Innovationsgenerator auf Hochtouren

Auf der SPS IPC Drives gibt es vom Automatisierungsunternehmen ­Beckhoff wieder ein Feuerwerk an Innovationen, die vom Motion-Bereich über die Steuerungstechnik bis zu Ethercat reichen. openautomation hat sich im traditionellen Jahresgespräch im Vorfeld der Messe bei Geschäftsführer Hans Beckhoff über die Neuheiten informiert.

Hans Beckhoff ist Geschäftsführender Inhaber der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG in Verl (Bild: Beckhoff)

15 Jahre Ethercat

Ethercat befindet sich in einem Jubiläumsjahr. „Im Jahr 2003 haben wir Ethercat auf der Hannover Messe vorgestellt“, erinnert sich der Unternehmer. „Damals hat es die Automatisierungsspezialisten überrascht und begeistert. Wir haben Ethercat speziell für die Automatisierungstechnik, insbesondere für schnelle Automatisierungsaufgaben mit einem hohen Motion-Anteil spezifiziert und entwickelt. Gleichzeitig wurde das System auf einfachste Handhabbarkeit hin optimiert.“ Ein normaler Ethernet-RJ45-Port am Rechner reichte nun aus, um auch komplexe Maschinen mit umfangreichen Prozessabbildern sicher und schnell mit der CPU zu verbinden.

„Eine spezielle Kommunikationskarte für den Protokoll-Stack, wie sie zu der Zeit durchaus üblich war, war plötzlich nicht mehr notwendig“, betont H. Beckhoff. „Viele Teilnehmer mit kleinen und großen Datenmengen von 2 bit bis 64 kB können in einer Linienstruktur auf einfachste Art und Weise zusammengeschaltet werden, Adresseinstellungen werden hierfür nicht benötigt.“

Diese Eigenschaften haben die Automatisierungswelt überzeugt und Ethercat zu einem weltweiten Standard und Erfolg gemacht. „Über 5.000 Unternehmen sind bis heute der Ethercat Technology Group beigetreten“, weiß der Diplom-Physiker. „In vielen Ländern ist Ethercat zu einem der meist genutzten Automatisierungsstandards geworden.“ Bei allen technischen Vorzügen hat sich Ethercat zudem auch als ungemein stabil erwiesen. „Die Protokolldefinition und die Umsetzung ist vor 15 Jahren so perfekt gelungen, dass seither keine Änderungen am Ethercat-Protokoll notwendig wurden. Diese hohe Stabilität und die Leistungsfähigkeit von Ethercat ist die Basis für die Nutzung in den Produktreihen vieler Automatisierungshersteller.“

„Nun ist es Zeit für einen nächsten Schritt“, fährt H.?Beckhoff fort. Zur Nürnberger Messe hebt Beckhoff das Performance-Level von Ethercat kräftig an und stellt Ethercat G und Ethercat G10 vor. Ethercat G nutzt die 1-Gbit/s-Übertragungsrate des Standard-Ethernets und Ethercat G10 gar die 10-Gbit/s-Übertragungsrate. Gegenüber der jetzt vom Standard-Ethercat benutzten Übertragungsrate von 100 Mbit/s kann so die Übertragungsrate um den Faktor 100 erhöht werden! Diese gewaltige Steigerung in der Übertragungsrate führt auch zu wesentlich mehr Datendurchsatz, wobei die Steigerungsrate hier auch von den Durchlaufverzögerungszeiten und der gewählten Verbindungstopologie abhängt.   

