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Ethercat Technology Group: Ethercat im TSN-Netz

Die Ethercat Technology Group (ETG) hat angekündigt, Ethercat um TSN-Technologien zu ergänzen. Damit sollen die Einsatzmöglichkeiten von Ethercat in heterogenen Netzwerkumgebungen erweitert werden.

Guido Beckmann Bildquelle: © Ethercat Technology Group

Guido Beckmann, ETG: „Mit unserer Technologieerweiterung nutzen wir TSN genau dort, wo es tatsächlich deutliche Vorteile bringt: im Fabriknetzwerk.“

Mit Hilfe von TSN können laut Dr. Guido Beckmann, Chairman des ETG Technical Committees, Steuerungen mehrere Ethercat-Segmente echtzeitfähig über Ethernet-Netze hinweg ansprechen. Das Ethercat-Device-Protokoll bleibe dabei vollständig erhalten, das heißt es sind keinerlei Änderungen an den Slave-Geräten erforderlich. Um TSN erweitert werde zudem das Ethercat-Automation-Protokoll für die Kommunikation zwischen Steuerungen, die damit noch deterministischer werde.

Die ETG hat die Technologieerweiterung in Form eines Profils spezifiziert. Konkret nutzt Ethercat die TSN-Streams mit beliebigen Datenraten zur echtzeitfähigen Kommunikation oberhalb von Ethercat-Segmenten. Im Segment selbst ändere sich nichts. Die Stream-Anpassung zur Anbindung des Segmentes an das heterogene TSN-Netzwerk erfolgt entweder im letzten TSN-Switch oder im ersten Ethercat-Slave-Gerät. Sie betrifft die Identifikation der Ethercat-Datenströme im TSN-Netzwerk sowie die Synchronisierung und läuft wie folgt ab: Jeder Stream besitzt in TSN eine im Netzwerk eindeutige Stream-ID, die sich aus der verwendeten Destination-MAC-Adresse definiert. Sendet der Ethercat-Master ein Ethernet-Frame an das Ethercat-Segment (wird durch die Stream-ID adressiert). Anschließend wird dieses Telegramm direkt und ohne Anpassungen durch das Segment geleitet und dort on-the-fly verarbeitet. Auf dem Rückweg wird es automatisch im ersten Slave zurück in Richtung Ethercat-Master verschickt. Hier ist nun eine Anpassung der Stream-ID beziehungsweise der MAC-Adresse notwendig. „Dadurch können die TSN-Switche den Rückkanal eindeutig erkennen und das Frame  zeitgesteuert wieder an den Ethercat-Master routen“, so Beckmann. Für eine durchgängige Synchronisierung muss zudem die IEEE-802.1AS-Zeit auf die im Ethercat-Netzwerk verwendete Distributed-Clock-Zeit abgebildet werden.

Der Ethercat-Master muss sich lediglich mit dem TSN–Takt synchronisieren und die Destination-MAC- Adresse entsprechend einstellen. Der Vorteil von TSN ist Beckmann zufolge, dass nun eine Ethernet-Schnittstelle multifunktional einsetzbar ist – sprich über das heterogene Netzwerk auch weitere Ethernet-Komponenten über die gleiche Schnittstelle angesprochen werden können: „Dies setzt allerdings aber eine kleine Zwischenschicht im Ethernet-Treiber voraus, was bei den meisten Ethercat-Mastern aber eine lösbare Aufgabe ist.“

Da bei Ethercat ein einziges Frame genüge, um mit einem gesamten Segment und damit einem ganzen Feldbusnetzwerk zu kommunizieren, sei Ethercat geradezu prädestiniert zur Kombination mit TSN-Netzwerken. „Wir erreichen dies ohne unsere Technologie selbst auf links ziehen zu müssen“, betont Beckmann und ergänzt auf Nachfrage: „Das heißt wir definieren kein neues Ethercat-Protokoll, sondern definieren an den Übergängen zwischen TSN und Ethercat lediglich eine Adaptionsschicht, die nur eine geringe Komplexität aufweist und in die TSN-Switche integrierbar ist. Für das Ethercat-Segment bleibt somit alles beim Alten. Oder anders gesagt: TSN bearbeitet die Felder im Ethernet-Frame, die Ethercat nicht antastet und umgekehrt. Für den Ethercat-Anwender ist somit TSN völlig transparent.“