Wat is real-time?
Real-time is het vermogen van een systeem om binnen een vooraf gedefinieerde en gegarandeerde tijd te reageren op een gebeurtenis of invoer, waarbij een te laat antwoord net zo fout is als een verkeerd antwoord. Het betekent dus niet per se “snel”, maar wel voorspelbaar binnen een tijdslimiet, hoe klein of groot die ook is. In industriële automatisering is real-time de basis onder elke PLC, elke motion control-toepassing en elke veiligheidsfunctie.
🧠 Waarom is real-time belangrijk in OT?
In industriële omgevingen zijn processen vaak tijdkritisch. De besturing werkt in een gesloten regelkring (closed-loop): meten, rekenen en aansturen, steeds opnieuw.
- Stoppen bij een fout - een motor moet direct stoppen als een sensor een fout detecteert of een noodstop wordt ingedrukt
- Synchrone beweging - een robotarm moet precies op tijd een product grijpen van een lopende band
- Stabiele regeling - een PID-regelaar kan gaan oscilleren of instabiel worden als meetwaarden onregelmatig of te laat binnenkomen
- Cyclische verwerking - een besturingssysteem leest elke cyclus data van sensoren, rekent en stuurt outputs aan
Komt de reactie te laat, dan kan dit leiden tot productiefouten, schade aan machines of onveilige situaties voor mensen. Daarom is real-time in OT een functionele eis en geen prestatiekenmerk.
🔧 Welke soorten real-time systemen zijn er?
| Type | Beschrijving |
|---|---|
| Hard real-time | Systemen waarbij elke deadline absoluut gehaald moet worden; een gemiste deadline is een systeemfout. Bijv.: veiligheidssystemen (SIS), Motion Control. |
| Firm real-time | Een te laat resultaat is waardeloos en wordt weggegooid, maar een enkele overschrijding veroorzaakt geen schade. Bijv.: visuele inspectie die een product al voorbij laat gaan. |
| Soft real-time | Deadlines zijn belangrijk, maar af en toe iets te laat is aanvaardbaar; de kwaliteit neemt dan af. Bijv.: HMI-updates, videostreaming. |
| Non real-time | Er is geen garantie op tijdigheid. Bijv.: e-mail, administratie, ERP. |
“Non real-time” is strikt genomen geen real-time klasse, maar de afwezigheid van een tijdsgarantie. De klasse hangt af van het gevolg van een gemiste deadline, niet van hoe kort die deadline is.
⏱️ Wat maakt een systeem deterministisch?
Real-time vraagt om deterministisch gedrag: hetzelfde systeem reageert onder alle omstandigheden binnen dezelfde begrensde tijd. Vier begrippen zijn daarbij bepalend:
- Latency - de vertraging tussen gebeurtenis en reactie
- Jitter - de variatie in die vertraging van cyclus tot cyclus; voor motion control vaak belangrijker dan de latency zelf
- Cyclustijd - de vaste periode waarin een besturing leest, rekent en schrijft
- Worst-case execution time (WCET) - de langst mogelijke rekentijd van een taak; real-time ontwerp rekent met het slechtste geval, niet met het gemiddelde
Een RTOS (real-time operating system) zoals VxWorks, QNX of FreeRTOS garandeert dat taken met een hoge prioriteit lopende taken binnen een begrensde tijd kunnen onderbreken (preemptive scheduling). Een PLC voert zijn programma uit volgens het taakmodel van IEC 61131-3 met cyclische taken; een watchdog van de fabrikant zet de besturing in stop met gedefinieerde uitgangen als de maximale cyclustijd wordt overschreden. Sinds Linux-kernel 6.12 (eind 2024) zit de real-time uitbreiding PREEMPT_RT in de standaardkernel, wat soft PLC’s en edge-platforms op Linux eenvoudiger maakt.
🌐 Hoe werkt real-time in industriële communicatie?
