Kompatibilitätsverfahren für Profinet-Hardware mit Ethernet Time Sensitive Networks
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Beschreibung
Die Vernetzung von industriellen Produktionssystemen soll in Zukunft auf Basis von Ethernet Time Sensitive Networks (TSN) umgesetzt werden. Die Einführung einer neuen Netzwerktechnik in die Feldebene der industriellen Produktion stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar, da neben Netzwerkfunktionen eine echtzeitfähige Implementierung von Protokollen und spezifischen Anwendungen in die Feldgeräte erforderlich ist. Bei häufig geringen Stückzahlen der anwendungsspezifischen Geräte sind derartige Neuentwicklungen häufig wirtschaftlich nicht tragbar. Migrationsstrategien kommt daher eine entsprechend große Bedeutung zu.
Die Forschungsfrage dieser Arbeit lautet: Wie können bestehende Geräte des Echtzeit-Ethernet-Systems PROFINET mit den geforderten Funktions- und Leistungsmerkmalen wie Zeitsynchronisation und synchronisierte Kommunikation kompatibel mit Ethernet TSN-Netzwerken genutzt werden? Der Autor entwickelte Kompatibilitätsverfahren, mit denen diesmöglich wird. Das zentrale Kompatibilitätsverfahren ist der Ethernet TSN-kompatible Bridging-Modus Time Aware Forwarding (TAF), der zeitgesteuerte Kommunikation auf der Basis der Empfangszeit zeitrichtig weiterleitet und per Softwareupdate auf bestehender PROFINET-Hardware implementiert werden kann. Diese Geräte können damit in TSN-Netzwerke integriert werden und synchronisierte Kommunikation mit einem Jitter kleiner als 1 µs nutzen.
Der AutorSebastian Schriegel absolvierte eine Berufsausbildung als Kommunikationselektroniker und studierte anschließend an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe Elektrotechnik (Dipl.-Ing. FH) und Mechatronische Systeme (M.Sc.). Er arbeitet bei Fraunhofer IOSB-INA in Lemgo und schloss 2021 eine Promotion an der Universität Bielefeld (Dr.-Ing.) ab.
Die Vernetzung von industriellen Produktionssystemen soll in Zukunft auf Basis von Ethernet Time Sensitive Networks (TSN) umgesetzt werden. Die Einführung einer neuen Netzwerktechnik in die Feldebene der industriellen Produktion stellt jedoch eine besondere Herausforderung dar, da neben Netzwerkfunktionen eine echtzeitfähige Implementierung von Protokollen und spezifischen Anwendungen in die Feldgeräte erforderlich ist. Bei häufig geringen Stückzahlen der anwendungsspezifischen Geräte sind derartige Neuentwicklungen häufig wirtschaftlich nicht tragbar. Migrationsstrategien kommt daher eine entsprechend große Bedeutung zu.
Die Forschungsfrage dieser Arbeit lautet: Wie können bestehende Geräte des Echtzeit-Ethernet-Systems PROFINET mit den geforderten Funktions- und Leistungsmerkmalen wie Zeitsynchronisation und synchronisierte Kommunikation kompatibel mit Ethernet TSN-Netzwerken genutzt werden? Der Autor entwickelte Kompatibilitätsverfahren, mit denen dies möglich wird. Das zentrale Kompatibilitätsverfahren ist der Ethernet TSN-kompa¬tible Bridging-Modus Time Aware Forwarding (TAF), der zeitgesteuerte Kommunikation auf der Basis der Empfangszeit zeitrichtig weiterleitet und per Softwareupdate auf bestehender PROFINET-Hardware implementiert werden kann. Diese Geräte können damit in TSN-Netzwerke integriert werden und synchronisierte Kommunikation mit einem Jitter kleiner als 1 µs nutzen.
Optimiert die Integration von bestehenden PROFINET-Geräten in TSN-Netzwerke Ermöglicht eine frei Wahl der Topologie inklusive der Position der bestehenden Geräte Analysiert die Kompatibilität von Ethernet TSN und PROFINET-Hardware
Autor*in
Sebastian Schriegel
Themen in »Kompatibilitätsverfahren für Profinet-Hardware mit Ethernet Time Sensitive Networks«
Ethernet TSN Migration Profinet-Hardware Kompatibilitätsverfahren IEC/IEEE 60802 Ethernet standard