Realtime computing in de industriële automatisering: wat het in de praktijk betekent

Wat real-time werkelijk betekent

In industriële automatisering betekent real-time niet "zeer snel", maar deterministisch. Een real-time systeem garandeert dat een taak binnen een vastgesteld tijdvenster wordt uitgevoerd, elke keer, zonder uitzondering. Een servoregellus die met een cyclustijd van 1 ms draait, moet zijn positiecommando precies elke 1 ms ±10 microseconden ontvangen, ongeacht andere systeemactiviteit.

Hard real-time versus soft real-time

• Hard real-time: het missen van een deadline is een systeemstoring met fysieke gevolgen (overtoeren van de motor, botsing, onveilige situatie). Vereist een gecertificeerd RTOS.
• Soft real-time: incidenteel gemiste deadlines leiden tot verminderde prestaties, maar niet tot veiligheidsstoringen. SCADA-data-updates, HMI-vernieuwingen en datalogging zijn soft-real-time-taken.

Windows is niet real-time

Standaard Windows (zelfs Windows 10 IoT) is geen real-time besturingssysteem. Achtergrondprocessen, zoals antivirusscans, OS-updates en driverinterrupts, kunnen de uitvoering van taken met tientallen milliseconden vertragen. Voor motion control- en safety-PLC-toepassingen is een toegewijd RTOS (VxWorks, QNX of Linux met PREEMPT_RT-patch) vereist voor de besturingslaag, waarbij Windows alleen de HMI- en datapresentatielaag verzorgt.

EtherCAT en real-time fieldbus

EtherCAT behaalt deterministische cyclustijden van 31,25 microseconden via standaard Ethernet-hardware, waardoor PC-gebaseerde soft-motioncontrollers hard-real-time servobesturing kunnen realiseren zonder toegewijde DSP. EtherCAT-mastersoftware (TwinCAT, CODESYS, enzovoort) draait in de real-time partitie van een PC-gebaseerd besturingssysteem, waarbij Windows of Linux de HMI-laag voor de operator verzorgt.