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Echtzeit-Ethernet - eine Potentialanalyse - Prof. Dr. Jürgen Jasperneite inIT - Institut Industrial IT Fachhochschule Lippe und Höxter D-32657 Lemgo

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Präsentation zum Thema: "Echtzeit-Ethernet - eine Potentialanalyse - Prof. Dr. Jürgen Jasperneite inIT - Institut Industrial IT Fachhochschule Lippe und Höxter D-32657 Lemgo"—  Präsentation transkript:

1 Echtzeit-Ethernet - eine Potentialanalyse - Prof. Dr. Jürgen Jasperneite inIT - Institut Industrial IT Fachhochschule Lippe und Höxter D-32657 Lemgo juergen.jasperneite@fh-luh.de

2 2 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Einleitung Zwischenbericht zur Potentialanalyse des BMBF- Projektes Echtzeit-Ethernet in der Sensor/Aktorvernetzung (ESANA) FKZ 1742X06 Performance und Einfachheit Verbund: Phoenix Contact, Blomberg Siemens, Erlangen MAZeT, Jena TU Berlin, Lehrstuhl Mikroelektronik inIT –Institut Industrial IT, Lemgo Laufzeit: 10/2006 - 4/2008

3 3 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Motivation Industrial Domain Realtime Wireless Realtime Ethernet Office Domain time 10 Gbps 1 Gbps 100 Mbps bit rate 199519992001 IEEE802.3 evolution

4 4 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Taxonomie Echtzeit-Ethernet (RTE)

5 5 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Ansätze zur Frameorganisation Summenrahmen In einer Linie effizienteste Methode für Knoten mit kleiner Payload oft zusammen mit Ringtopologie genutzt z.B. EtherCAT Individuelle Frames Address-basierte Zustellung (wie IEEE802.3) Zeitplanung z.B. PROFINET mit IRT PayloadHTTTTHHH

6 6 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Einflußfaktoren der Frameübertragung Ort Zeit TXRX lokale Übernahme Laufzeit Übertragungs- zeit Frame

7 7 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Reale Anlagen erfordern flexible Strukturen Beispiel einer Anlage und resultierende Netztopologie

8 8 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Reale Anlagen erfordern flexible Strukturen Beispiel einer Anlage und resultierende Netztopologie

9 9 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 …. führt häufig zu Linien mit Abzweigen (= Kammstruktur) Modularisierung Unterschiedliche Anforderungen an Updatezeiten der beteiligten Feldgeräte Leitungsredundanz Szenario Kammstruktur: Hauptlinie mit k=8 Stationen in jedem Buszyklus Anlagenteile mit n=10 Teilnehmer in jedem 8. Zyklus Abstand zwischen Teilnehmern jeweils 50 Meter. 1k 1 n..

10 10 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Szenario: Kammstruktur mit 100 MBit/s PROFINET Vorteil PROFINET-Vorteil = Zykluszeit_EtherCAT / Zykluszeit_PROFINET IRT Nutzdaten / Gerät [Byte]

11 11 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 1. Zwischenfazit reale Anlagen erfordern häufig flexible Netztopologien und unterschiedliche Updatezeiten der beteiligten Teilnehmer. in solchen Kammstrukturen ist PROFINET überlegen.

12 12 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Wie sieht es bei der einfachen Sensor/Aktorvernetzung aus? häufig einfache lineare Strukturen (Linie) Szenario Linienstruktur: Linie mit 50 Stationen, jeweils mit 50 Metern Abstand

13 13 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Szenario: Linienstruktur mit 100 MBit/s PROFINET-Vorteil Nutzdaten / Gerät [Byte] Optimierungspotential

14 14 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Optimierungsansätze Ansatz: Beide Zeitkomponenten müssen verkleinert werden. Durchleitezeit in den Teilnehmern verkürzen Telegrammoverhead reduzieren Nutzung des Windschatteneffektes

15 15 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Zukunftssicherheit: Linienstruktur bei 1GBit/s ? PROFINET-Vorteil Nutzdaten / Gerät [Byte]

16 16 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 2. Zwischenfazit von einer Erhöhung der Bitrate auf 1 GBit/s profitiert PROFINET viel stärker als z.B. EtherCat bei 100 MBit/s und kleinen Datenmengen in Linienstrukturen besteht für PROFINET Optimierungspotential durch gezielte kompatible Erweiterungen kann PROFINET auch kleinere Datenmengen deutlich effizienter als alle anderen Ethernet-Ansätze übertragen

17 17 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Wie geht es weiter ? derzeit werden die möglichen kompatiblen Erweiterungen spezifiziert und getestet. zur Hannover Messe 2008 ist im Rahmen des Projektes ein Prototyp geplant, der die Überlegenheit von PROFINET auch in der Linie bei kleinen Datenmengen präsentieren wird.

18 18 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Schlussfolgerungen Im Bereich komplexer Maschinen/Anlagenstrukturen ist die Performance bei PROFINET heute deutlich besser als bei allen anderen Verfahren. Durch gezielte kompatible Erweiterungen von PROFINET kann ein breites Anwendungsfeld unterstützt werden, auch die reine Linienstruktur. Damit skaliert PROFINET von einfachen Strukturen bis hin zu komplexen Anlagen. PROFINET profitiert stärker als andere Systeme von der Ethernet-Evolution und ist damit zukunftssicher.

19 19 / Prof. Dr. J. Jasperneite/ 01.01.2014 Weitere Infos … IEEE Konferenz ETFA in Patras am 25.09.2007


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