Echtzeit-Ethernet Protokoll-Reigen

Vergleich

Echtzeit-Ethernet der Leistungsklasse 3 gibt es nur mit Hardware-Unterstützung. Erfreulich ist der tatsächlich erreichbare Speed-up im Vergleich zu den etablierten Feldbussystemen wie z.B. Profibus. Die Geschwindigkeitszuwächse der Ethernet-Derivate erreichen schnell den Faktor 10 bis 100 (Tabelle 2).

 

Minimale Zykluszeit (MZ) EtherCatSercosIIIPowerlink Profinet IRT
Vom Hersteller definierte Mindest-Zykluszeit 12,5 µs 31,25 µs 200 µs 250 µs
Theoretische MZ bei 1 Knoten und 16 Byte Nutzdaten  8,2 µs 14,9 µs 43 µs 9,8 µs
Theoretische MZ bei 5 Knoten und 16 Byte Nutzdaten 15,9 µs 18,9 µs 173,1 µs 36,7 µs
Theoretische MZ bei 50 Knoten und 16 Byte Nutzdaten 118,5 µs 120,6 µs 2960 µs 339,1 µs
Theoretische MZ bei 5 Knoten und 100 Byte Nutzdaten 49,5 µs 51,6 µs 218,7 µs 58,3 µs
Tabelle 2. Minimale Zykluszeiten verschiedener RTC3-Echtzeit-Ethernet-Bussysteme

Doch Geschwindigkeit ist nur ein Aspekt bei dem Einsatz von Ethernet. Das Thema Durchgängigkeit und Integration von IP ist ein weiterer Meilenstein. Hierbei unterscheiden sich die Strategien der Hersteller und Interessenvereinigungen wesentlich.

Während Beckhoff konsequent auf Determinismus und kürzeste Zykluszeiten Wert legt, steht bei Siemens Durchgängigkeit, Migrationsfähigkeit und Engineering im Vordergrund. Powerlink hat von allem etwas, bleibt aber in der Gesamt-Performance deutlich hinter den Marktführern zurück. Das spielt für viele Anwendungsfälle aber nur eine untergeordnete Rolle, da nicht in allen Bereichen Ultra-High Speed erforderlich ist. Auch zeigt sich bei der Betrachtung der theoretischen Performance-Werte, dass Profinet IRT gegenüber EtherCAT gerade bei großen Datenmengen aufholt. Wie oben beschrieben, kann man günstige oder ungünstige Szenarien finden, bei denen das eine oder andere Bussystem mehr oder weniger glücklich abschneidet. Insgesamt kann man festhalten, dass alle Systeme für hochpräzise Antriebstechnik hinreichende Performace-Werte aufweisen. Im Bereich Messtechnik bleibt Beckhoff mit EtherCAT jedoch unangefochten an der Spitze der Leistungsskala. Kein anderes Bussystem kann aktuell kleine Datenmengen in kürzeren Zykluszeiten deterministisch übertragen.mh

 

Literatur

[1] Wollert, J.F.: Echtzeit Ethernet. Elektronik embedded 2014.
[2] Wollert, J.F.: Abschlussbericht UWIfac Ultrawideband Interface for Factory Automation. FKZ 1774X08, 04.2013 – Gefördert vom BMBF
[3] Wollert, J.F.: Ethernet in der Automation, Anwendungsmöglichkeiten, Trends, Optimierungspotentiale. Seminar für das VDI Wissensforum 20.-21.6.2013 Frankfurt/Main.
[4] Gevatter u.a. (Hrsg.): Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik. Springer-Verlag (2006), ISBN 3-540-21207-8 (Abschnitte Bussysteme/Echtzeitsysteme/Wireless S.475–653)
[5] ETG: Industrial Ethernet Technologies: Overview. 2014.
[6] EPSG: Industrial Ethernet Facts: Systemvergleich – die 5 wesentlichen Systeme. 2nd Edition 2013.

 

 

Der Autor

Prof. Dr.-Ing. Jörg Wollert
 
ist Professor für Automatisierungstechnik an der Fachhochschule Bielefeld und als Dozent und Berater in den Themen­gebieten industrielle Kommunikation und eingebettete Systeme tätig. Seit mehr als 15 Jahren beschäftigt er sich mit industriellem Funk in technischen Anwendungen sowie mit Gateway-Techno­logien zwischen kabelgebundenen und kabellosen ­Systemen.