Startseite > Automation > Fast Track Switching für die Automatisierung

Deterministisches Verhalten mit Standard-Ethernet

Fast Track Switching für die Automatisierung

11. Mai 2010, 12:22 Uhr | Andreas Huhmann

▶ Diesen Artikel anhören

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Deterministisches Verhalten gefordert

Für die Automatisierung ist aber eine deterministische Übertragung unverzichtbar. Diese lässt sich zunächst danach klassifizieren, in welcher Zeit die Übertragung eines Daten-Telegramms garantiert werden kann. Determinismus wird heute erreicht durch Modifikationen des Ethernet-Protokolls. Bei dieser Entwicklung wurden zwei grundsätzlich unterschiedliche Wege eingeschlagen:

Veränderte Ethernet-Telegramme: Durch Veränderung der Ethernet-Telegramme wird ein proprietärer Weg eingeschlagen, der die Offenheit der Kommunikation einschränkt und in den meisten Fällen eine spezifische Hardware in den Endgeräten erfordert. Die konkreten Ausprägungen dieses Verfahrens reichen von der Veränderung der Adressierung bis hin zu reduzierten Telegrammen, die auf die Automatisierung zugeschnitten sind. Die Veränderung des Ethernet-Standards IEEE 802.3 führt generell zu Inkompatibilitäten zur IT, was eine Netzwerk-Konvergenz hin zu einem Automation-IT-Netzwerk verhindert.
Beschleunigte Weiterleitung der Automatisierungs-Telegramme: Bei unveränderten Ethernet-Telegrammen kann auf der Schicht 2 die Automatisierungs-Kommunikation mit Vorrang übertragen werden. Hierzu stehen Verfahren wie die Priorisierung zur Verfügung.

Diese auch im IT-Umfeld eingesetzten Verfahren verbessern zwar die Leistungsfähigkeit, garantieren aber nicht die deterministische Übertragung. Soll das Protokoll ein deterministisches Verhalten sicherstellen, wird hierzu ein spezieller Switch benötigt. Dieser kann entweder Bestandteil des Endgerätes sein oder stand alone eingesetzt werden. Da bei diesem Verfahren das Ethernet-Protokoll nicht verändert wird, ist die Konvergenz zu einem »Automation-ITNetzwerk« sichergestellt. Alle Automatisierungs-Profile nutzen im Prinzip die beschriebenen Verfahren. Wo das erste Verfahren zumeist die Integration eines spezifischen Chips ins Endgerät fordert, wäre dieser Chip beim zweiten Verfahren nicht generell notwendig.

Nicht selten werden aber beide Verfahren kombiniert, was zum einen die Konvergenz verhindert und zum anderen eine Integration »proprietärer« Chips im Endgerät erfordert. Damit sind die Geräte nicht universell, sondern profilspezifisch, was dann wieder an die Feldbusse erinnert, deren Ablösung bei der Einführung von Ethernet einmal im Vordergrund stand. Das zweite Verfahren, das einen optimierten Switching-Mechanismus nutzt, wurde allerdings bis heute nicht verwendet.

Fast Track Switching

Die Firma Harting hat mit dem »Fast Track Switching« ein Verfahren entwickelt, das ausschließlich beim Switching ansetzt, dieses optimiert und so die für die Automatisierung notwendige Leistungsfähigkeit bietet. Das Fast Track Switching arbeitet mit unveränderten Ethernet-Telegrammen, erkennt die besonderen Automatisierungstelegramme und beschleunigt diese in deterministischer Weise.

Das Endgerät ist davon nicht betroffen, und der Gerätehersteller bleibt unabhängig vom Automatisierungsprofil. Jedes Automatisierungsgerät kann damit in Standard-Ethernet-Netzwerken eingesetzt werden, und jedes Standard-Ethernet-Gerät ist kommunikationstechnisch im Automatisierungsumfeld einsetzbar. Die Integration eines spezifischen Fast Track Switch in das Endgerät bleibt aber möglich, so dass auch bei Fast Track Switching Linientopologien realisierbar sind. Fast Track Switching kann bei allen Automatisierungsprofilen eingesetzt werden, die Standard-Ethernet benutzen und deren Telegramme im Switch identifiziert werden können (z.B. im Header). Mit dem Fast Track Switching werden der geforderte Determinismus garantiert und das Standard-Ethernet für die Automatisierung erschlossen. Folgende Mechanismen wurden hier implementiert:

Der Fast Track Switch identifiziert Automatisierungstelegramme durch ihren Header und leitet diese vor anderen Telegrammen weiter.
Der Fast Track Switch leitet alle identifizierten Automatisierungstelegramme im Cut-through-Verfahren weiter.
Der Fast Track Switch vermeidet eine Verzögerung im Eingangs-Port und den Stau im Ausgangs-Port.