Warum braucht man das? Die Tatsache, dass Ethernet mit heutiger Store and Forward Switching-Technologie keinen Determinismus besitzt, ist seit Jahren bekannt. Die Automatisierung braucht aber Determinismus. Dieser wird bis heute mit einem hohen Preis erkauft. Unterschiedliche Konzepte versprechen, ausreichende Performance für die Automatisierung zu erzielen. Die Verfahren reichen dabei von einer restriktiven Segmentierung mit kleinen Automatisierungszellen bis hin zu chipbasierten, modifizierten Ethernet-Telegrammen. Wo das Verfahren der Segmentierung im Prinzip die Offenheit der Kommunikation aufrecht erhält, beinhaltet es aber zugleich die aufwendigste Planung und die höchsten Risiken im Betrieb, da das grundsätzliche Problem nicht gelöst wird. Proprietäre Ethernet-Protokolle sind zum Teil zwar einfach in der Anwendung, dafür aber nicht offen in der Kommunikation. Damit erzeugen sie indirekt auch eine Abschottung in Zellen mit spezifischer Hardware. Der Anwender hatte also bei Ethernet die Wahl zwischen unterschiedlichen Lösungen mit jeweils erheblichen Nebenwirkungen wie erhöhten Kosten für Planung oder Komponenten. Der Anwender braucht aber eine einfache, offene und damit zugleich kostengünstige Lösung. Diese Lösung bietet Harting-Fast Track Switching. Bei der Fast Track Switching-Technologie werden die Automatisierungs-Telegramme des unveränderten Ethernetprotokolls im Switch erkannt und vor den automatisierungsfremden Telegrammen übertragen. Daraus resultiert ein garantiertes Echtzeitverhalten. Die Netzkomponente liefert die passende Automatisierungsperformance ohne Planungsaufwand und Restriktionen bei der Topologie. Und auch das Endgerät ist frei von profilspezifischen Chips. Damit ist Harting der entscheidende Schritt hin zu einem universellen Automation IT-Netzwerk gelungen. Automation IT in allen Ebenen Durchgängigkeit einer Automation IT-Kommunikationsplattform bedeutet, Ethernet in den drei Ebenen – der Büro-Ebene, der Leit- und Steuerebene und der Feldebene – einzusetzen. Standard-IEEE802.3-Ethernet hat sich in der Leit- und Steuerebene und darüber bereits erfolgreich etabliert: Die Freiheitsgrade und die Flexibilität von Ethernet sprechen für sich, ebenso das immense Produktsortiment, das zur Verfügung steht. Dem gegenüber konnte Standard-Ethernet den in der Automatisierung geforderten Determinismus in der Feldebene bis heute nicht erfüllen. Folgerichtig haben sich dort spezielle Netzwerklösungen gebildet, die sich diesen Determinismus auf die Fahne geschrieben haben. Dies wurde zweifellos auch erreicht. Allerdings sind diese speziellen Netzwerksysteme in ihrer topologischen Gestaltung stark eingeschränkt und spezielle Hardware (Chip) ist in jedem Endgerät erforderlich. Harting hat sich daher folgender Herausforderung gestellt: Wie kann man erreichen, dass Standard-Ethernet mit allen seinen Vorzügen auch in der Feldebene für die Automatisierung von Maschinen und Anlagen eingesetzt werden kann? Determinismus in der Feldebene Die Ursachen für den mangelnden Determinismus von Standard-Ethernet werden in Bild 2 deutlich. Hier wird beispielhaft eine Linie mit 16 Switches betrachtet, die von einem Automatisierungsprotokoll durchlaufen werden. In dem Diagramm sind die Durchlaufzeiten der Protokolle aufgetragen. Die Verzögerungszeiten werden durch die Anzahl der Switches auf der Strecke bestimmt. Noch gravierender ist jedoch der Einfluss der Netzwerklast, z.B. IT-Kommunikation, welche zusätzlich zur Automatisierungskommunikation dasselbe Netzwerk nutzt. So bietet Standard-Ethernet durchaus sehr kurze Telegrammlaufzeiten. Wie das Beispiel jedoch zeigt, können auch Durchlaufzeiten von 2ms und mehr auftreten. Um die Anforderungen der geforderten Performance in der Automatisierung einordnen zu können, ist das vergleichbare Zeitverhalten von heute in der Automatisierung üblichen Feldbussen ebenfalls in der Abbildung dargestellt. Würden die Telegrammlaufzeiten von Standard-Ethernet immer im Bereich der Feldbusperformance liegen, wären die Anforderungen für die Automatisierung von Maschinen und Anlagen weitestgehend abgedeckt. Die Realität zeichnet aber ein anderes Bild. Im Wesentlichen können drei Gründe für Verzögerungen im Netzwerk identifiziert werden: 1. IT-Protokolle mit gleicher oder höherer Priorität nach IEEE802.1q konkurrieren mit Automatisierungsprotokollen in den Queues. 