Ethercat-Segmente echtzeitfähig mit einer Steuerung ansprechen

Dr. Guido Beckmann, Beckhoff Automation

Ethercat-Segmente echtzeitfähig steuern

Ethercat-Segmente
Dr. Guido Beckmann, Technology Marketing, Beckhoff Automation, Verl Bild: Beckhoff
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Die industrielle Kommunikation in der Automatisierung erfordert Standards und offene Schnittstellen wie OPC UA und TSN. Viele Branchenexperten sehen die Kombination OPC UA TSN als das kommende Kommunikationsprotokoll für Industrie 4.0. Während der letzten Fachmessen wurden erste Geräte für diese Technologie vorgestellt und seit einiger Zeit finden regelmäßig Interoperabilitäts-Workshops statt, die die Konformität sicherstellen sollen. Dr. Guido Beckmann, Technology Marketing, Beckhoff Automation in Verl, erläutert, welche technischen Möglichkeiten hinter den Technologien stecken, aber auch, warum zurzeit damit der Echtzeit-Feldbus nicht ersetzt werden kann.

Die Fragen stellte Andreas Gees, stv. Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Worin liegt die Bedeutung von TSN für die Automatisierung, ist TSN beispielsweise mit OPC UA eine Alternative zu Echtzeit-Feldbussen und -Protokollen bis in die Feldebene oder nur eine Echtzeit-Erweiterung bestehender industrieller Ethernet-Kommunikationslösungen?

Dr. Guido Beckmann (Beckhoff): Mit den richtigen Werkzeugen aus dem TSN-Werkzeugkasten eignet sich die Technologie, um in einem heterogenen Ethernet-Netzwerk Datenströme (Streams) zu definieren und diese echtzeitfähig und priorisiert durch das Netzwerk zu transportieren. Dies minimiert Verzögerungszeiten und gewährleistet eine Synchronisierung der Teilnehmer – es ersetzt aber keinesfalls den Echtzeitfeldbus. Feldbusse, wie Ethercat, sind optimiert auf eine einfache Handhabung und Inbetriebnahme; die Diagnose der Teilnehmer im laufenden Betrieb ist auf eine schnelle Fehlerbehebung ausgelegt. Die Kommunikation zwischen Steuerungen erfolgt jedoch bereits heute über Standard-Ethernet-Netzwerke. Durch TSN wird diese Kommunikation deterministisch und das wirkt sich positiv aus. Für Beckhoff ergibt sich zusätzlich durch die TSN-Technologie auch die Möglichkeit, mehrere Ethercat-Segmente echtzeitfähig über Ethernet-Netze hinweg mit einer Steuerung anzusprechen. So kann das breite Spektrum an Ethercat-Geräten direkt – ohne Änderung in den Geräten – an die heterogene TSN-Welt angebunden werden.

elektro AUTOMATION: Erste Interoperabilitäts-Workshops haben stattgefunden. Als TSN-Ready-gekennzeichnete Managed Switche sowie TSN-ertüchtigte PC-Erweiterungskarten sind verfügbar. Doch wieweit ist die Standardisierung der einzelnen Teile für Hard- und Software (ASbt, Qbu, Qbv, etc.) vorangeschritten. Ist die Entwicklung von Lösungen auf dieser Basis schon heute möglich bzw. wann ist die Technologie in Seriengeräten verschiedener Hersteller für den Industrie-Einsatz verfügbar?

Beckmann: In der Standardisierung von TSN ist noch vieles in Bewegung. Einige für die Anbindung von Automatisierungskomponenten wichtige Standards sind aber bereits von der IEEE freigegeben und können somit in den Infrastruktur- und Endgeräten implementiert werden. Hierzu zählen beispielsweise der IEEE802.1Qbv-Standard zur Verbesserung des Weiterleitungsprozesses durch einen vorgeplanten und zeitgesteuerten Datentransfer (Time Aware Shaping). Und auch der Standard IEEE802.1AS-REV ist bereits in der Abstimmung innerhalb der IEEE – dieser definiert ein Protokoll zur Synchronisierung von zeitsensitiven Applikationen. Beckhoff ergänzt mit dem EK1000 sein Ethercat-I/O-System um einen Buskoppler, der die Anbindung von Ethercat-Segmenten über ein Ethernet-Netzwerk an eine abgesetzte Steuerung unterstützt. Die Implementierung der genannten TSN-Technologien (Qbv, AS-REV) stellt hierfür die Grundlage für einen deterministischen Datenaustausch zwischen der Steuerung und dem Segment bereit. Der Ethercat-TSN-Koppler, als erster Teilnehmer in einem Segment platziert, verfügt über zwei Ethernet-Schnittstellen. Einer dieser 100-Mbit/s-Port verbindet den Koppler mit dem Ethernet- bzw. TSN-Netzwerk. Den zweiten Port kann man optional für die Erweiterung zusätzlicher, abgesetzter Ethercat-Teilnehmer verwenden. Der EK1000 übernimmt dabei die Weiterleitung des Telegramms vom TSN- an den Ethercat-Port mit minimaler Durchlaufverzögerung.

elektro AUTOMATION: Die Nutzung von TSN mit Profinet/Profisafe, Sercos, Powerlink, OPC UA, etc. setzt evtl. auch Engineering-Funktionalitäten bzw. Entwicklungstools voraus. Welche Unterstützung benötigt der Industrie-Anwender dafür zukünftig?

Beckmann: Die Konfiguration von TSN-Netzwerken ist die noch größte Unbekannte. In einem Interoperabilitäts-Workshop die verfügbaren Geräte verschiedener Hersteller so zu konfigurieren, dass sie in gewünschter Weise miteinander funktionieren, ist eine Sache. Eine generische Konfigurations-Schnittstelle sowie protokollunabhängige Optimierungsalgorithmen für die Datenströme in einem heterogenen TSN-Netzwerk zu standardisieren, ist dagegen eine weit größere, noch offene Herausforderung. Feldbus-Protokolle wie Ethercat ermöglichen heute eine einfache und automatische Konfiguration des Netzwerkes. Dies wird eine Messlatte für eine zukünftige TSN-Konfigurationsumgebung sein – herstellerunabhängig und über heterogene Protokolle hinweg.

www.beckhoff.de

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