Echtzeit Ethernet in der Automatisierungstechnik

Ethernet ist weltweit die führende Technologie zum Betrieb lokaler Netzwerke. Entwickelt 1973 und seit 1980 von Arbeitsgruppen der IEEE technisch weiterentwickelt und die Weiterentwicklung in den IEEE 802.x Standards festgeschrieben. Das normale Übertragungsmedium ist eine Kupferleitung mit zwei verdrillten Doppeladern. Dies dient dazu gleichzeitig senden und empfangen zu können. Die Verkabelung erfolgt dabei sternförmung unter Verwendung eines Switch. Im Laufe der Zeit führte die Entwicklung zu immer schnelleren Übertragungsraten. Angefangen bei 10 MBit/s (klassisch) über 100 MBit/s (Fast Ethernet) und1000 MBit/s (GBit-Ethernet) bis zu 10 GBit/s. Vor allem in Verbindung mit dem Protokoll TCP/IP ist Ethernet heute defacto „Allgemeingut“ mit entsprechend geringen Kosten für die Hardware (PC Karte, Ethernet Kabel usw)

Vertikale Integration der Automatisierungstechnik

Im Bereich der Automatierungstechnik verzeichnet sich ein Trend, vorhandene Feldbusse durch echtzeitfähige Ethernets zu ergänzen oder gleich ganz zu ersetzen. Erklärtes Ziel hierbei ist, ein einziges Netzwerk zu schaffen. Angefangen von Rechnern auf der im Bürobereich angesiedelten Leitebene bis hinunter zu Feldgeräten in der industriellen Fertigung. Das große Problem hierbei ist allerdings, dass das gängige Ethernet, aufgrund hoher Zykluszeiten, nicht den Anforderungen industrieller Echtzeit genügen. Um Ethernet echtzeitfähig zu machen sind Modifikationen in den OSI-Schichten 5-6 (TCP/IP),  oberhalb der OSI Schicht 2 (Datensicherungsschicht) oder der OSI Schicht 1-2 (die Ethernet-Schicht selbst) notwending. Grundsätzlich gilt hierbei, dass je niedriger die Schicht ist, an der die Modikfiationen angesetzt werden, desto eher lassen sich konstante, niedrige Datenraten erreichen.

Dennoch setzen einige Hersteller in der Automatisierungstechnik auch bei der Anschaltung von dezentraler I/O-Baugruppen auf Standard Ethernet TCP / IP, wenn z.B. Busklemmensysteme mit Ethernet Controller bzw Ethernet Koppler eingesetzt werden. Hierbei wird aber in Kauf genommen, dass solche Systeme keine Reaktionszeiten erreichen, wie ein spezielles Real-Time-Ethernet.

Umsetzungen von Echtzeit Ethernet

Zu den bekanntesten Umsetzung von Echtzeit Ethernet gehören z.B. Profinet, EtherCat oder SERCOS III. Mit diesen von unterschiedlichen Firmen und Institutionen entwickelten Standards sind bereits Buszykluszeit von 100 µs zu erreichen.

About Andreas Rabe

IT Spezialist, Blogger und Hesse. > Ich habe keine Lösung, aber ich bewundere das Problem. Wenn bereits der Ansatz falsch ist, so führt strenge Logik unweigerlich zum falschen Ergebnis. Nur Unlogik gibt Dir jetzt noch die Chance, wenigstens zufällig richtig zu liegen.
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