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Echtzeit-Ethernet - eine Potentialanalyse -

Echtzeit-Ethernet - eine Potentialanalyse -. Prof. Dr. Jürgen Jasperneite inIT - Institut Industrial IT Fachhochschule Lippe und Höxter D-32657 Lemgo juergen.jasperneite@fh-luh.de. Einleitung.

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  1. Echtzeit-Ethernet- eine Potentialanalyse - Prof. Dr. Jürgen Jasperneite inIT - Institut Industrial IT Fachhochschule Lippe und Höxter D-32657 Lemgojuergen.jasperneite@fh-luh.de

  2. Einleitung • Zwischenbericht zur Potentialanalyse des BMBF-Projektes „Echtzeit-Ethernet in der Sensor/Aktorvernetzung (ESANA)“ FKZ 1742X06 • Performance und Einfachheit • Verbund: • Phoenix Contact, Blomberg • Siemens, Erlangen • MAZeT, Jena • TU Berlin, Lehrstuhl Mikroelektronik • inIT –Institut Industrial IT, Lemgo • Laufzeit: 10/2006 - 4/2008

  3. bit rate IEEE802.3 evolution Office Domain 10 Gbps 1 Gbps 100 Mbps 1995 1999 2001 time Realtime Wireless Motivation Industrial Domain Realtime Ethernet

  4. Taxonomie Echtzeit-Ethernet (RTE)

  5. H Payload T H T H T H T Ansätze zur Frameorganisation • Summenrahmen • In einer Linie effizienteste Methode für Knoten mit kleiner Payload • oft zusammen mit Ringtopologie genutzt • z.B. EtherCAT • Individuelle Frames • Address-basierte Zustellung (wie IEEE802.3) • Zeitplanung • z.B. PROFINET mit IRT

  6. Übertragungs- zeit Frame Einflußfaktoren der Frameübertragung TX RX Ort Laufzeit Frame lokaleÜbernahme Zeit

  7. Reale Anlagen erfordern flexible Strukturen Beispiel einer Anlage und resultierende Netztopologie

  8. Reale Anlagen erfordern flexible Strukturen Beispiel einer Anlage und resultierende Netztopologie

  9. Modularisierung Unterschiedliche Anforderungen an Updatezeiten der beteiligten Feldgeräte Leitungsredundanz …. führt häufig zu Linien mit Abzweigen (= Kammstruktur) .. 1 k 1 .. n Szenario Kammstruktur: Hauptlinie mit k=8 Stationen in jedem Buszyklus Anlagenteile mit n=10 Teilnehmer in jedem 8. Zyklus Abstand zwischen Teilnehmern jeweils 50 Meter.

  10. Szenario: Kammstruktur mit 100 MBit/s PROFINET Vorteil Nutzdaten / Gerät [Byte] PROFINET-Vorteil = Zykluszeit_EtherCAT / Zykluszeit_PROFINET IRT

  11. 1. Zwischenfazit • reale Anlagen erfordern häufig flexible Netztopologien und unterschiedliche Updatezeiten der beteiligten Teilnehmer. • in solchen Kammstrukturen ist PROFINET überlegen.

  12. Wie sieht es bei der einfachen Sensor/Aktorvernetzung aus? • häufig einfachelineare Strukturen (Linie) Szenario Linienstruktur: Linie mit 50 Stationen, jeweils mit 50 Metern Abstand

  13. Optimierungspotential Szenario: Linienstruktur mit 100 MBit/s PROFINET-Vorteil Nutzdaten / Gerät [Byte]

  14. Ansatz: Beide Zeitkomponenten müssen verkleinert werden. Durchleitezeit in den Teilnehmern verkürzen Telegrammoverhead reduzieren Nutzung des Windschatteneffektes Optimierungsansätze

  15. Zukunftssicherheit: Linienstruktur bei 1GBit/s ? PROFINET-Vorteil Nutzdaten / Gerät [Byte]

  16. 2. Zwischenfazit • von einer Erhöhung der Bitrate auf 1 GBit/s profitiert PROFINET viel stärker als z.B. EtherCat • bei 100 MBit/s und kleinen Datenmengen in Linienstrukturen besteht für PROFINET Optimierungspotential • durch gezielte kompatible Erweiterungen kann PROFINET auch kleinere Datenmengen deutlich effizienter als alle anderen Ethernet-Ansätze übertragen

  17. Wie geht es weiter ? • derzeit werden die möglichen kompatiblen Erweiterungen spezifiziert und getestet. • zur Hannover Messe 2008 ist im Rahmen des Projektes ein Prototyp geplant, der die Überlegenheit von PROFINET auch in der Linie bei kleinen Datenmengen präsentieren wird.

  18. Schlussfolgerungen • Im Bereich komplexer Maschinen/Anlagenstrukturen ist die Performance bei PROFINET heute deutlich besser als bei allen anderen Verfahren. • Durch gezielte kompatible Erweiterungen von PROFINET kann ein breites Anwendungsfeld unterstützt werden, auch die reine Linienstruktur. Damit skaliert PROFINET von einfachen Strukturen bis hin zu komplexen Anlagen. • PROFINET profitiert stärker als andere Systeme von der Ethernet-Evolution und ist damit zukunftssicher.

  19. Weitere Infos … IEEE Konferenz ETFA in Patras am 25.09.2007

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