Isochronous Real-Time-Kommunikation (IRT)
Für besonders anspruchsvolle Aufgaben steht die Hardware unterstützte Echtzeitkommunikation Isochronous Real-Time (IRT) zur Verfügung – beispielsweise für Motion Control-Applikationen und High Performance Anwendungen in der Factory Automation. Die IRT-Kommunikation basiert auf folgenden Voraussetzungen: – Die Kommunikation läuft ausschließlich innerhalb eines Netzwerk-Segments ab. – Die Aufteilung des Buszyklus erfolgt in eine IRT-Phase (\’red interval\‘) und eine nachfolgende nicht-isochrone Phase (\’green interval\‘). – Für IRT muss eine Zeitsynchronisation unterstützt werden. Hierfür ist bei Profinet das PTCP-Protocol nach IEC 61158 implementiert. Die Genauigkeit der Zeitsynchronisation hängt von der Applikation ab und liegt in der Regel bei <1µs.
ASIC-Technologie
Für die IRT-Kommunikation sind spezielle Hardware-Vorkehrungen in Form von ASICs mit integrierter Switch-Funktionalität und Zyklus-Synchronisation erforderlich, da die handelsüblichen Industrie-Switches kein Echtzeitverhalten für taktsynchrone Antriebsregelungen bieten können. Die Sende-Intervalle der Feldgeräte können durch den Anwender flexibel gestaltet werden. Die jeweiligen Übergänge zwischen den Intervallen werden von der Hardware überwacht. Der Übergang zwischen dem \’green interval\‘ und dem \’red interval\‘ wird als \’orange interval\‘ bezeichnet. In diesem Intervall entscheidet der ASIC, ob ein zu sendendes TCP/IP UND UDP/IP-Frame noch weiter geleitet werden kann, ohne dass der Beginn des nächsten \’red interval\‘ verzögert wird. Wird IRT-Kommunikation in einer Anlage benötigt, muss die Busbandbreite beim Engineering in einen IRT-Teil und einen TCP/IP, UDP/IP incl. RT-Teil aufgeteilt werden. Heute stehen ASICs der Firmen Hilscher, Phoenix Contact und Siemens zur Verfügung, die das Industrial Ethernet um das hardwaregestützte Synchronisationsverfahren von Profinet mit isochroner Realtime (IRT) erweitern. Mit Hilfe von ASICs können Motion Controller und Antriebe einfach und ohne großen Aufwand IRT-tauglich gemacht werden.
Profinet IO
Dezentrale Feldgeräte werden durch Profinet IO in die Kommunikation eingebunden. Dabei wird die gewohnte I/O-Sicht von Profibus beibehalten, bei der die Feldgeräte ihre Peripherie-Daten zyklisch in das Prozess-Abbild der Steuerung übertragen. Profinet IO unterscheidet zwischen Profinet IO-Controllern und den ihnen zugeordneten Profinet IO-Devices. Diese werden von den Controllern beim Hochlauf initialisiert und parametriert. Zusammen mit seinen Devices bildet ein Controller ein Profinet-basiertes I/OA-System. Bei Profinet erfolgt die zyklische Kommunikation zwischen einem Profinet IO-Controller und seinem Profinet IO-Device wie bei Profibus über das Prozessabbild. Dieses wird in definierten Zyklen aktualisiert – je nach Anforderung und Geräteeigenschaft mit Realtime (RT) oder Isochronous Realtime (IRT). Profinet ermöglicht darüber hinaus die Kommunikation zwischen Devices oder Controllern verschiedener I/O-Systeme. Profinet IO beschreibt ein Gerätemodell, das sich an den Grundzügen von Profibus orientiert und aus Steckplätzen (Slots) und Gruppen von I/O-Kanälen (Subslots) besteht. Die technischen Eigenschaften der Feldgeräte sind durch eine sogenannte GSD (General Station Description) auf XML-Basis beschrieben. Das Engineering von Profinet IO erfolgt genauso wie es Systemintegratoren von Profibus seit Jahren gewohnt sind. Dabei werden die dezentralen Feldgeräte bei der Projektierung einer bzw. mehreren Steuerungen zugeordnet.
