Zykluszeiten von 4 µs Motion Control in neuen Dimensionen

Echtzeit, Zykluszeit, Latenz und Laufzeitgeschwindigkeit

Zunächst ist darauf hinzuweisen, dass der Begriff Echtzeit im Zusammenhang mit industriellem Ethernet nicht gleichbedeutend mit „schnell“ ist. Mit Echtzeit ist gemeint, dass ein Ereignis wie etwa die Zykluszeit zum Austausch von Prozessdaten zu einem deterministischen Zeitpunkt erfolgt (Bild 1).

Entspricht die Zykluszeit nicht der erwarteten Zeit, kommt es zu Latenz. Misst man die Latenz über viele Zyklen hinweg, lässt sich der Jitter eines Industrial-Ethernet-Netzwerks bestimmen.
Unter dem Jitter versteht man die Abweichung der Zeit, zu der ein deterministisches Ereignis eintrat. Meist wird eine Minimierung des Jitters angestrebt. In industriellen Ethernet-Netzwerken kommt es durch aktive Komponenten wie den Ethernet-PHY (Physical) und die Media-Access-Control-Einheit (MAC) zu Jitter.

Ein weiterer Parameter in Netzwerken ist die Laufzeitverzögerung, also die Zeit, die ein Ethernet-Frame für den Weg vom Absender zum Empfänger benötigt. Die Laufzeitverzögerung ist ein konstanter Parameter, der von allen Netzwerkkomponenten generiert wird – vom Kabel ebenso wie vom PHY und vom MAC. Weil die Laufzeitverzögerung einen konstanten Wert hat, lässt sie sich während der Entwicklungsphase des Netzwerks kompensieren oder von den Netzwerkgeräten zur Laufzeit messen.

Bei der Zykluszeit handelt es sich ebenfalls um eine konstante Zeitspanne, in der Netzwerkgeräte Prozessdaten austauschen. Der jeweilige Industrial-Ethernet-Standard schreibt die Zykluszeit vor. Um zu meinem weiter oben angeführten Beispiel zurückzukommen: andere Echtzeit-Ethernet-Standards können keine kürzere Zykluszeit haben als 31,25 µs. Viele Industrienetzwerke in der Fabrik- und Prozessautomatisierung arbeiten beim Austausch von Prozessdaten mit Zykluszeiten zwischen 500 µs und 10 ms. Die Zykluszeit wird während der Entwicklung des Netzwerks einmal festgelegt und bleibt während der Laufzeit unverändert.