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30.04.2019

Schnittstellen: Ethernet / VARAN

Beim Ethernet-Standard IEEE 802.3 kommt es bei Datenkollisionen zu unregelmäßigen Verzögerungen im Datenverkehr. Um Echtzeit zu erreichen, sorgen bei Industrial-Ethernet-Protokollen spezielle Maßnahmen für die Vermeidung dieser Kollisionen.

Harte Echtzeit bedeutet, dass sich die Signallaufzeiten exakt in einem vorgegebenen Zeitrahmen bewegen müssen; andernfalls wird eine Störung gemeldet. Bei weicher Echtzeit werden Abweichungen innerhalb einer begrenzten Zeitspanne toleriert.

Während bei Anwendungen mit weicher Echtzeit, wie zum Beispiel bei der Erfassung von Temperaturmessungen, Zykluszeiten im zwei- bis dreistelligen Millisekundenbereich ausreichen, benötigen digitale Regelsysteme oder Motion-Control-Anwendungen häufig Zykluszeiten unter einer Millisekunde.

Bei der Auswahl des richtigen Bussystems für die Maschinenautomatisierung spielt neben der Geschwindigkeit vor allem auch die Ausfallsicherheit eine zentrale Rolle. Basierend auf der weltweit millionenfach bewährten Ethernetphysik ist harte Echtzeit bei kleinsten Zykluszeiten und höchster Datensicherheit gegeben. Robustes, fehlertolerantes Verhalten im rauen industriellen Umfeld ist ebenso ein wichtiges Leistungsmerkmal eines modernen Bussystems.

Der VARAN-Bus als Echtzeit Ethernet Bussystem erfüllt all diese Forderungen und bietet noch viel mehr. Die Firma “Sigmatek” hat im Jahr 1994 ein Echtzeit-Bussystem zur Verbindung der I/O-Module der damals eingeführten Produktreihe DIAS entwickelt (DIAS-BUS). VARAN ist die Weiterentwicklung des DIAS-Busses auf Ethernet-Basis. Im Jahr 2006 sind die Aktivitäten in Bezug auf Offenlegung und Standardisierung des Systems auf die VARAN BUS USER ORGANIZATION (VNO) übergegangen. Das VARAN-Protokoll ist komplett in Hardware gelöst, wodurch die Steuerungs-CPU entlastet wird.

Anstatt langer Standard-Ethernetframes werden beim VARAN-Bus kleine Paketgrößen verwendet, wodurch größtmögliche Resistenz auf Störungen gewährleistet ist. Die sofortige Wiederholung von unquittierten Nachrichten innerhalb eines Buszyklus ist einer der wichtigsten Vorteile, welche den VARAN Bus als zukunftsweisendes Bussystem auszeichnen.

Durch die Verwendung des Manager-Client-Prinzips werden Kollisionen vermieden. Der VARAN-Bus erreicht höchste Geschwindigkeiten, kürzeste Zykluszeiten und minimalen Synchronitäts-Jitter. Zusätzlich bietet er die einzigartige Möglichkeit des asynchronen Direkt-Zugriffes. Datenpakete werden innerhalb des Zyklus bis zum Erhalt einer gültigen Rückbestätigung wiederholt. Dadurch ist die Gültigkeit aller Daten am Zyklusende garantiert.

Diese permanente Überprüfung der Datengültigkeit – auch bei Buszyklus- zeiten von kleiner als 100 µs – ist nur durch die Verwendung der kleinen VARAN-Daten-Frames (1-128 Bytes) möglich. Durch die flexible Netzwerk- topologie sind Stern-, Linien- und Baum-Topologien beliebig kombinierbar. Ein weiterer Vorteil liegt in der einfachen Implementierung bestehender CANopen®-Protokolle.

VARAN-Bus ist ein offener Standard und Hersteller-unabhängig.