(Quelle: Beckhoff)
Im Jahr 2023 feierte Ethercat sein 20-jähriges Jubiläum und bestätigte damit den Erfolg als leistungsfähiges Echtzeit-Ethernet-System und offener IEC-Standard für vielfältige Anwendungen. Dazu zählen unterschiedliche Einsatzfelder in Industrie- und Zweckbauten, wie Raumklimatisierung, Beleuchtung und Beschattung, Technikzentralen für versorgungstechnische Anlagen, Veranstaltungstechnik sowie Messtechnik in Energieverteilungen.
Eine schnelle, durchgängige und zuverlässige Datenerfassung gewinnt hierbei zunehmend an Bedeutung. So fordert der Gesetzgeber inzwischen für Nichtwohngebäude eine Erfassung der Energie- und Verbrauchsdaten, was sich nur mit einer leistungsfähigen Kommunikationstechnik effizient und kostengünstig realisieren lässt. Die Wichtigkeit einer hohen Datenübertragungsrate bestätigt zudem die Richtlinie VDI 3814, Blatt 1 (Gebäudeautomation – Grundlagen). Sie weist darauf hin, dass die Reaktionszeiten von Gebäudeautomationssystemen erheblichen Einfluss auf deren Nutzbarkeit haben, denn eine uneingeschränkte Flexibilität einer Raumautomation setze eine schnelle Kommunikation zwischen allen Segmenten, Räumen und Bereichen voraus.
Philosophie der zentralen Automation
Optimal umsetzen lassen sich die entsprechenden Anforderungen mit der auf Ethercat-basierenden Philosophie der zentralen Automation. Dahinter steckt eine zentralisierte, d. h. je nach Bedarf auf eine oder mehrere Industrie-PC verteilte Steuerungstechnik. Diese wird über dezentral verteilte IO und die schnelle Ethercat-Kommunikation mit den notwendigen Daten versorgt. Auf diese Weise lässt sich eine kostenoptimierte Struktur aufbauen, mit möglichst wenigen Steuerungen und ausreichend vielen IO-Komponenten – alternativ zu den aufwendigeren konventionellen Ansätzen mit vielen Steuerungen und jeweils nur wenigen IO.
Unterstützt wird diese zentrale Philosophie durch die Systemoffenheit der Ethercat-basierten Lösung: Ethercat bietet die technologische Basis, um alle Feldbussysteme der Gebäudeautomation zu integrieren und so den bei der konventionellen Datenübertragung häufig auftretenden „Flaschenhals Subsystem“ zu vermeiden. Nahtlos einbinden lassen sich über die entsprechenden Ethercat-Klemmen und Busklemmen beispielsweise Bacnet, Dali, DMX, EIB/KNX, Enocean, LON, Modbus, M-Bus, MP-Bus und SMI. Mit diesem Ansatz sind hocheffiziente Lösungen möglich, bei denen ein Steuerungsprozessor das gesamte Prozessabbild aller Datenpunkte und Subsysteme innerhalb weniger Mikrosekunden erhält. Damit entfallen sonst übliche Latenzzeiten; Subsysteme können in nahezu unbegrenzter Anzahl und an beliebigen Stellen des Systems eingebunden werden.
Vorteile der Ethercat-Technologie
Die Telegramm-Verarbeitung im Durchlauf bildet die Grundlage für die hohe Leistungsfähigkeit der Ethercat- Kommunikation. Neben der damit verbundenen hohen Übertragungsgeschwindigkeit profitiert der Anwender aber auch von umfassenden Online-Diagnose- und -Konfigurationsmöglichkeiten sowie einer automatischen Erkennung der Netzwerkteilnehmer, durch die eine aufwendige Vergabe von Teilnehmeradressen entfällt. Die Realisierung der Automatisierungsstruktur wird durch die flexible Topologiewahl (Linien-, Ring- oder Baumstruktur) sowie die nahezu unbeschränkte Netzwerkausdehnung bzw. Leitungslänge vereinfacht. Unterstützt wird die Umsetzung zusätzlich durch das breite Spektrum an Ethercat-Komponenten in Schutzart IP20 oder IP65, und zum Beispiel bei Wartungsarbeiten durch den einfachen Klemmenaustausch per Hot-Swap-Funktion.
Die hohe Ethercat-Performance verdeutlichen folgende Kennzahlen:
- 10 Byte/ms Datendurchsatz, verteilt auf 1 500 Teilnehmer,
- 200 Analog-IO (16 bit) in 50 μs (20-kHz-Samplingrate),
- 100 Servoachsen in 100 μs,
- 256 Digital-IO in 12,5 μs und
- 1 000 Digital-IO in 30 μs.
Den Betrieb und die Wartung der Gebäudetechnik erleichtern zahlreiche Diagnosefunktionen, wie Bruchstellenerkennung, kontinuierliche „Quality-of-Line“-Messung zur exakten Lokalisierung von Übertragungsstörungen sowie die Möglichkeit zur Bildung logischer Diagnose-Segmente.