„Ethercat zeichnet sich schon immer durch Leistung und Einfachheit aus“, führt H. Beckhoff aus und ergänzt: „Die Einfachheit behalten wir bei und die ohnehin herausragende Leistung von Ethercat steigern wir noch einmal extrem! Und dieser Leistungssprung wurde ohne Protokolländerung erreicht!“  

H. Beckhoff erläutert weiter: „Ethercat G/G10 ist voll kompatibel zum gewohnten Ethercat. Alle erprobten Prinzipien, wie ‚processing on-the-fly‘ oder ‚Distributed Clocks‘, bleiben erhalten und erlauben zusammen mit der Geschwindigkeitssteigerung noch leistungsfähigere Steuerungen zu realisieren.“

„Ethercat und Ethercat G/G10 lassen sich miteinander verschalten“, erklärt der Geschäftsführer weiter. „Mit dem Koppler EK1400 kann z. B. ein ‚Branch‘ von 1 Gbit/s auf 100 Mbit/s realisiert werden. Das Branchkonzept mit einer einfachen Branchverwaltung ermöglicht Ethercat-Abzweige und Geschwindigkeitsumsetzungen und erlaubt darüber hinaus die Parallelisierung von Ethercat-Segmenten. Letzteres ermöglicht zudem eine kräftige Reduzierung der Signallaufzeiten und damit der Kommunikations- und ­Zykluszeiten. „Dieser Koppler und weitere sogenannte Branch-Devices sind vorgesehen, um die komplette 100-Mbit/s-Gerätevielfalt nahtlos in ein 1- oder 10-Gbit/s-Netzwerk einzubinden.“ Die Zykluszeiten für Standard-SPS-Anwendungen werden kürzer und komplexe Motion-Applikationen können mit noch mehr Achsen realisiert werden, datenhungrige Geräte lassen direkt in ein Ethercat-System einbinden. „Vision-Kameras oder Messtechnikgeräte mit hohen Sampleraten produzieren hohe Datenmengen, die nun auch in bekannter effizienter Ethercat-Weise mit kurzen ­Zykluszeiten eingelesen werden können.“

H. Beckhoff freut sich: „Mit Ethercat G und G10 erreichen wir neue Performance-Level, die unseren Kunden helfen, die besten und performantesten Maschinen der Welt zu bauen!“ Er weist aber auch deutlich darauf hin, dass Ethercat G und G10 nicht das erfolgreiche Standard-Ethercat auf Basis von 100 Mbit/s ablösen soll. Beide Leistungsstufen seien als systemkonforme Ergänzungen nach oben zu verstehen. So stellt Beckhoff für das Standard-Ethercat auch zwei neue Kommunikations-IC vor, die sich durch ein schnelleres Dateninterface, geringeren Energieverbrauch, aber auch durch Kompatibilität zu den Vorgängern auszeichnen und die natürlich weltweit allen Ethercat-Geräteherstellern zur Inte­gration in ihre Geräte zur Verfügung stehen.

Auch die Echtzeitkommunikation über Standard-Ethernet ist für Beckhoff-Automatisierungstechnik eine interessante Option. Bereits 1996 hat Beckhoff mit einem hauseigenen Real-Time-Ethernet-Protokoll und dem Klemmen-Buskoppler BK9000 Steuerungszykluszeiten von 1?ms erreicht. Die aktuell in der Entwicklung befindliche TSN-Switch-Technologie erlaubt vielen ethernetbasierenden Protokollen eine weiter verbesserte Echtzeitfähigkeit. Beckhoff unterstützt daher die aktuell intensiv diskutierte Etablierung von TSN als gemeinsame Technologiebasis aller Feldbusorganisationen. Die Kompatibilität von Ethercat zu TSN zeigt Beckhoff mit dem Buskoppler EK1000, der es erlaubt, Ethercat-Segmente elegant und einfach an beliebige TSN-Switches anzuschließen. Der Koppler unterstützt die Übertragung von Ethercat über ein geswitchtes Ethernet-Netzwerk und verbindet TSN (Time Sensitive Networking) mit dem breiten IO-Spektrum der Ethercat-Klemmen. Auf der Steuerungsebene und darüber können Maschinenbauer so die TSN-Standards und auf der Feldebene Ethercat mit überlegener Performance nutzen.