Modbus为何会被EtherCAT渐渐替代？
01 引言在上一篇文章中，我们提及到ModBusTCP属于低实时性总线，EtherCAT总线属于高实时性总线。Modbus协议在早期工业自动化领域中被非常广泛利用。然而，随着技术的发展，EtherCAT协议渐渐代替了Modbus协议，成为了许多应用场景的首选。本文将详细解说Modbus协议为何会被EtherCAT代替，以及被代替的应用场景有哪些。
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02 根本概念
首先，我们须要了解Modbus协议和EtherCAT协议的根本概念。
Modbus协议是一种串行通信协议，最早由Modicon公司（现在的施耐德）于1979年发布。它是一种简单的、易于实现的协议，重要用于连接工业电子设备。Modbus协议基于请求/相应模型，主设备发送请求，从设备返反相应。即一个主设备与多个从设备进行通信。Modbus协议支持多种通信方式，如RS-232、RS-485、TCP/IP等。
Modbus协议有两种传输模式：RTU（长途终端单位）和TCP（传输控制协议）。Modbus RTU重要用于串行通信，而Modbus TCP则用于以太网通信。重要用于连接工业设备，如PLC、控制器、传感器等。它利用主从通信模式Modbus协议的优点是简单易用，但缺点是通信速率较慢，实时性较差。
EtherCAT协议是一种实时以太网协议，由德国的Beckhoff Automation公司于2003年开发。EtherCAT协议基于主从架构，主设备发送数据帧，从设备处置惩罚数据帧并返反相应。EtherCAT协议具有高速、实时性强、精确同步等特点，适用于对实时性要求较高的应用场景。
03 MODBUS被EtherCAT代替的原因
那么，为什么EtherCAT协议会代替MODBUS协议呢？这重要是由于以下几个原因：
1. 速率和性能
EtherCAT协议的通信速率远高于Modbus协议。EtherCAT协议可以支持100Mbps乃至10Gbps的通信速率，而Modbus协议的通信速率通常只有几十kbps到几百kbps。EtherCAT协议支持更高的数据吞吐量，可以同时处置惩罚更多的I/O数据。因此，对于须要高速通信的应用场景，EtherCAT协议更具上风。
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2. 实时性和确定性
EtherCAT协议具有实时性和确定性的特点，可以满足对实时性要求较高的应用场景。而Modbus协议的实时性较差，无法满足这些场景的需求。例如，在运动控制、机器人等领域，对实时性的要求非常高，EtherCAT协议可以提供更好的解决方案。
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EtherCAT分布式时钟纳秒级同步精度
3. 网络拓扑和可拓展性
EtherCAT协议支持更灵活的网络拓扑。EtherCAT协议接纳菊花链式拓扑结构，可以实现多主机和多从机之间的高速通信，而Modbus协议通常只支持点对点的通信方式。因此，对于须要复杂网络拓扑的应用场景，EtherCAT协议更具上风。
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EtherCAT支持多种拓扑结构，如总线型、星型、树型和环型等
4. 兼容性和互操作性
EtherCAT协议是基于标准的以太网技术，可以与现有的以太网设备兼容。而Modbus协议须要特定的硬件和软件支持，兼容性较差。别的，EtherCAT协议具有更好的互操作性，可以与其他实时以太网协议共存，方便系统集成和扩展。
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5.安全性
Modbus协议自己没有加密和认证机制，非常容易受到黑客攻击和数据窜改，安全性漏洞很大。EtherCAT协议的安全性解决方案基于Safety over EtherCAT协议，该协议通过德国技术检验协会(TÜV)的评估，并被认证为符合IEC 61508 SIL 3标准的用于在Safety over EtherCAT设备之间传输过程数据的协议。
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6. 诊断和维护
Modbus协议的诊断和维护相对困难，因为它是基于请求-相应机制的，须要逐个设备进行通信和故障排除。而EtherCAT协议提供了丰富的诊断和维护功能，可以通过主站对整个网络进行监控和故障排除。因此，在须要高效诊断和维护的应用场景中，EtherCAT协议更适合代替Modbus协议。
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EtherCAT支持断点检测、精确定位传输错误、一代逻辑诊断域
7. 本钱和易用性
MODBUS协议的设备本钱相对较低，但是它须要较多的通信线路和设备，增长了布线和维护的本钱。虽然EtherCAT协议的性能优于Modbus协议，但其本钱并不一定高于Modbus协议。随着EtherCAT技术的遍及，国产ESC芯片的大量投产，现在国产EtherCAT的ESC芯片价格也非常亲民。随着支持EtherCAT应用设备的厂商越来越多，EtherCAT协议的易用性也得到了进步，许多厂商提供了丰富的技术支持和文档，方便用户快速上手。
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ET1100、ET1200芯片的国产替代私信保举
04 EtherCAT代替Modbus的应用场景
那么，被EtherCAT代替的Modbus应用场景有哪些呢？以下是一些典型的例子：
1. 高速生产线
在高速生产线中，设备之间的通信速率和实时性要求非常高。在这种环境下，Modbus协议无法满足需求，而EtherCAT协议则可以提供高速、实时的通信服务。
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半导体行业接纳EtherCAT总线的生产过程
2. 运动控制
在运动控制领域，对实时性和精确性的要求非常高。EtherCAT协议可以提供更短的循环时间和更高的数据吞吐量，满足运动控制的需求。因此，许多运动控制器和伺服驱动器接纳支持EtherCAT协议，代替了传统的Modbus协议。
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3. 机器人
在机器人领域，对实时性和同步性的要求非常高。EtherCAT协议可以实现高精度的同步控制，满足机器人的需求。因此，许多机器人制造商开始接纳EtherCAT协议，代替了传统的Modbus协议。
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4. 工业自动化系统
在大型工业自动化系统中，对网络拓扑和可扩展性的要求较高。EtherCAT协议支持多种网络拓扑，可以方便地扩展系统规模。因此，许多工业自动化系统开始接纳EtherCAT协议，代替了传统的Modbus协议。
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5. 数据收罗和监控
在数据收罗和监控领域，对实时性和数据吞吐量的要求较高。EtherCAT协议可以提供更快的数据收罗速率和更高的数据吞吐量，满足这些需求。因此，许多数据收罗和监控系统开始接纳EtherCAT协议，代替了传统的Modbus协议。比如磁悬浮的数据传输和高效的视觉检测的数据传输
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05 总结
在工业通信领域，Modbus协议凭借其悠久的汗青和广泛的应用，不停占据着告急的职位。然而，随着工业4.0和智能制造的兴起，对通信协议的性能要求也在不停进步。EtherCAT协议以其精彩的实时性、速率、网络拓扑和兼容性，渐渐在许多场景中代替了Modbus协议，成为首选。尽管云云，Modbus协议仍然在简单的设备控制和数据收罗等特定应用中发挥着告急作用。将来，我们有理由信赖，EtherCAT协议将在更多领域取得突破，推动工业自动化向更高程度发展。
在此，我们向Modbus协议致敬，感谢其为工业通信所做的长期贡献。
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