EtherCAT 实时总线：原理、与 Modbus/PROFINET/PROFIBUS 的区别、伺服应用与产品对比

一文看懂：on‑the‑fly（边转发边处理）与分布式时钟（DC）如何带来超低周期/抖动；与 Modbus/PROFINET/PROFIBUS 的定位差异；为什么在伺服/多轴中成为主流之一；以及代表性产品矩阵与选型建议。

目录

1. 1. EtherCAT 是什么
2. 2. 工作原理（on‑the‑fly + 分布式时钟）
3. 3. 与 Modbus / PROFINET / PROFIBUS 的区别
4. 4. 为什么在伺服控制里很火
5. 5. 发展趋势
6. 6. 支持 EtherCAT 的代表性产品（矩阵）
7. 7. 快速选型建议
8. 8. FAQ

1）EtherCAT 是什么

EtherCAT 是基于以太网的实时现场总线，强调极短周期与高同步性，适合多轴运动与高速 I/O。由 Beckhoff 提出并由 ETG（EtherCAT Technology Group）维护，已纳入 IEC 标准族。

2）工作原理（on‑the‑fly + 分布式时钟）

MasterSlave #1Slave #2Slave #3一帧穿行：每个从站“边转发边读/写”自己的过程数据

3）与 Modbus / PROFINET / PROFIBUS 的区别

对比项	EtherCAT	PROFINET（RT/IRT）	PROFIBUS DP	Modbus（RTU/TCP）
物理/拓扑	100M 双绞/光纤；线/树/星/环，无需交换机	标准以太网；RT 常规交换；IRT 需专用交换/时间片	RS‑485/MBP，总线型；过程/离散存量大	串口或以太网，星/总线
实时性/同步	on‑the‑fly + DC，同步好、周期可到亚毫秒	IRT 在严格工程下可达几十微秒级周期/低抖动	ms 级确定性	无硬实时，适合非运动/低速数据
典型应用	多轴伺服、同步运动、分布式 I/O	通用离散/过程，西门子生态紧密	传统现场总线、改造存量	读表/仪表/简单 I/O、网关
工程与成本	从站需 ESC；但无需工业交换机，布线灵活	网络设备/工程约束较多（尤其 IRT）	接口便宜、带宽有限	最经济、功能最少

4）为什么在伺服控制里很火

• 多轴同步/插补：基于CiA‑402同步模式（CSP/CSV/CST）与 CoE 轮廓，配合 DC 获得低抖动。
• 总线安全：FSoE支持 STO/SS1/SLS 等安全功能与过程数据共网，减少布线。
• 工程友好：线/树/环灵活，主站用标准网口即可，扩展方便。

5）发展趋势

• 更高带宽：EtherCAT G/G10 面向 1G/10G，并与现有 100M 从站共存（分支/段概念）。
• 供电一体：EtherCAT P 将通信与 24V 供电合并，适合末端模块。
• 安全与互操作：FSoE 生态扩展、测试规范完善；与 OPC UA/TSN 等上层互联并行发展。

6）支持 EtherCAT 的代表性产品（矩阵）

6.1 伺服驱动/电机（从站，CiA‑402）

品牌/系列	要点	安全/功能
Omron 1S（ECT 版）	内置 EtherCAT；电子凸轮；多圈绝对值；与 Sysmac 配套	STO/SS1/SLS（视型号）
Yaskawa Sigma‑7（EtherCAT）	单/双轴放大器，响应高，集成度好	STO/SS1 等（选件）
Panasonic MINAS A6（EtherCAT 版）	频率响应高，多规格电机匹配	STO/SS1 等（视型号）
Delta ASDA‑A3‑E	EtherCAT 从站，定位/插补丰富	STO/SS1（选件）
Kollmorgen AKD / AKD2G	多总线可选，EtherCAT 互通性好	STO/SS1/SLS（配置）
Beckhoff AX8000	紧凑多轴、TwinSAFE 集成	FSoE 原生

6.2 主站/控制器（Master）

平台	要点
Beckhoff IPC/CX + TwinCAT	PC‑based 控制，运动/CNC/测量一体；主站成熟
Omron NJ/NX/NX1P2	控制器内置 EtherCAT 端口，运动/安全/视觉一体
Bosch Rexroth ctrlX CORE	通过应用启用 EtherCAT Master，生态开放
Codesys 生态（选型不同）	多家控制器提供 EtherCAT Master 运行时

6.3 远程 I/O / 末端模块

系列	形态	要点
Beckhoff EtherCAT Terminals/Box	IP20/ IP67	模块非常齐全（运动/测量/安全）
Omron NX I/O（EtherCAT 耦合）	机架式	与 Sysmac 配套，通道密度高
WAGO / ifm / Weidmüller 等	块式/分布式	常见 AI/AO/DI/DO、温度、称重等

注：以上为工程选型“参考清单”，具体规格、固件与兼容性以各品牌最新官方资料为准。

7）快速选型建议

1. 目标应用：多轴同步/插补优先考虑 EtherCAT 或 PROFINET IRT；一般 I/O/过程数据可用 PROFINET RT/Modbus。
2. 生态匹配：已有平台/经验优先（TwinCAT、Sysmac、ctrlX 等），减少工程不确定性。
3. 安全需求：需要 STO/SS1/SLS 等→确认驱动侧与总线安全（FSoE/PROFIsafe/CIP Safety）支持。
4. 拓扑与规模：大量从站/线‑树‑环混合拓扑→EtherCAT 更省交换机、更易扩展。
5. 维护与诊断：关注从站诊断、分布式时钟状态、线缆与环网冗余策略。

8）FAQ

• EtherCAT vs PROFINET IRT：两者都能实现高实时。EtherCAT 借助从站硬件 on‑the‑fly 与 DC 简化网络设备；IRT 依赖时间片与特定交换/工程约束，适合深度西门子生态。
• 与 TSN 关系：TSN 更像“以太网确定性基础设施”；EtherCAT 作为工业应用层/链路方案，与 TSN/OPC UA FX 等在不同层面并行发展。
• 能与旧系统共存吗？可通过网关/桥接与 Modbus/PROFIBUS/PROFINET RT 等对接；注意实时域边界与缓冲。