Applikationen & Lösungen - EtherCAT

Trends & Technologien
„Processing on the fly“
– das Funktionsprinzip
Klassische Automatisierungsnetzwerke sind durch kleine Datenraten pro
Knoten gekennzeichnet; für gewöhnlich kleiner als die minimale Nutzlast
eines Ethernet-Frames. Die Verwendung eines Frames pro Knoten, Richtung
und Zyklus führt daher zu geringer Bandbreitennutzung und in der Folge zu
unzureichender Netzwerkleistung in ihrer Gesamtheit. Ethercat verfolgt
da einen anderen Ansatz.
Prozessdaten werden im Durchlauf in das Telegramm eingefügt.
Die Besonderheit von Ethercat liegt
darin, wie die Knoten Ethernet-Rahmen
(Frames) verarbeiten: Jeder Knoten liest
die Daten, die an ihn adressiert sind, und
schreibt wiederum seine Daten in den
selben Frame, während das Telegramm
das Netzwerk durchläuft. Dadurch wird
Datenverarbeitung „on the fly“
die Bandbreitennutzung erhöht (ein
Frame pro Zyklus ist für die Kommunikation
oft ausreichend), zusätzliche Switches
und Hubs sind nicht nötig.
Der letzte Teilnehmer eines Segments
oder Abzweigs im Netzwerk erkennt einen
offenen Port und sendet das Telegramm
zum Master zurück, wobei
die Full-Duplex-Eigenschaft
der Ethernet-Verbindung ausgenutzt
wird. Verzögert wird das
Telegramm im Prozess lediglich
durch die Hardware-Durchlaufzeiten.
Dadurch liegt die
maxi male Nutzdatenrate eines
Tele gramms bei über 90 %, die
theoretische effektive Datenrate
durch Ausnutzung der Full-
Duplex-Eigenschaft sogar bei
über 100 Mbit/s (> 90 % von
zweimal 100 Mbit/s).
Der Ethercat-Master darf als
einziger aktiv einen Ethercat-
Frame versenden, während
alle anderen Teilnehmer im
Segment die Frames nur weiterleiten.
Dies vermeidet unvorhersehbare
Verzögerungen
und garantiert so die Echtzeitfähigkeit.
Der Master nutzt einen Standard-Ethernet-MAC
(Medium Access Controller)
ohne zusätzlichen Kommunikationsprozessor.
Dies ermöglicht die Installa tion
eines Masters auf jedweder Hardware-
Plattform mit Ethernet-Port. Das verwendete
Echtzeitbetriebssystem sowie
die Applika tions -Software sind dabei
unerheblich. Die Ethercat-Slaves nutzen
für die Verarbeitung des Telegramms im
Durchlauf einen Ethercat Slave Controller
(ESC). Der Datenprozess läuft demnach
vollkommen in Hardware ab, wodurch die
Netzwerkleistung berechenbar wird und
nicht von der Implementierung der einzelnen
Slaves abhängt.
Diese einzigartige Art, die Datentelegramme
im Durchlauf, sprich „on the fly“
zu verarbeiten, macht Ethercat so besonders
schnell: Keine andere Industrial-
Ethernet-Technologie übertrifft die Bandbreitennutzung
von Ethercat oder die
damit einhergehende Leistung.
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