Definition und Bedeutung:
Echtzeitfähigkeit ist eine kritische Eigenschaft von Systemen in der Automatisierungstechnik, die die Fähigkeit beschreibt, innerhalb definierter und garantierter Zeitschranken (Deadlines) auf externe Ereignisse zu reagieren und eine Aktion auszuführen. Die Korrektheit eines Echtzeitsystems hängt nicht nur vom logisch richtigen Ergebnis ab, sondern auch vom Zeitpunkt, zu dem dieses Ergebnis erzeugt wird.
Man unterscheidet hauptsächlich zwei Arten von Echtzeitfähigkeit:
- Harte Echtzeit (Hard Real-Time): Hier ist das Einhalten der Zeitschranken absolut kritisch. Ein Überschreiten der Deadline führt zu einem Systemfehler, der schwerwiegende Folgen haben kann (z.B. Maschinenschaden, Personenschaden, Qualitätsverlust). Typische Antwortzeiten liegen im Mikro- bis Millisekundenbereich. Beispiel: Robotersteuerung, Motion Control.
- Weiche Echtzeit (Soft Real-Time): Hier ist das Einhalten der Zeitschranken wünschenswert, aber ein gelegentliches Überschreiten führt nicht zu einem Systemfehler, sondern nur zu einer Verschlechterung der Leistung oder Qualität. Beispiel: HMI-Visualisierung, Datenloggen.
Relevanz in der Automatisierungstechnik:
Echtzeitfähigkeit ist fundamental für nahezu alle Bereiche der industriellen Automatisierung:
- SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen): Das Herzstück der Automatisierung, das zyklisch arbeitet und deterministische Reaktionszeiten benötigt.
- Motion Control: Präzise Steuerung von Achsen und Robotern erfordert harte Echtzeitfähigkeit für Synchronisation und Bahnplanung.
- Feldbusse und Industrial Ethernet: Kommunikationssysteme müssen Daten in Echtzeit zwischen Steuerungen, Sensoren und Aktoren übertragen (z.B. EtherCAT, PROFINET IRT).
- Regelungstechnik: PID-Regler benötigen schnelle und deterministische Abtastzeiten, um die Regelgüte und Stabilität zu gewährleisten.
- Sicherheitstechnik: Sicherheitsfunktionen müssen innerhalb garantierter Zeiten reagieren, um Gefahren abzuwenden.
- Industrie-PCs: Werden durch spezielle Echtzeitbetriebssysteme (z.B. TwinCAT/BSD, IntervalZero RTX64) echtzeitfähig gemacht.
Die Architektur eines Automatisierungssystems (Hardware, Betriebssystem, Kommunikationsprotokolle) muss auf die erforderliche Echtzeitfähigkeit ausgelegt sein. Ein deterministisches Verhalten ist hierbei wichtiger als eine hohe absolute Geschwindigkeit.
→ Siehe auch: Zykluszeit, Determinismus, Latenz, Industrial Ethernet, SPS, Motion Control, Betriebssystem (OS)
