EC-Monitor：用于监控（嗅探）EtherCAT®网络的软件库

概述

通过EC-Monitor软件库可分析与评估EtherCAT网络的数据流量。该库记录EtherCAT帧并将解码后的数据提供给客户应用程序。除过程数据（输入与输出）外，还会从EtherCAT帧中提取从站状态、从站错误计数器等数据。

该库可独立于主站控制器使用，兼容多家厂商的EtherCAT主站（Beckhoff、Omron、Bosch-Rexroth、Lenze、ACS Motion Control、acontis等）。EC-Inspector通过在主站后方插入的TAP（测试接入点）设备，分析主站与EtherCAT从站之间的完整数据流量。TAP设备可同时记录并评估出站帧（主站→从站）与入站帧（主站←从站）。

基于网络配置文件（ENI）的EtherCAT协议分析与解码

记录的EtherCAT帧基于EtherCAT网络信息（ENI）文件进行解码。该文件包含过程映像定义、含数据类型的全部变量，以及周期帧结构。ENI文件属于EtherCAT规范ETG.2100的一部分，可由任意EtherCAT配置软件生成。通常EtherCAT主站本身也需要ENI文件，因此无需额外工程配置。

系统架构

需在现有EtherCAT网络中插入测试接入点（TAP）以捕获EtherCAT帧。建议将TAP部署在主站与首个从站之间，亦可安装于任意两个从站设备之间。但仅当TAP紧接主站安装时，才能完整分析所有输入与输出数据，因为部分数据（LRW命令）会被下游从站的后续输入数据覆盖。所选TAP设备（例如Dualcomm ETAP-1000）应具有较小的传播延迟，以避免干扰整体网络时序。

使用EC-Monitor库时，无需对网络、控制器、EtherCAT主站软件或配置进行任何修改。因此，EC-Monitor既适用于新建系统（绿地项目），也兼容现有系统与设备（棕地项目）。

软件架构

EC-Monitor库可直接在Windows、Linux、QNX等操作系统上运行，无需修改。网络控制器通过acontis提供的专用驱动（链路层）连接。针对多种以太网控制器，已开发特定高性能链路层。

EC-Monitor完整处理ENI文件，并据此解析从站数量、过程映像结构、变量名称及偏移量等参数。基于这些数据，应用程序可动态适配不同网络配置。

编程接口与示例代码

C / C++ API

EC-Monitor 的 API 与 EC-Master 的 API 非常相似，便于快速上手并复用已有的软件模块。所有访问 EtherCAT 数据的相关步骤均在附带的 “EC-Monitor Demo” 示例中展示。

MQTT

MQTT 是一种广泛使用的工业物联网（IIoT）协议，支持便捷且安全的数据传输，兼容多种监控工具和数据汇聚设备。该协议具有良好的网络安全性，所有通信均通过预定义的 MQTT Broker 安全路由，并可加密传输。此外，EC-Monitor 的架构结合 TAP 技术，确保 EtherCAT 网络免受未经授权的访问。

通过内置的 EcMonitorDemoMqtt 示例，EC-Monitor 可将所有 EtherCAT 变量（过程数据）以不同的 Topic 发布，使这些实时数据能够直接复用于支持 MQTT 的各类软件系统。为实现详细的 EtherCAT 诊断，EcMonitorDemoMqtt 在消息中包含 EtherCAT 时间戳，可用于分析网络的时序行为。为降低 TCP/IP 负载，消息将根据预定义的周期更新时间或数据变更事件进行发布。

EcMonitorDemoMqtt 提供源代码，可根据具体应用需求灵活修改，例如移除时间戳或添加过滤功能。

用例

用例：诊断工具

EC-Monitor库为定制化EtherCAT诊断软件提供数据支持。除显示拓扑与过程数据外，该工具还可定位通信故障。假设EtherCAT主站软件定期检查从站错误计数器寄存器，EC-Monitor可解码此数据并供应用程序进一步处理。例如：通过从站及端口特定的错误计数器（劣质线缆或插头故障）确定错误位置与原因，并以图形化界面显示结果。acontis EC-Inspector即为该类型工具的典型示例。

应用场景：IIoT 网关 /（嵌入式）边缘设备

EC-Monitor 的一个典型应用场景是对 EtherCAT 控制网络进行持续、独立于控制器的监控。这使得真正的预测性维护成为可能——所有关键过程数据均可被监测、分析和追踪，一旦出现异常数据或网络错误，即可触发告警。

EC-Monitor 支持多种监控方式：

在线监控：通过将相关数据实时转发至监控服务器，服务器可直接处理数据或存储以供后续使用。 EC-Monitor 与服务器之间的连接可通过 EcMonitorDemoMqtt 使用 MQTT 协议建立，也可集成其他协议作为客户应用的一部分。
离线监控：EC-Monitor 可将所有过程变量直接记录至存储设备（如 CSV 文件），适用于无法连接远程网络的场景。

EC-Monitor库的关键特性是过程数据的无损记录，这是实现质量保障（状态监测）或预测性维护应用的前提条件。记录的数据可通过适当算法处理（如在PC或嵌入式设备中），处理后信息可转发至中央服务器或云端。制造过程的监控是实现产品全生命周期可追溯性的必要条件。

用例：通过“监督”系统监控关键应用

EC-Monitor库支持实时完整检测EtherCAT网络的全部过程数据。对于安全关键型应用，这些数据可由另一系统上的应用程序进行验证。该监控系统因此可控制主应用程序，并在故障发生时采取适当措施关闭主站控制器。

特性

EtherCAT协议分析与解码
基于EtherCAT网络信息（ENI）文件
过程数据变量监控
从站状态监控
从站错误计数器监控（ESC寄存器0x300至0x313）
处理已捕获的原始网络流量（Wireshark文件）
将原始网络流量保存为PCAP（Wireshark）文件

优势

无需与现有主站控制器集成
兼容新建（绿地）与现有（棕地）系统
无需专用TAP，常规交换机设备亦可使用
对现有应用无影响（如时序、负载）
无需修改现有软件
极小工程投入：直接使用现有ENI文件
同一软件可分析不同厂商（Beckhoff、Bosch-Rexroth、Omron、Yaskawa等）控制器运行的设备