日趨激烈的國際競爭，要求設備或機器制造商交付儀器時要擁有更大的吞吐率，同時要有更小的運行成本。不斷增加的成本和環(huán)境意識的增強，也要求工程師的設計具有更小的能源消耗。正因為如此，設備制造商不再設計僅僅針對單一目標的設備，而是通過采用現(xiàn)代控制系統(tǒng)和邏輯算法，在機械結構中融入高端電子和通信技術，著力創(chuàng)造更靈活有效的多用途設備。
 

圖1. 使用機械零件的傳統(tǒng)應用

圖2. 如今的方法使用多個同步軸

在一個典型系統(tǒng)中，運動控制器負擔著日益復雜的要求。通過處理多軸同步，這些控制器可以提供齒輪和凸輪功能，以及諸如限位開關、驅動器使能和急停等安全功能。除此之外，該運動控制器還需要提供傳統(tǒng)的功能并以最佳的性能和效率運行控制算法。

傳統(tǒng)的運動控制應用使用一個專門的獨立運動控制器來處理更大的控制復雜性。當代自動控制器性能的提升，如可編程的自動化控制器或可編程的邏輯控制器，推動了將運動控制器的功能直接整合到自動化控制器這樣一種趨勢，并將其視作一個優(yōu)先級高于其它自動化任務的方式來運行。

20世紀80年代初以來，自動化系統(tǒng)是基于數(shù)字總線來執(zhí)行諸如傳輸過程數(shù)據(jù)和執(zhí)行工業(yè)通信任務的。相對于模擬總線，它們更可靠，功能更強大，特別是對于遠距離通信來說更是如此。此外，數(shù)字網(wǎng)絡簡化了布線，因為它們允許以串行方式連接多個單元，而不是單獨連接每個元素。這樣的系統(tǒng)在布線方面更加便宜，更容易維護。

出于對性能的需要，許多年來運動控制行業(yè)都采用另一個方法，即通過模擬總線或專用運動控制總線來連接驅動器。這個額外的通信策略提高了整個系統(tǒng)的復雜性。隨著數(shù)字驅動器的趨勢日趨明顯和高性能數(shù)字總線的出現(xiàn)，現(xiàn)在可以在運動控制和數(shù)據(jù)處理當中使用同一個總線，來簡化系統(tǒng)架構。同時，通過EtherCAT, CANopen, PROFIBUS, Ethernet POWERLINK, 或 SERCOS等數(shù)字總線，可以獲得顯著的性能提升。

特別是在執(zhí)行分布式多軸運動控制的應用中，數(shù)字總線有很大的優(yōu)勢。它們可以提供更高的靈活性，并允許使用分布到驅動器層次的處理能力和決策能力來開發(fā)系統(tǒng)。使用同一個標準，用戶就可以簡單地將不同的供應商的系統(tǒng)整合起來，為他們的特定應用選擇最佳的方案。

通過使用經(jīng)由數(shù)字總線進行通信的數(shù)字驅動器，供應商和制造商不僅可以使用交換控制相關的數(shù)據(jù)，而且可以傳輸狀態(tài)信息或安裝參數(shù)來創(chuàng)建驅動器。自動化用戶所關心的一個主要問題就是，對于通用的自動化應用和特定的運動控制應用來說，哪個才是正確的協(xié)議。

最常見的基于以太網(wǎng)的協(xié)議：

EtherCAT

SERCOS II/III

CANopen

Modbus IDA

PROFINET

PROFIBUS

EtherNet/IP

Ethernet POWERLINK

由于存在很多不同的總線標準和協(xié)議，客戶需要確保他們想使用的零部件可以提供正確的接口。這意味著制造商常常不得不為自己的零部件開發(fā)幾個不同的版本。這增加了開發(fā)成本，而且要同時滿足多個標準化組織的要求。NaTIonal Instruments等公司努力提供開放式的系統(tǒng)，與各種總線標準和協(xié)議進行交互。

在對所有主要工業(yè)協(xié)議提供支持，并對所有標準工業(yè)網(wǎng)絡提供互聯(lián)的同時，NaTIonal Instruments選擇EtherCAT作為針對運動控制應用的主要通信協(xié)議。

EtherCAT（以太網(wǎng)控制自動化技術）是一種高性能、用于確定性以太網(wǎng)的工業(yè)通信協(xié)議。它使用可預測的時序和精確的同步數(shù)據(jù)擴展了IEEE 802.3以太網(wǎng)標準傳輸協(xié)議。在EtherCAT技術組的管理下，這個開放性標準已作為IEC 61158的一部分被公布，并通常用在諸如機械設計與運動控制等應用中。

EtherCAT通過標準的以太網(wǎng)連接實現(xiàn)主/從架構。NaTIonal Instruments的EtherCAT主控器包括雙以太網(wǎng)端口實時控制器，如NI CompactRIO，PXI和工業(yè)控制器等。每個NI從設備也包含兩個端口，允許從主控制器以菊花鏈的方式進行連接。