»Die Anwendung bestimmt das Bussystem«

EtherCAT als der Messtechnik-Bus der Zukunft? Für Rahman Jamal von National Instruments gibt es den idealen Messtechnikbus nicht. Im Interview erläutert er, welche Rolle welche Art von Busssystem in der Messtechnik jetzt und in Zukunft spielt.

Bestimmte Messtechnik-Hersteller, etwa imc Messsysteme und dessen Distributor Additive, betrachten das aus der industriellen Automatisierung stammende Echtzeit-Ethernet-System EtherCAT als den Messtechnik-Bus der Zukunft schlechthin. National Instruments dagegen sieht die Bedeutung von EtherCAT für die Messtechnik in einem Gesamtkontext.

Seit Herbst 2008 hat das Unternehmen zwar EtherCAT-gestützte dezentrale Erweiterungsmodule im Programm, betrachtet aber EtherCAT eher als Ergänzung zu den in der Messtechnik üblichen Backplane- und Peripheriebussen.

Markt&Technik: Welche Arten von Bussystemen sind für die Messtechnik nötig?

Rahman Jamal: Immer mehr wird die Messtechnik zum integralen Bestandteil interdisziplinärer Applikationen, angefangen bei Design und Simulation über die Entwicklung und Validierung des Produkts bis hin zum Gerätetest in der Serienfertigung. Daraus resultieren hohe Anforderungen in punkto Offenheit, Integrierbarkeit und Skalierbarkeit. Um eine optimale Kommunikationsfähigkeit sicherzustellen, müssen abhängig von der Anwendung unterschiedliche Bustechniken unterstützt werden.

Die maßgeblichen Faktoren lauten hier Latenz, Bandbreite, Gerätetreiber, Ausdehnung und herstellerübergreifende Verfügbarkeit. Angesichts dessen zeigt es sich, dass der oft propagierte ideale Bus für alle Anwendungen schlichtweg nicht existiert. Auch der zurzeit häufig genannte – und auch von NI eingesetzte – Feldbus EtherCAT auf Echtzeit-Ethernet- Basis macht da keine Ausnahme. Betrachtet man die Vielfalt der in der Messtechnik eingesetzten Busse von einem übergeordneten Standpunkt aus, so lassen sich die Busse in drei Klassen einteilen, die je nach Anwendung jeweils ihre Stärken ausspielen:

  • Backplane-Systeme,
  • Peripheriebusse sowie
  • Feldbusse und Ethernet-Protokolle

Für welche Anwendungen eignen sich Backplane-Busse besonders?

Zu den Backplane-Systemen gehören allgemein die internen PCBusse wie PCI und PCI Express. Darauf aufbauend gibt es die speziell für die Anforderungen der Messtechnik entwickelten Systeme PXI und PXI Express. Details zu diesen offenen Standards sind unter www.pxisa.org zu finden. Die Backplane-Busse erreichen einen Datendurchsatz im Gigabyte- Bereich und bieten präzise Synchronisations- und Triggermechanismen. Das prädestiniert sie für das Streaming von Signalen, die von breitbandigen Digitizer- Boards mit Abtastraten im Gigasample- Bereich erfasst worden sind, und sogar für die HF-Messtechnik.

In Prüfständen für digitale TV-Receiver (DVB-T) oder breitbandige Wireless-Systeme (WLAN oder WiMAX) müssen HF-Bandbreiten von mehr als 40 MHz mit entsprechenden Datenraten bis über 100 MByte/s kontinuierlich verarbeitet werden. Ethernet-gestützte Systeme sind ebenso wie die Peripheriebusse hier hoffnungslos überfordert. Deren vergleichsweise geringer Durchsatz und lange Latenzzeiten würden die Prüfdauer verlängern und damit die Fertigungskosten erhöhen.

In welchen Applikationen liegt die Domäne von Peripheriebussen?

Die Peripheriebusse, allen voran GPIB, USB, FireWire und RS-232, sind vor allem auf Systeme zugeschnitten, in denen ein PC im Zentrum steht und die angeschlossenen Messgeräte die Peripherie bilden. GPIB ist dabei nach wie vor die mit Abstand am häufigsten eingesetzte Bustechnik, mit der einzelne Messinstrumente wie Oszilloskope, Digitalmultimeter oder Signalgeneratoren an den PC angebunden werden. Geräte mit GPIB-Schnittstelle sind noch immer in vielen Prüfständen im Einsatz. Multifunktions-Datenerfassungsgeräte – dezentrale I/OBoxen – werden vorrangig über USB angekoppelt. Letzteres wird mit dem Aufkommen von USB 3.0 erheblichen Rückenwind bekommen.

Für welche Anwendungen sind Feldbusse und Industrial-Ethernet- Protokolle prädestiniert?

Die Gruppe der Feldbus- und Industrial- Ethernet-Protokolle umfasst Systeme wie Profibus, Profinet, EtherCAT, CANopen, Device- Net, EtherNet/IP oder auch LXI. Für die dezentrale Automatisierung von Maschinen und Anlagen entwickelt, sind die Systeme echtzeitfähig und deterministisch – bei Bandbreiten von wenigen MBit/s bis zu einigen MByte/s. Diese Wurzeln zeigen auch das Haupteinsatzspektrum auf: Die Erfassung dezentraler Messwerte, deren Vorverarbeitung und anschließende Weiterleitung an die übergeordnete Steuerung.

In der Prüfstands-Automatisierung haben also alle drei Bussystem- Arten ihre Berechtigung…

Genau. Die Prüfstands-Automatisierung gehört zu den klassischen Anwendungsgebieten, in denen unterschiedliche Mess- und Automatisierungsgeräte sowie verschiedenste Kommunikationsbusse zum Einsatz kommen. Aus diesem Grund unterstützt National Instruments alle relevanten Kommunikationsarchitekturen, die sich über eine Software-Architektur wie VISA (Virtual Instrument Software Architecture) zu einem System integrieren lassen. Dies erlaubt Anwendern beim Aufbau von Systemen, bereits getätigte Investitionen in Hard- und Software zu sichern und trotzdem neue Bustechniken wie EtherCAT zu integrieren.