iEj: Welche Eigenschaften kennzeichnen TTEthernet? Dr. Markus Plankensteiner: TT steht für time-triggered (zeitgesteuert) und bedeutet, dass zeitkritische Nachrichten nach einem genauen Zeitplan über das Netzwerk transportiert werden. So lässt sich TTEthernet auch für die höchste Sicherheitsklasse einsetzen, bei der das Leben von Menschen von der zuverlässigen Funktion eines Systems abhängen kann. Außerdem ist TTEthernet offen für alle bekannten, auf klassischem Ethernet verwendeten Protokolle. Das heißt, dass am gleichen Netzwerk Web-Anwendungen, IP-Sprachübertragung, Telemetriedaten, Multimediastreams und Diagnoseinformationen übertragen werden können. Auch Standard-LAN-Anwendungen können das Netzwerk verwenden. Die zeit- und sicherheitskritischen Daten haben immer Vorrang, unabhängig von Systemauslastung oder -zustand. Prinzipiell ist TTEthernet für den Einsatz von sicherheitsrelevanten und hochverfügbaren Anwendungen definiert und entwickelt worden. Während Sicherheitskonzepte bei gängigen Echtzeit-Ethernetlösungen über einen zusätzlichen Softwarelayer abgedeckt werden, sind Sicherheits-, Determinismus- und Redundanzkonzepte integraler Bestandteil von TTEthernet als Layer 2 QoS (Quality of Service) implementiert und damit Teil des Netzwerk-Layers und der Hardware. Zertifizierungen und Architekturen, die in Richtung ausfallsichere Netzwerke gehen, sind damit einfacher und kostengünstiger durchzuführen. iEj: Welche Vorteile bietet dieses Sicherheitskonzept den Anwendern? Dr. Markus Plankensteiner: Mittlerweile unterstützen die meisten Echtzeit-Ethernet-Systeme für die Automatisierung auch sicherheitsrelevante Anwendungen. Die Schwerpunkte in diesem Bereich liegen auf der sicheren Erkennung von gefährlichen Zuständen in Maschinen und Anlagen sowie der Verhinderung von Unfällen und Beschädigungen. Die bisherigen Sicherheitsanforderungen in der Automatisierung unterscheiden sich wesentlich von jenen in z.B. Automobilen, Flugzeugen oder Zügen. Können Maschinen in kritischen Situationen durch die Sicherheitstechnik zum Stillstand gebracht werden, so ist dies bei Anwendungen, bei denen Menschenleben im Spiel sind, nicht immer möglich. Dort muss auch im Fehlerfall ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Die Motivation für die Fortführung eines sicheren Betriebs im Fehlerfall kommt entweder durch die Gefährdung von Menschenleben oder durch den potenziellen Verlust von Zeit und Geld, die durch einen Stillstand einer Anlage hervorgerufen wird. So werden hochverfügbare Systeme u.a. für große Offshore-Windturbinen gefordert, bei denen eine kostengünstige Wartung aufgrund der Distanz zum Festland nur schwer möglich ist. iEj: Können mit TTEthernet anspruchsvolle Echtzeit-Anwendungen realisiert werden? Dr. Markus Plankensteiner: Von den technischen Eckdaten her unterstützt TTEthernet alle gängigen Echtzeit-Anwendungen. An Bandbreite stehen 100MBit/s und 1GBit/s zur Verfügung; Distanzen sind bis zu 100km möglich; sowohl hardware-basierte als auch kostengünstige software-basierte Knoten stehen zur Verfügung; Stern-, Linien- und Baumtopologien können aufgebaut werden; es besteht keine Einschränkung bei der maximalen Anzahl von Knoten; für Systeme mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen können zweifach aber auch dreifachredundate Netzwerke realisiert werden. Ein Quality of Service (QoS) wird damit auch bei Mehrfachfehlern garantiert. iEj: Für welche Anwendungen eignet sich TTEthernet mit diesen Eigenschaften? Dr. Markus Plankensteiner: TTEthernet ist eine ideale Kommunikationslösung für Anwendungen, in denen Hochverfügbarkeit und Ausfallsicherheit eine zentrale Rolle spielen. Das ist unabhängig von Branchen und Marktsegmenten zu sehen. Neben unseren Kernmärkten Automobil- und Luftfahrtindustrie liegt unser Fokus vor allem auf den Energiebereich wie z.B. Off-Shore-Windturbinen und Smart Grids sowie auf einzelnen Segmenten im Bereich der Robotik und Medizintechnik. Als mögliche weitere Einsatzfelder sehen wir den Eisenbahnbereich, klassische Industriesteuerungen und Prozessautomatisierung. iEj: Und welche Anwender setzen TTEthernet derzeit ein? Dr. Markus Plankensteiner: TTEthernet wird u.a. als Backbone-System im NASA Raumschiff Orion, dem Nachfolger des Space