system achieves compatibility with conventional IP protocols. Synchronisation mechanisms based on IEEE 1588 achieve performance capable of supporting motion control applications under EtherCAT.