"PriorityChannel"-Technik übermittelt Echtzeitdaten zwischen Netzwerkleitung und Feldgerät Innovasic: Deterministische Übertragung in allen Situationen

Der Kommunikations-Controller "fido 1100" von Innovasic
Der Kommunikations-Controller "fido 1100" von Innovasic

Die Ethernet-Technik "PriorityChannel" von Innovasic Semiconductor soll sicherstellen dass zeitkritische Nachrichten in Industrial-Ethernet-Geräten immer in definierter Weise abgearbeitet werden - unabhängig von der Menge und der Art des übrigen Netzwerkverkehrs. Auf der SPS/IPC/Drives ist sie zu begutachten.

"PriorityChannel" ist eine Ethernet-Technik, die zeitkritische Daten zuverlässig in Echtzeit zwischen der Netzwerkleitung und dem Feldgerät übermittelt. "Obwohl Industrial Ethernet in der Fabrikautomatisierung gegenüber den klassischen Feldbussen zahlreiche Vorteile hat, etwa in punkto Netzwerk-Management, Kompatibilität und Flexibilität, ist Ethernet per Definition nicht deterministisch", erläutert Volker Goller, European Application Manager von Innovasic. "Wegen der steigenden Anzahl von Industrial-Ethernet-Anwendungen wird immer deutlicher, dass herkömmliche Lösungen Probleme haben mit der Behandlung von Echtzeitdaten, sobald der Netzwerkverkehr ansteigt." Ursache seien oft Protokolle aus der allgemeinen IT (ARP & Multicast Storms) oder gar konkurrierende Industrial-Ethernet-Protokolle, denn ein Industrial-Ethernet-Protokoll müsse sich im Fabrikalltag das Netz mit all diesen Protokollen teilen.

"PriorityChannel" nutzt daher die spezielle Architektur des Kommunikations-Controllers "fido 1100" von Innovasic, um den Nicht-Echtzeit-Ethernet- und den Echtzeit-Ethernet-Nachrichtenverkehr voneinander zu trennen. Der Controller stellt einen separaten Datenübertragungsweg und eine separate Ausführungsumgebung für zeitkritische Nachrichten bereit, um geradewegs zum Feldgerät zu "tunneln". Nicht-Echtzeit-Ethernet-Meldungen können folglich Echtzeit-Ethernet-Meldungen niemals unterbrechen, so dass Systeme auf "PriorityChannel"-Basis unabhängig vom Netzwerkverkehr eine Zykluszeit von weniger als 160 µs zuverlässig einhalten. Laut Goller wurde dies in Labormessungen bewiesen, sogar in Situationen mit auftretenden "Traffic Bursts" oder "Storms". Feldgeräte mit "PriorityChannel" zeigen sich somit unempfindlich gegenüber wechselnden Netzwerkbedingungen, was den Support-Aufwand verringert.

Die "PriorityChannel"-Technik ist eine Kombination aus Silizium- und Software-Lösung mit dem "fido 1100" als Herzstück. Dessen Architektur umfasst eine Ausführungsumgebung mit fünf priorisierten und separat gemanagten Bereichen im Silizium, in denen die einzelnen Übertragungsvorgänge getrennt ablaufen. Nachrichten geringerer Priorität können also Nachrichten höherer Priorität nicht unterbrechen.

Herzstück der Software-Lösung ist ein Industrial-Ethernet-Stack, der so partitioniert ist, dass Echtzeit-Tasks höchste Priorität genießen. Die Partitionierung sorgt dafür, dass Echtzeit-Nachrichten jederzeit sofort gesendet werden. Nicht-Echtzeit-Nachrichten gelangen in eine Warteschleife und werden erst dann übertragen, wenn alle anstehenden Nachrichten hoher Priorität übertragen sind.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil der "PriorityChannel"-Technik sind die im "fido 1100" integrierten I/O-Controller. Diese "I/O-Engines" führen die Ethernet-MAC-Funktion aus und sind so programmiert, dass sie Echtzeit-Nachrichten als solche erkennen und ihnen hohe Priorität zuweisen. Sie arbeiten als Netzwerk-Verkehrspolizei, indem sie Echtzeit-Nachrichten auf die "Überholspur" setzen.

Innovasic bietet "PriorityChannel" zunächst für EtherNet/IP und Profinet Klasse B an. Verfügbar ist "PriorityChannel" in Form von Plug-in-Modulen, Design-in-Netzwerkschnittstellen oder kundenspezifisch anpassbaren Entwicklerlösungen.

SPS/IPC/Drives 2011, Halle 6, Stand 210