2. Store-and-forward-Mechanismen führen zu hohen Durchlaufzeiten in den Switches, da jedes Telegramm erst vollständig einlaufen muss, bevor es weitergesendet werden kann. 3. Belegen IT-Protokolle Ausgangsports, die auch von Automatisierungsprotokollen beansprucht werden, so treten gravierende Verzögerungen auf. Zum letzten Punkt ein Beispiel, das in Bild 3 veranschaulicht wird: Hier sendet eine Steuerung ein Automatisierungsprotokoll zu einem Antrieb über eine Strecke von drei Switches. Da der Ausgangsport des ersten Switches gerade von einem IT-Protokoll belegt ist, muss das Automatisierungsprotokoll \’warten\‘, bis das IT-Protokoll den Switch vollständig verlassen hat. Da das IT-Protokoll sich schon im Sendevorgang befindet, kann die Priorisierung nach IEEE802.1q hierauf keinen Einfluss mehr nehmen. Ist das IT-Protokoll nun 1.500Byte lang, so kann dieser \’Wartevorgang\‘ in jedem Switch ca. 120µs betragen. In einer ausgedehnten Linientopologie können sich die Zeiten schnell auf mehrere Millisekunden addieren. Auf der Strecke ist es dem Automatisierungsprotokoll nicht mehr möglich, das IT-Protokoll zu überholen. Fast Track Switching in der Feldebene Der grundlegende Lösungsansatz von Harting besteht aus drei wesentlichen Punkten: 1. Der Switch muss ein Automatisierungsprotokoll erkennen, damit es vor allen anderen Protokollen und mit höchster Priorität weitergesendet werden kann. 2. Diese erkannten Automatisierungsprotokolle werden nun im Cut-Through-Verfahren beschleunigt gesendet, während für alle anderen Protokolle weiterhin im store-and-forward-Mode gilt. 3. IT-Protokolle müssen von Automatisierungsprotokollen überholt werden können: Belegt ein IT-Protokoll den Ausgangsport, den auch das Automatisierungsprotokoll beansprucht, so wird der Sendevorgang kontrolliert beendet. Damit ist der Weg für die Automatisierungsprotokolle frei. Sobald der Port dann wieder frei ist, wird das zwischengespeicherte IT-Protokoll erneut gesendet. So entsteht eine Art Überholspur für die Automatisierung, ein Fast Track. Um Fast Track Switching zu realisieren, wurden die Standard-Switch-Funktionen um die oben genannten drei Eigenschaften erweitert und dabei die volle Kompatibilität zum Standard IEEE802.3 sichergestellt. Die Performance wurde deutlich gesteigert. Sie übertrifft das Standard-Ethernet- und auch das vergleichbare Feldbusverhalten. Außerdem sind die Telegrammlaufzeiten deterministisch reproduzierbar. Somit steht jetzt auch in der Feldebene eine Standard-Ethernet-Lösung für Maschinen und Anlagen zur Verfügung. Fazit
Fast Track Switching: Was ist das?
-
Security
Cyber-Sicherheit wird zum integralen Bestandteil der Maschinenkonzepte
Ab 2027 wird Cyber-Sicherheit verpflichtend: Maschinenhersteller müssen umfassende Security-Maßnahmen wie Security-by-Design und Update-Strategien integrieren. Phoenix Contact unterstützt praxisnah.
-
Bis 250mm Zeichenhöhe
Die fehlerunanfällige, widerstandsfähige Konstruktion und die einfache Bedienung sind die großen Vorteile der industriellen Großanzeigen der Serie S302.
-
Sensor für robuste Absolutpositionierung
Präzision im Heavy-Duty-Modus: Weg-Codier-System mit IO-Link
Wo automatisierte Laufkatzen und Hafenkräne tonnenschwere Lasten bewegen, benötigt die Steuerung absolute Positionsgeber für Positions- und Geschwindigkeitsdaten. Raue Umgebungsbedingungen dürfen die Zuverlässigkeit der Sensorik nicht beeinträchtigen. In solchen…
-
Zertifizierung nach IEC62443-4-1/2
Sicherheitssteuerung
Im November erhielt die Sicherheitssteuerung Flexi Compact von Sick vom Tüv Süd die Zertifizierung nach IEC62443-4-1/2.
-
Elektroexporte im September: Bester Monat im Jahresverlauf
Die Exporte der deutschen Elektro- und Digitalindustrie sind im September um 9,6% gegenüber Vorjahr auf 22,2Mrd.€ gestiegen.