Shuttle, eingesetzt. Ausschlaggebend für den Einsatz von TTEthernet waren u.a. die Skalierbarkeit und Konformität entsprechend internationaler Standards. Außerdem sind die komplexen Anforderungen verteilter Systeme in der Raumfahrttechnik mithilfe von TTEthernet realisierbar. Das System gewährleistet die Integration mit anderen Ethernet-basierten Netzwerken oder bestehenden Systemen und ermöglicht eine verteilte Kontrolle mit der Möglichkeit, auch Daten-intensive, Mission-critical Anwendungen gemeinsam mit Kontrollanwendungen in einem System zu realisieren. Ein weiteres typisches Anwendungsgebiet sind hochverfügbare Systeme, bei denen ein Ausfall mit hohen Kosten verbunden ist, z.B. Safety-Management-Systeme. Darüber hinaus gibt es Prototypprojekte in der Automobilindustrie. iEj: Regional betrachtet: Wo ist TTEthernet verbreitet, wo besteht noch Wachstumspotenzial? Dr. Markus Plankensteiner: Geografisch fokussieren wir uns auf Europa, die USA und einige Länder in Asien. Das ist deckungsgleich mit unseren bestehenden Niederlassungen und Vertriebsstätten. Heute haben wir Anwender von TTEthernet vor allem in den USA aus dem Bereich der Luftfahrt und Kunden aus der Industrie in Europa. Interessant in diesem Zusammenhang ist, dass wir aktuell eine Reihe von Anfragen vor allem im Kraftwerksbereich aus Japan bekommen haben. Nach dem Erdbeben wird von der Regierung für einige Bereiche gefordert, dass Systeme eingesetzt werden, die hochverfügbar sind und die auch im Fehlerfall weiter funktionieren müssen. iEj: An welchen Entwicklungen arbeiten Sie derzeit? Dr. Markus Plankensteiner: Es werden laufend neue Produkte im Rahmen von Projekten für Leitkunden entwickelt und für den allgemeinen Markt zur Verfügung gestellt. Derzeit arbeiten wir an Switches und E/A-Modulen, die nach IEC61508 für hochverfügbare Systeme zertifizierbar sind. (afs) Das Interview wurde im Mai 2011 geführt. Kasten: Im Detail: TTEthernet Die Entwicklung für TTEthernet wurde 2001 begonnen; seit 2010 ist TTEthernet in der Serie eingesetzt. Das Chip IP steht heute in der fünften Generation zur Verfügung. Das TTEthernet IP wurde nach internationalen Qualitätsstandards und -richtlinien wie RTCA DO-254, RTCA DO-178B und IEC61508 entwickelt. TTEthernet wurde in den ersten Jahren der technischen Entwicklung vor allem von TTTech vorangetrieben. Die Motivation war, eine Echtzeit-Ethernet-Lösung für den Einsatz in sicherheitsrelevanten und hochverfügbaren Systemen zu definieren, aber auch eine komplette Verschmelzung mit anderen Standard-Ethernet-basierten Applikationen zu ermöglichen. TTEthernet ist eine Kommunikationstechnologie auf Basis des Ethernet-Standards IEEE802.3 mit einem zeitgesteuerten Synchronisationsservice und kompatibel mit IEEE802.3. Damit können TTEthernet-Switches als normale IEEE802.3 Switches eingesetzt werden, wodurch TTEthernet als Erweiterung bestehender Standard-Ethernetsysteme gesehen werden kann. Standard-Ethernet wird um Mechanismen der Zeitsteuerung ergänzt, ohne dass existierende Anwendungen oder höhere Layers beeinflusst werden. Nur die Anwendungen, die dieses QoS nutzen, werden spezielle hard real-time-Fähigkeiten bekommen. Standard-Ethernet wird nicht modifiziert, sondern nur ein zusätzliches zeitgesteuertes Service ermöglicht den Wandel in ein deterministisches Netzwerk. Die zeitgesteuerte Kommunikation entspricht dem SAE AS6802-Standard. Die Daten werden bei TTEthernet nach diesem Standard zeitgesteuert über das gesamte Netzwerk übertragen. Sender, Empfänger und alle dazwischen liegenden Komponenten wissen auf Grund eines vorkonfigurierten Fahrplans, zu welchem Zeitpunkt welche Daten von wo wohin übertragen werden sollen. Quittierungen sind nicht notwendig, da der Zeitplan jedem Teilnehmer vorliegt. Fehlende Daten werden auf diese Weise erkannt, und das System kann darauf sicher reagieren. Zusätzlich zum SAE AS6802-Synchronisationsalgorithmus besteht eine Kompatibilität mit IEEE1588. Bei TTEthernet ist kein einzelner Master für die Zeitsynchronisierung verantwortlich. Die Masterfunktion ist über mehrere Knoten verteilt (\’multiple master\‘ ohne Prioritäten und ohne Suche nach einem \’best master\‘). Alle Master im System bilden einen fehlertoleranten Master.
TTTech Industrial Automation AG
