Topologie mit Kammstruktur

Das Szenario für die Kammstruktur besteht aus acht Teilnehmern in der Hauptlinie und jeweils zehn Teilnehmern in den Abzweigen. Die Teilnehmer in den Abzweigen werden jeden achten Zyklus und die Teilnehmer in der Hauptlinie in jedem Zyklus bedient. Es zeigt sich, dass Profinet aufgrund des genutzten Prinzips der individuellen Frames die Anforderungen von komplexeren Anlagenstrukturen flexibel berücksichtigen kann. Da Ethercat immer alle Teilnehmer zweimal durchlaufen muss, wird die Laufzeit gegenüber dem einfachen zielgerichteten Durchlauf bei Profinet länger. Profinet ist in diesem Szenario sowohl bei kleinen als auch großen Datenmengen pro Teilnehmer im Vorteil. Die absolute Differenz der Zykluszeiten beider Systeme wächst hier quadratisch mit der Zahl der Teilnehmer.

Das Szenario der einfachen Sensor-Aktor-Vernetzung mit reiner Linienstruktur und 100 Mbit/s wurde mit 50 Teilnehmern betrachtet. Hier ist Profinet für größere Datenmengen im Vorteil. Bei kleinen Datenmengen, wie bei einfachen Sensoren und Aktoren üblicherweise der Fall, bietet Ethercat Vorteile.

Geschwindigkeitserhöhung für Profinet

Im Rahmen des BMBF-Projekts „Echtzeit-Ethernet für die Sensor-Aktor-Vernetzung“, welches am Institut Industrial IT der Fachhochschule Lippe und Höxter durchgeführt wird, wurde gemeinsam mit den Verbundpartnern nach Lösungen für kompatible Optimierungsansätze gesucht, um Profinet zu dem schnellsten Echtzeit-Ethernet-System zu machen, und zwar unabhängig von der jeweils genutzten Topologie. Hierbei ist es notwendig, dass beide Zeitkomponenten, Laufzeit und Frameübertragungszeit, verkleinert werden. Es werden derzeit Verfahren spezifiziert und getestet, mit denen man zum einen die Laufzeit durch Verringerung der Durchleitezeit der Teilnehmer positiv beeinflussen kann und gleichzeitig den Telegramm-Overhead reduziert.

Beide Maßnahmen entfalten unter Anwendung des sogenannten „Windschatteneffekts“ ihre optimale Wirkung. Hierbei kann die Zykluszeit dann minimiert werden, wenn die Frames zum physikalisch letzten Teilnehmer als Erstes und zum direkt benachbarten Teilnehmer als Letztes gesendet werden. Ist die Bedingung erfüllt, dass die Summe aus Durchleitezeit eines Teilnehmers und Verzögerung auf dem Medium kleiner ist als die Frameübertragungszeit, so stellt sich ein Windschatteneffekt ein. Die Ergebnisse dieses Projekts werden in Form eines Demonstrators zur Hannover Messe 2008 präsentiert.

Es wird allgemein erwartet, dass die Echtzeit-Ethernet-Systeme auch von der Weiterentwicklung des Standard-Ethernets profitieren. Würde man unter ansonsten gleichen Bedingungen, wie bei dem obigen Szenario der einfachen Sensor-Aktor-Vernetzung, die Bitrate auf 1 Gbit/s erhöhen, so wäre Profinet schon in seiner jetzigen Ausprägung auch für die einfache Sensor-Aktor-Vernetzung einem Ethercat-System überlegen.