-
Komponenten für energieoptimierte Maschinenkonzepte
Effizient antreiben, intelligent bremsen
Der Auftritt von KEB Automation auf der SPS steht ganz im Zeichen der…
-
Stahlketten sichern Performance von Umreifungsanlagen
Gut verpackt
Wer seine Produkte in die ganze Welt verschickt, muss sicher sein können, dass…
-
Kabelmanagement-Lösung
Kabeldurchführungsplatte für extreme Außenbedingungen
Mit der KEL-DPU-OD bringt Icotek eine Kabeldurchführungsplatte auf den Markt, die speziell für…
-
Auftragsbestand im Verarbeitenden Gewerbe im September: +0,6% zum Vormonat
Der reale (preisbereinigte) Auftragsbestand im Verarbeitenden Gewerbe ist nach vorläufigen Ergebnissen des Statistischen…
-
Märkte für elektronische Komponenten und Baugruppen wachsen zweistellig
Die globalen Märkte für elektronische Komponenten und Baugruppen verzeichnen ein starkes Wachstum.
-
Werkzeugmaschinenbestellungen haben Talsohle erreicht
Im dritten Quartal sank der Auftragseingang in der deutschen Werkzeugmaschinenindustrie um 5%.
-
Ginzinger und Limes Security
Whitepaper zeigt praxisnahen Weg zum Cyber Resilience Act
Ginzinger Electronic Systems und Limes Security haben ein gemeinsames Whitepaper zum Cyber Resilience…
-
Sicher und vollständig kalibrieren: detaillierte Checkliste von DataTec
Checkliste für sichere und vollständige Messgeräte-Kalibrierung
Messgeräte entsprechen ab Werk nur für begrenzte Zeit ihren Spezifikationen – meist ein…
-
Panduit stellt besonders kurzen, geschirmten Keystone-RJ45-Jack vor
Keystone-Buchse: kompakt und kurz
Panduit erweitert sein Portfolio um kompakte Cat-6/Cat-6A-Keystone-Module, die sich einfach in Standard-Keystone-Aufnahmen vieler…
-
OPC UA für die Feldebene
Aktueller Status und Ausblick
OPC UA FX (Field eXchange) ist ein zentraler Bestandteil der Weiterentwicklung von OPC…
-
Inverse modulare Kabeldurchführungen mit geteiltem Rahmen
Flexible Kabeldurchführung
Mit KDSI-SR-G erweitert Conta-Clip sein modulares Kabeldurchführungssystem um einen zweigeteilten Rahmen, der die…
-
Sichere Fernwartung – leicht gemacht
Keine Chance für Cyber-Brechstangen
Online-Kriminelle haben die OT für sich entdeckt – das zeigen u.a. rasant steigende…
-
Neue Not-Halt-Baureihe
Robuste Not-Halt-Schalter mit M12-Anschluss
Mit Quartex Connect bringt Schlegel eine neue Not-Halt-Baureihe für 22,3mm-Bohrungen auf den Markt…
-
Weidmüller Stripax – jetzt auf der Conrad Sourcing Platform
Schnell, einfach und präzise abisolieren
Weidmüller bringt die neue Generation der Stripax-Abisolierzange auf den Markt.
-
TKD Kabel erweitert Produktfinder zum Kundenportal
Schneller zum Kabel, das passt
TKD Kabel hat seinen Online-Produktfinder zu einem kundenorientierten Portal ausgebaut, das den Zugang…
-
VDMA-Studie
Mehr als die Hälfte der Maschinen- und Anlagenbauer setzt auf OPC UA
Laut aktueller Interoperabilitätsstudie des VDMA sehen 84% der Unternehmen einen konkreten Bedarf an…
-
Energieverbrauch der Industrie um 1,9% gestiegen
Die deutsche Industrie hat im Jahr 2024 insgesamt 3.343 Petajoule Energie verbraucht.
-
Time Sensitive Networking
TSN-Layer-3-Switch für präzise Echtzeitkommunikation
Mit dem TSN-6325-8T4S4X präsentiert Spectra einen Managed Industrial Ethernet Switch, der für zeitkritische…
-
Für Motion-Control-Anwendungen
BiSS-Master-Chip mit SPI und RS-422-Transceiver
Mit iC-MBE stellt iC-Haus einen SPI-zu-BiSS-Master-Konverter vor, der die Integration der offenen BiSS-…
-
Industrielle Bildverarbeitung
Neues Deep-Learning-Feature in Halcon 25.11
MVTec erweitert seine Machine-Vision-Software Halcon 25.11 um das neue Deep-Learning-Feature Continual Learning.
das könnte sie auch interessieren
-
Multivariable und energieeffiziente Steuerung
Multivariabel und energieeffizient
-
Sensoren, Ladekabel und Cybersicherheits-Zertifizierung
Zertifizierte, sichere Entwicklungsprozesse
-
OPC UA als Enabler für Data Spaces und KI
Semantische Standards
-
Multilevel-Technologie vermeidet LC-Filter und senkt Energiekosten
Drei Level für weniger Verluste

















