Echtzeit ohne Hardwarezusatz als Systembasis

TwinCAT Realtime Extension sorgt für Echtzeitfähigkeit

Das PC-Betriebssystem Windows NT ist nicht echtzeitfähig: Es wurde für optimierte Performance entworfen und nicht für Steuerungszwecke. Tasks werden durch verschiedene Ereignisse unterbrochen oder ihr Aufruf verzögert. Das Diagramm zeigt diese Unterbrechungen einer hochprioren, zyklischen Windows NT Task:

Windows NT ist nicht echtzeitfähig

Windows NT und Beckhoff Realtime Kernel Extension

Da Windows NT nicht echtzeitfähig ist, wird das Betriebssystem für Automatisierungsaufgaben erweitert: eine solche Echtzeiterweiterung ist Basis für TwinCAT. Mit dem Hintergrund von mehr als zehn Jahren Erfahrung mit PC-Softwarelösungen für SPS/NC und mehr als zehntausend Installationen unter DOS hat Beckhoff eine erprobte und unabhängige Echtzeiterweiterung für Windows NT als Basis von TwinCAT entwickelt und als Systempartner mit Microsoft abgestimmt: Im zyklischen Betrieb werden 64 Tasks prioritätsgesteuert, präemptiv und deterministisch mit max. +/- 15 µs Jitter bearbeitet.

TwinCAT ist echtzeitfähig

Mit dieser Kernel Extension besitzt TwinCAT eine genaue Zeitbasis, die mit höchster Priorität Programme ausführt, unabhängig von anderen Prozessoraufgaben. Um dies zu zeigen, wurde der Start einer TwinCAT Task über einen Zeitraum aufgezeichnet, um Zeitabweichungen des Systems gemessen. Während dieser Zeit, in der 1 Mio. SPS - Zyklen ablaufen, wird der PC mit unterschiedlichen Aufgaben, wie z.B. Netzwerkbetrieb, Festplattenzugriff, Videodarstellung und Mausbewegungen belastet. Das Diagramm zeigt eine steigende Signalflanke, ausgelöst von einer Task, in einer integrierenden Darstellung, welche die Zeitabweichungen (Jitter) darstellt. Der Aufruf der TwinCAT Tasks erfolgt deterministisch (zeitgenau in 100 % der Fälle) mit kleinen Schwankungen (Jitter) von wenigen Mikrosekunden, die für allgemeine Anwendungen vernachlässigbar sind:

TwinCAT bietet eine kompatible Echtzeitbasis

Die Implementierung von Beckhoff arbeitet ohne zweites Betriebssystem durch die vollständige Integration der Echtzeittasks in Windows NT:

• sie erfordert keine zusätzliche Hardware zu der eines Standard - PC (derzeit: Intel - Einprozessor - Architekturen) oder ein zweites Betriebssystem,
• Windows NT kann weltweit unverändert eingekauft, installiert und genutzt werden, muss also nicht verändert ("gepatcht") oder in Teilen ausgetauscht werden,
• der Anwender muss keine Kenntnisse vom Betriebssystem oder dessen Programmierung besitzen, um Automatisierungsaufgaben zu bearbeiten,
• die Implementierung ist auch kompatibel zu künftigen Releases von NT (z. B. NT 5.0),
• sie erlaubt die Reservierung einer CPU - Restkapazität für Windows NT, die unter allen Umständen eingehalten wird, 
• sie garantiert auch bei hoher Echtzeitlast, dass wichtige Aufgaben von NT bearbeitet werden, daher werden keine Eigenschaften von NT eingeschränkt oder beeinflusst,
• sie bietet eine Lastanzeige für die Nutzung der CPU durch die Automatisierungstasks,
• sie zeigt den aktuellen und den maximalen Jitter der Echtzeit online an und generiert Meldungen bei Überschreitung.

Automatisierungslösungen für praktische Anwendungen

Dabei steht für TwinCAT nicht die Echtzeitimplementierung im Vordergrund, sondern eine vollständige Anwendungslösung zur Bearbeitung, Analyse und Ausführung von Steuerungsprogrammen in Echtzeit: 

niemand muss Betriebssystemexperte werden, nur um Echtzeit auf einem PC zu nutzen. Die praktische Anwendung in der Automatisierung steht im Vordergrund.

Offene Programmierung Offene E/A Anbindung Offene Windows Schnittstellen

Eine komfortable Umgebung erlaubt:

• Erstellen von Echtzeitprogrammen nach IEC61131, C Code einbindbar,
• Ausführung auf dem gleichen PC oder entfernt ("remote"),
• Analyse mit modernen Methoden,
• integrierte Anbindung an Programme, z.B. Visualisierungen,
• integrierte, offene, herstellerübergreifende E/A - Anbindung für Feldbusse und PC - Hardware.