Industrial Ethernet Lösungen Single- oder Multiprotocol?

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1 Industrial Ethernet Lösungen Single- oder Multiprotocol? Thomas Grebenz 1. Juli 2014 Seite 1

2 NetTechnix E&P GmbH Kernkompetenz Embedded Engineering Hardware und Software Lösungen mit Schwerpunkt Feldbus/Real-Time Ethernet Systeme Real-Time Industrieelektronik GUI Applikationen C# Test- und Analysesoftware für Automatisierungssysteme in Kombination mit der entsprechenden Hardware-Anbindung NetTechnix E&P GmbH Thomas Grebenz Illstraße 31 A-6800 Feldkirch Vorarlberg

3 Agenda Marktübersicht Kommunikationssysteme Industrial Ethernet Lösungen Einleitung Single Protocol Lösungen Companion Chip mit Host CPU Network specific ASICs Network specific FPGA IP Cores Multiprotocol Lösungen Companion Chip mit Host CPU ASICs SoC (System on Chip) ASICs MCUs FPGAs Module mit Host CPU Software Stack Lösungen Entwicklungsschritte Aufwand/Kosten Seite 3

4 Marktübersicht industrielle Kommunikation Kein Kommunikationssystem hat sich weltweit als Standard durchgesetzt FOUNDATION Fieldbus 3% Sercos I & II 2% ControlNet 2% HART 2% CC-Link 6% CANopen 5% INTERBUS 5% Sonstige 11% AS-i 6% Modbus RTU 8% DeviceNet 8% Ethernet - alle Varianten 23% PROFIBUS 19% Ethernet - alle Varianten PROFIBUS DeviceNet Modbus RTU AS-i INTERBUS CANopen CC-Link HART ControlNet Sercos I & II FOUNDATION Fieldbus Sonstige Quelle: IMS Research 2012 Note: Angaben beziehen sich auf die Anzahl verkaufter Geräte/Knoten Seite 4

5 Marktverteilung Ethernet Systeme Kein Ethernet System hat sich weltweit als Standard durchgesetzt Gigabit Ethernet 5% Modbus TCP 8% CC-Link IE 1% Sercos III 2% POWERLINK 4% EtherCAT 3% EtherNet/IP 14% Sonstige 8% Ethernet TCP/IP 41% Ethernet TCP/IP PROFINET EtherNet/IP EtherCAT POWERLINK Sercos III CC-Link IE Modbus TCP Gigabit Ethernet Sonstige PROFINET 14% Quelle: IMS Research 2012 Note: Angaben beziehen sich auf die Anzahl verkaufter Geräte/Knoten Seite 5

6 Marktverteilung Industrial Ethernet Kein Industrial Ethernet System hat sich weltweit als Standard durchgesetzt Modbus TCP 17% Sonstige 1% PROFINET EtherNet/IP PROFINET 30% EtherCAT CC-Link IE 1% Sercos III 5% POWERLINK 9% POWERLINK Sercos III CC-Link IE Modbus TCP Sonstige EtherCAT 7% EtherNet/IP 30% Quelle: IMS Research 2013 Note: Angaben beziehen sich auf die Anzahl verkaufter Geräte/Knoten Seite 6

7 Produktlebenszyklus Absatz Feldbusse Proprietäre Protokolle Industrial Ethernet Markeinführung Reife/Sättigung Degeneration Zeit Jährliche Zuwachsraten bei Feldbussen von ca. 20% Hohe jährliche Zuwachsraten bei Industrial Ethernet von ca % Für Ethernet basierende Systeme wird von 2011 bis 2015 ein jährliches Wachstum von durchschnittlich 13% prognostiziert (Quelle IMS Research 2012) Proprietäre Systeme werden zunehmend durch Standards ersetzt z.b. Ethernet TCP/IP basierend durch Industrial Ethernet Seite 7

8 Industrial Ethernet Lösungen Einleitung Single protocol vs Multiprotocol Klassische Embedded-Applikationen stehen im Vordergrund Master/Slave Betrachtung Das Hauptaugenmerk liegt auf Slave Implementierungen Master Lösungen werden nicht behandelt Lösungen sind schlussendlich immer sehr kundenspezifisch Applikation Einbindung in bestehendes System Plattformstrategie Stückzahlen Präferenz Ressourcen/Know-how Kosten Seite 8

