Windows als Echtzeit-Betriebssystem

Die Anforderungen an Steuerungen in der Automatisierung, zum Beispiel im Bereich Spezialmaschinenbau oder bei Prüfständen, steigen stetig. Dabei geht es nicht nur darum, Zykluszeiten zu verringern oder größere Datenmengen in kürzerer Zeit zu verarbeiten. Auch die Breite von Anwendungen steigt und es müssen zusätzliche Aufgaben gelöst werden. Neben klassischen Steuerungsaufgaben wird immer häufiger auch eine Verbindung mit Robotik, komplexen mathematischen Berechnungen oder Bildverarbeitung benötigt oder die Nutzerinteraktion soll ein modernes Erscheinungsbild tragen. Hier zeigt sich vor allem der Vorteil PC-basierter Lösungen. Dazu ist auch das neue Windows 7 gut geeignet, wenn ihm eine leistungsfähige Echtzeiterweiterung zur Seite gestellt wird.

Das Unternehmen Kithara Software aus Berlin bietet eine Echtzeit-Erweiterung „RealTime Suite“. Sie enthält neben hochgenauen Timern mit Multitasking auch Funktionen, um über Ethernet-Controller in Echtzeit kommunizieren zu können. Die Datenkommunikation erfolgt über Fast-Ethernet-Karten sowie Netzwerkkarten mit Gigabit-Ethernet-Controllern von Intel und Realtek, so dass auch schnelle Messwerterfassung oder industrielle Bildverarbeitung, zum Beispiel mit GigE Vision, realisierbar sind. Mit den Socket-Funktionen stehen auch TCP und UDP mit Echtzeiteigenschaften zur Verfügung.

Am Beispiel EtherCAT wird gezeigt, wie sich auf einfache Weise PC-basierte Automatisierungslösungen unter Windows realisieren lassen. EtherCAT unterstützt einen Prozessdatenaustausch mit sehr geringen Zykluszeiten. Der Servicedatenaustausch ist ähnlich wie von CANopen her bekannt. In einer EtherCAT-Topologie findet man generell die folgende Gliederung vor, nach der ein Master – das ist die PC-basierte Managementsoftware – die angeschlossenen Slaves verwaltet. Diese wiederum sind unterteilt in einzelne Objekte, die wiederum mehrere Variablen enthalten können. Diese sind durch einen Namen eindeutig identifiziert und besitzen einen festgelegten Datentyp. Die Werte der Variablen sind les- und/oder beschreibbar.

Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass der EtherCAT Master der RealTime Suite auch einige besondere Betriebsarten unterstützt, wie zum Beispiel Distributed Clocks für zeitlich hochgenaue und synchronisierte Vorgänge. Das System ist zudem Hot-plug-fähig, das heißt die Topologie kann sich während der Laufzeit ändern. Ein Kabelredundanz-Modul erhöht die System-Verfügbarkeit. Künftige Versionen der Echtzeiterweiterung RealTime Suite werden das Vorhandensein mehrerer CPU-Kerne noch besser berücksichtigen und ermöglichen, einzelne Aufgaben gezielt verschiedenen CPU-Kernen zuzuordnen. Mit einem allgemein gültigen Ansatz werden sowohl 32- als auch 64-Bit-Systeme unterstützt werden. Dennoch wird die Einfachheit der Programmierung beibehalten. Neben der Ergänzung um weitere Feldbusse und Industrial-Ethernet-Protokolle wird die Funktionsbibliothek künftig um spezielle Bibliotheken für NC, Robotik und Bildverarbeitung ergänzt werden. wm