Neben zentralen Features wie hoher Performance und Schnelligkeit spielt bei Kommunikationstechnologien für das industrielle Umfeld auch die Verfügbarkeit von Werkzeugen zur Netzwerkdiagnose eine tragende Rolle. Ethercatcat verfügt allerdings bereits systeminhärent über zahlreiche entsprechende Eigenschaften und erfüllt sozusagen schon mit Bordmitteln zwei grundsätzliche Bedingungen an die Diagnose in einem Netzwerk, nämlich schnelle Reaktion und präzise Analyse.
Schnell wissen, wo der Fehler liegt
In einem Ethercat-Netzwerk werden eingehende Telegramme in jedem Knoten auf Fehler überprüft. Nur fehlerfreie Telegramme gelangen zur Applikation. Fehlerhafte Telegramme erhöhen hingegen die Fehlerzähler und werden so gekennzeichnet, dass nachfolgende Knoten ihre Fehlerzähler nicht ebenfalls erhöhen. Solche Telegramme werden auch in der Steuerung, dem Ethercat MainDevice, als fehlerhaft erkannt und verworfen.
Das MainDevice kann durch Auswertung der Zähler Fehler exakt lokalisieren. Zudem erkennt Ethercat seltene Störungen frühzeitig, reduziert deren Auswirkungen und erleichtert so die Fehlerbehandlung. Jedes Datagramm enthält einen Working Counter zur Überwachung der Datenkonsistenz. Adressierte Teilnehmer inkrementieren diesen, sodass das MainDevice prüfen kann, ob alle Teilnehmer die Daten verarbeitet haben.
Dass Ethercat Standard-Ethernet-Telegramme nutzt, welche mit kostenlosen Analyse-Tools ausgewertet können, ist besonders für Entwickler wichtig. Zum Beispiel kann das Tool Wireshark Informationen für Ethercat in Klartext anzeigen. Zusätzlich zu den genannten Diagnosefunktionen bietet die Ethercat Technology Group (ETG) mittels einer entsprechenden Spezifikation (ETG.1510 Profile for Master Diagnosis Interface) eine herstellerunabhängige Diagnoseschnittstelle, welche als Software-Erweiterung jeder Standard-Steuerungsimplementierung hinzugefügt werden kann.
Sicherheit inklusive
In Kommunikationssystemen ist das Thema Safety von großer Wichtigkeit. So erlaubt das sichere Protokoll Safety over Ethercat (FsoE) die Übermittlung nicht nur von Steuerungsinformationen, sondern auch von sicherheitsrelevanten Daten auf ein und demselben Medium. Außerdem bietet es flexible Erweiterungsmöglichkeiten der sicherheitsrelevanten Anlagenstruktur sowie vorgefertigte, zertifizierte Sicherheitslösungen. Darüber hinaus verfügt FSoE über viele Diagnosemöglichkeiten auch für Sicherheitsfunktionen und erlaubt die nahtlose Integration des Sicherheitskonzepts in das Maschinenkonzept. Entwicklungswerkzeuge können sowohl die Programmierung von Standard- als auch von Sicherheitsapplikationen unterstützen.
FSoE wurde gemäß der IEC61508 entwickelt, ist in der IEC61784-3 international standardisiert und kann für Anwendungen bis zu einem Safety Integrity Level SIL 3 eingesetzt werden. Das Transportmedium wird bei FSoE als Black Channel betrachtet und daher nicht in die Sicherheitsbetrachtung einbezogen. Basis-Ethercat bleibt einkanalig und überträgt nebeneinander sichere und Standard-Informationen.
Die FSoE-Frames enthalten die sicheren Prozessdaten sowie zusätzliche Infos zur Datensicherung und werden als Container mit den Prozessdaten der Kommunikation verschickt. Die Übertragungsstrecke ist beliebig und nicht auf Ethercat beschränkt: So kann der Safety-Container über beliebige Feldbusse, Ethernet oder ähnliche Kommunikationstechnologien übertragen werden – unabhängig vom physikalischen Medium, sogar drahtlos.
Diese Unabhängigkeit vereinfacht auch die sicherheitsrelevante Vernetzung von Anlagenteilen. Der Safety-Container wird über die Steuerungen geroutet und im anderen Anlagenteil ausgewertet. Übergreifende Not-Halt-Funktionen sowie gezieltes Stillsetzen von Maschinenmodulen sind somit problemlos durchführbar, auch wenn diese über andere Kommunikationssysteme wie Ethernet miteinander gekoppelt sind. Die Implementierung des Protokolls benötigt nur wenige Ressourcen und kann eine hohe Performance und damit kurze Reaktionszeit erreichen.
Daten unter Strom
Seit seiner Einführung im Jahr 2003 gibt es nur eine einzige Version von Ethercat. Neue Features wurden stets abwärtskompatibel hinzugefügt, ohne die Basis-Technologie zu verändern. Neue Anforderungen werden über die im Laufe der Jahre hinzugekommenen Protokollerweiterungen gemanagt. Soll beispielsweise gemeinsam mit Daten auch Strom übertragen werden, kommt Ethercat P zum Einsatz und für den seltenen Fall, dass die 100MBit/s-Bandbreite von Ethercat nicht ausreicht, gibt es Ethercat G/G10. Bei der Protokollerweiterung Ethercat P erfolgt auch die Spannungsversorgung über eine herkömmliche, vieradrige Ethernetleitung. Protokolltechnisch bleibt Ethercat P jedoch mit Ethercat identisch, sodass keine neuen Ethercat SubDevice Controller Chips erforderlich sind. Ethercat P eignet sich besonders für in sich abgeschlossene Maschinenteile oder Sensoren, welche über einen P-kodierten M8-Stecker ins Netzwerk eingebunden werden. Die mechanische Kodierung verhindert hierbei Fehlstecken. Die Protokollerweiterung kann nahtlos mit Standard-Ethercat im selben Netzwerk kombiniert werden, was die Verkabelung reduziert, Kosten senkt und Platz spart.