9 Single Protocol Lösungen Companion Chip mit Host CPU Network specific ASICs EtherCAT ET1100 (Beckhoff) 1 PROFINET TPS-1 (Renesas) 2 Network specific FPGA IP Cores EtherCAT, sercos III, POWERLINK, ET1100 no CPU 1 TPS-1 CPU 2 ASIC Protocol Stack (TPS-1 only) 2 FPGA IP Core Protocol Stack Host CPU EtherCAT Slave Stack Code (ET1100 only) 1 Host CPU + Kostengünstig + Beste Performance - Unterschiedliche Hardware - Unterschiedliche Software API + Beste Performance - Lizenzgebühren IP Core (EtherCAT, sercos III) - Unterschiedliche Hardware - Unterschiedliche Software API Seite 9

10 Multiprotocol ASIC Companion Chip mit Host CPU Multiprotocol Network Access ASICs netx 6 (Hilscher) Fido5x00 s not included (Innovasic) Multiprotocol Network ASICs netx 51, netx 52 (Hilscher) 1 one stop shop ERTEC 200P (Renesas) PROFINET, EtherNet/IP, Stacks 3rd Party Network Access Network Controller ASIC (no CPU) ASIC Protocol Stack Host CPU Protocol Stack HAL Host CPU + Kostengünstig & Protocol Stack auf beliebiger Host-CPU + Beste Performance + Identische Hardware, Software API - Höherer Aufwand, unterschiedliche HAL-API + Kostengünstig + Geringer Platzbedarf + Identische Hardware, Software API 1 + Alle Industrial Ethernet Protokolle 1 Note: PROFINET V2.3 Ready Note: PROFINET V2.3 Ready Seite 10

11 Multiprotocol System on Chip SoC (System on Chip) Lösungen Multiprotocol ASIC / Micro-Controller ASICs netx 51, netx 52 (Hilscher) one stop shop MCUs R-IN (Renesas) Stacks 3rd Party Sitara AM335x (TI), Vybrid VF3xx (Freescale) s not included, Stacks 3rd Party Multiprotocol FPGA IXXAT, Softing Network Controller ASIC/MCU Protocol Stack FPGA Network Controller Protocol Stack + Kostengünstig + Sehr geringer Platzbedarf + Identische Hardware + Identische Software API (netx 51/52) + Identische Hardware, Software API + Beste Performance + Sehr Flexibel - Höhere Kosten Note: PROFINET V2.3 Ready Seite 11

12 Multiprotocol Module Modul-Lösungen Multiprotocol Module Hilscher, HMS ASICs IXXAT, Softing FPGAs Deutschmann Network Controller + Unterschiedliche Formfaktoren erhältlich + Geringerer Entwicklungsaufwand + Identische Hardware/Software API Modul + Modulares Konzept - Hoher Platzbedarf - Geringe Flexibilität Größe, Stecker - Hohe Kosten stückzahlabhängig Host CPU Protocol Stack Seite 12

13 Software Stack Lösungen Software Stacks Single- und Multiprotocol Lösungen Primär für PC/IPC basierende Anwendungen Softing IXXAT KW-Software (mit Intel I210 Ethernet Controller PN IRT) + Kein zusätzlicher ASIC/FPGA notwendig + Keine zusätzlichen Hardware Kosten - Harte Echtzeitanwendungen teilweise unmöglich 1 - TCP/IP Stack für Embedded Anwendungen (MCU) notwendig eventuell auch ein Betriebssystem - Kein one stop shop Ethernet Controller PC/IPC/MCU Plattform Protocol Stack Note: 1 Intel I210 Ethernet Controller ist PROFINET IRT compliant Seite 13

14 Entwicklungsschritte Hardware Hardware Design Gerätebeschreibung GSD, GSDML, ESI, EDS, Aufwand/Kosten Durchschnittswerte Firmware Host CPU 2 ASIC API (Treiber) IE 1 Application Zykl. Prozessdaten Azykl. Daten Services ASIC Network Controller Protocol Stack Gerätebeschreibung 5% Master Test Tools 15% Zertifizierung 9% Hardware 23% Laden Protocol Stack Download, Update Host Interface Ethernet, USB, Host CPU IE 1 Application ASIC API (Treiber) Master Test Tools Development Test Tool Referenz-SPS Typentest Zertifizierung Vorzertifizierung Zertifizierung Laden Protocol Stack 5% Firmware Host CPU 45% Info! Workshop Industrial Ethernet Aug./Nov Hilscher Swiss - Note: 1 Industrial Ethernet; 2 ist nicht berücksichtigt Seite 14

15 NetTechnix E&P GmbH Danke für Ihre Aufmerksamkeit!