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Ethercat macht mobil

Text: Dr. Guido Beckmann, Ethercat Technology Group
Die Nutzung von Automatisierungs- und Informationstechnik im Bereich mobiler ­Automation führt dank neuer Funktionen ­zunehmend zu erhöhten Ertragsdaten sowie gesteigerter Energieeffizienz. Als Ethernet-Feldbus ist Ethercat für den mobilen ­Einsatz bestens geeignet.

Die Bordnetzarchitekturen mobiler Anwendungen sind heute hoch komplex. Hardware wird häufig von Software ersetzt, was zahlreiche Sensorinformationen benötigt, um in unterschiedlichen Arbeitssituationen flexibel zu bleiben. Als offenes, echtzeitfähiges Kommunikationssystem eignet sich Ethercat bestens für den Einsatz in mobilen Anwen­dungen.

Einheitliche Bordnetzarchitektur

Bordnetze bestehen meist aus gekoppelten Kommunikationssystemen. Die Steuergeräte in Fahrzeugen werden über verschiedene Systembusse verbunden, was unterschiedliches Know-How bezüglich Installation, Wartung sowie Einsatz von Gateways erfordert. Ethercat ermöglicht die Reduzierung der Bordnetzarchitektur auf einen Standard mit einer Bandbreitennutzung von bis zu 97 Prozent sowie extrem kurzen Zykluszeiten unter 50 µs.

Geräte mit unterschiedlichen Echtzeitanforderungen können ohne gegenseitige Beeinflussung im selben Netzwerk betrieben werden. So entsteht eine bordnetzweite Kommunikation und Deterministik: Prozess-, Parameter- und Bedarfsdaten können über den gleichen Draht übertragen werden, was die Architektur vereinfacht und Kosten spart. Ethercat unterstützt die präzise Gerätesynchronisierung über den Bus. Zudem können neue Algorithmen zur Ertragssteigerung angepasst und nachgerüstet werden. Hybride Antriebssysteme aus Verbrennungsmotoren und elektrischen Antrieben ermöglichen Konzepte zur Energierückspeisung. Durch die Übertragung von Energiemanagementdaten in Echtzeit trägt Ethercat zu höherer Effizienz und Emissionsreduktion bei.

Flexibilität im Lifecycle

Da Ethercat weder Switches noch Hubs benötigt, sind Bustopologie sowie Knotenzahl praktisch uneingeschränkt. Eine kostenoptimierte Anpassung an Fahrzeugausbaustufen ist somit möglich, da in jeder Phase des Lebenszyklus die Topologie flexibel erweitert werden kann. Der automatische Netzwerk-Scan beim Hochlauf ersetzt eine manuelle Bordnetzplanung der Busteilnehmer. Knoten und Segmente können dank Hot Connect im laufenden Betrieb ab- und angekoppelt werden und so für optionale beziehungsweise austauschbare Anbaugeräte genutzt werden. Für Leitungsredundanz wird die Linie zum Ring ergänzt. Der Master benötigt dazu nur einen zweiten Ethernet-Port. Auch Master-Redundanz mit Hot Standby-Funktionen ist mit Ethercat möglich; die Verfügbarkeitsanforderungen mobiler Anwendungen werden erfüllt. Wegen der Bandbreite können klassische Feldbusse über ein Gateway als Subbussystem genutzt werden. Die schrittweise Umsetzung auf Ethercat und die Einbindung von Komponenten ohne Ethercat-Schnittstelle sind somit möglich.

Diagnose und Safety inklusive

Ethercat verfügt über viele systeminhärente Diagnose­eigenschaften. Zudem sorgt FSoE (Safety-over-Ethercat) für die nötige Sicherheit. Zur Diagnose des Netzwerks werden bei Ethercat Fehlerzähler in den Slaves inkrementiert und vom Master analysiert. Für die Überwachung des Ethernet-Verkehrs können kostenfreie Tools herangezogen werden, da Ethercat Standard-Ethernet-Telegramme nutzt. Auf Applikationsebene werden zur Diagnose Sensor-Informationen genutzt. Gerade wenn viele Daten unterschiedlicher Teilnehmer analysiert werden müssen, ist Ethercat von Vorteil, da Spezial-Hardware durch Software-Module in der Steuerung ersetzt werden kann. Das Transportmedium wird bei FSoE als Black Channel gesehen und ist nicht Teil der Sicherheitsbetrachtung. Das Kommunikationssystem bleibt einkanalig und überträgt nebeneinander sichere und Standardinformationen. Die Übertragungsstrecke ist dabei nicht auf Ethercat beschränkt.

Connectivity

Der stete Onlinezugriff auf die Fahrzeuginformationen wird heute vom Anwender erwartet. Ethercat bietet alle notwendigen Komponenten mit einer einheitlichen Schnittstelle, gleiches gilt häufig für Testsysteme und Prüfstände, was die Ankopplung vereinfacht. Es ermöglicht den Durchgriff auf alle Komponenten und ist dank der genutzten Protokolle wie etwa CAN Applikation protocol over Ethercat (CoE) günstig implementierbar. Mit Ethernet over Ethercat (EoE) kann beliebiger Ethernet-Datenverkehr im Ethercat-Segment transportiert werden, was der Diagnose per TCP/IP und Webserver dient. Zur Kopplung von Fahrzeugen mittels Funkkommunikation wird das Ethercat Automation Protocol (EAP) verwendet.

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