Industrial Ethernet

Den Durchblick bei industriellen Ethernet-Protokollen behalten

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Die Industrial Ethernet-Kommunikationsprotokolle

Ethernet wird zusehends allgegenwärtig und kosteneffektiv und wartet mit einheitlichen physischen Verbindungen und wachsenden Übertragungsraten auf. So erklärt es sich, dass viele industrielle Kommunikationsprotokolle auf Ethernet-basierte Lösungen umsteigen. Die Ethernet-Kommunikation mit TCP/IP ist allerdings nicht deterministisch, und die Antwortzeiten liegen oft bei 100 ms. Industrial Ethernet-Protokolle nutzen eine modifizierte MAC-Schicht (Media Access Control), um sehr kurze Latenzzeiten und deterministische Reaktionen zu erzielen. Hinsichtlich der Netzwerk-Topologie ist Ethernet ebenso flexibel wie bezüglich der Anzahl der Knoten in einem System. Einige der populären Industrial Ethernet-Protokolle sollen jetzt genauer betrachtet werden.

Das EtherCAT

EtherCAT wurde ursprünglich von Beckhoff entwickelt, um die Paketverarbeitung im Durchlauf zu ermöglichen und ein echtzeitfähiges Ethernet für Automatisierungs-Anwendungen zur Verfügung zu stellen. EtherCAT ermöglicht skalierbare Konnektivität für komplette Automatisierungssysteme von großen SPS bis auf die E/A- und Sensor-Ebene herab.

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EtherCAT ist ein für Prozessdaten optimiertes Protokoll und nutzt standardmäßige Ethernet-Rahmen gemäß IEEE 802.3. Jeder Slave-Knoten verarbeitet sein Telegramm und fügt im Durchlauf neue Daten in den Rahmen ein. Da dies hardwaremäßig erfolgt, entsteht durch jeden Knoten nur ein Minimum an Verarbeitungs-Latenz und es werden kürzeste Reaktionszeiten erzielt. Als MAC-Layer-Protokoll ist EtherCAT für alle übergeordneten Ethernet-Protokolle wie TCP/IP, UDP, Web-Server usw. transparent. Bis zu 65.535 Knoten in einem System lassen sich mit EtherCAT verbinden. Da ein standardmäßiger Ethernet-Controller als EtherCAT-Master fungieren kann, vereinfacht sich die Netzwerk-Konfiguration. Wegen der geringen Latenz der einzelnen Slave-Knoten ergibt EtherCAT flexible, kostengünstige und netzwerkkompatible Industrial Ethernet-Lösungen.

Und das EtherNet/IP

EtherNet/IP ist ein ursprünglich von Rockwell entwickeltes Industrial Ethernet-Protokoll. Im Unterschied zu EtherCAT als MAC-Layer-Protokoll handelt es sich bei EtherNet/IP um ein auf TCP/IP aufsetzendes Application-Layer-Protokoll. EtherNet/IP nutzt die standardmäßige Bitübertragungs-, Sicherungs-, Netzwerk- und Transportschicht von Ethernet, verwendet aber das Common Industrial Protocol (CIP) über TCP/IP. CIP stellt einen einheitlichen Satz an Nachrichten und Diensten für industrielle Automatisierungssteuerungs-Systeme zur Verfügung und kann mit mehreren physischen Übertragungsmedien verwendet werden. Zum Beispiel wird CIP über CAN als DeviceNet bezeichnet und CIP über ein spezielles Netzwerk wird ControlNet genannt. CIP über Ethernet schließlich ist EtherNet/IP. Dieses richtet Verbindungen von einem Applikationsknoten zum anderen über CIP-Verbindungen ein, die wiederum über eine TCP-Verbindung laufen. Über eine TCP-Verbindung können mehrere CIP-Verbindungen eingerichtet werden.

EtherNet/IP nutzt das standardmäßige Ethernet und Ethernet-Switches, sodass die Zahl der Knoten in einem System keiner Beschränkung unterliegt. Ein und dasselbe Netzwerk kann folglich eine Vielzahl unterschiedlicher Endpunkte in einer Fabrik abdecken. EtherNet/IP bietet umfassenden Producer-Consumer-Service und ermöglicht eine sehr effiziente Slave-Peer-to-Peer-Kommunikation. Es ist kompatibel zu vielen standardmäßigen Internet- und Ethernet-Protokollen, während die Eigenschaften in Sachen Echtzeitfähigkeit und Determinismus begrenzt sind.

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