Standaard Ethernet is niet deterministisch: frames kunnen in de wachtrijen van switches vertraagd worden achter ander verkeer of bij overbelasting verloren gaan, en er is geen bovengrens voor die vertraging. Industriële protocollen lossen dit op verschillende manieren op:
| Technologie | Werkwijze | Typische cyclustijd | Jitter |
|---|---|---|---|
| ProfiNET RT | Prioriteit voor procesdata, zonder TCP/IP-stack | 250 µs – 512 ms, meestal 1–16 ms | Enkele µs tot ms |
| ProfiNET IRT | Gereserveerd tijdslot per cyclus, speciale switches (Conformance Class C) | 250 µs, tot 31,25 µs | < 1 µs |
| EtherCAT | Eén frame passeert alle slaves “on the fly”, met distributed clocks | 100 servo-assen in 100 µs | Ruim < 1 µs |
| TSN | IEEE 802.1-uitbreidingen op standaard Ethernet: tijdsynchronisatie en tijdgestuurde wachtrijen | Configureerbaar, µs-bereik | < 1 µs haalbaar |
ProfiNET RT en IRT zijn van PROFIBUS & PROFINET International; EtherCAT werd in 2003 door Beckhoff geïntroduceerd en is sinds 2007 opgenomen in IEC 61158. TSN is het werk van de IEEE 802.1 TSN-taakgroep, de opvolger van Audio Video Bridging. Kernonderdelen zijn IEEE 802.1AS voor tijdsynchronisatie (gebaseerd op het Precision Time Protocol) en IEEE 802.1Qbv uit 2015, de time-aware shaper. In juni 2026 verscheen IEC/IEEE 60802, het TSN-profiel voor industriële automatisering. ProfiNET over TSN heet Conformance Class D.
Veiligheidsprotocollen als PROFIsafe voegen daar een watchdog-tijd aan toe: komt een veiligheidsbericht niet op tijd, dan gaat de installatie naar de veilige toestand.
🏭 Welke cyclustijden zijn gebruikelijk in de praktijk?
| Toepassing | Type real-time | Typische cyclustijd | Verklaring |
|---|---|---|---|
| Servo- en motion control | Hard real-time | 31,25 µs – 1 ms | Assen moeten synchroon lopen, jitter telt |
| PLC-sturing van motoren | Hard real-time | 1 – 20 ms | Moet exact op het juiste moment schakelen |
| Procesregeling in een DCS | Hard real-time | 100 ms – 1 s | Temperatuur en druk veranderen trager |
| HMI visualisatie | Soft real-time | 0,5 – 2 s | Mag kleine vertraging hebben |
| Historian datalogging | Soft real-time | 1 s – 1 min | Mag kleine vertraging of buffertijd hebben |
| MES | Non real-time | Minuten tot uren | Werkt in ploegen, uren en minuten |
| ERP-systeem | Non real-time | Uren tot dagen | Planningsdata hoeft niet direct verwerkt te worden |
Deze tijdschalen sluiten aan bij ISA-95: niveau 4 plant in maanden, weken en dagen, niveau 3 werkt in dagen, ploegen, uren en minuten, en de niveaus 0 tot 2 reageren in seconden en milliseconden.
📊 Wat betekent real-time in IT- en datacontext?
In IT, marketing en data-analyse betekent “real-time” meestal iets anders: near real-time. Een dashboard dat elke paar seconden ververst, een Unified Namespace die waarden doorstuurt via MQTT of een streamingplatform als Apache Kafka is snel, maar geeft geen gegarandeerde deadline. Een vertraging van een paar seconden is daar geen fout.
| Aspect | Besturings-real-time (OT) | Near real-time (IT/data) |
|---|---|---|
| Tijdschaal | µs tot ms | Seconden tot minuten |
| Garantie | Begrensde worst-case reactietijd | Gemiddeld snel, geen garantie |
| Gevolg te laat | Fout, schade of onveilige situatie | Verouderd scherm of rapport |
| Techniek | RTOS, PLC, IRT, EtherCAT, TSN | Cloud, databases, message brokers |
Bij OT-convergentie leidt dit verschil vaak tot misverstanden. Een IT-team dat “real-time data” belooft, bedoelt zelden dezelfde eis als een besturingsingenieur.
🧭 Hoe bepaalt u de real-time eisen in een project?
- Bepaal het gevolg van te laat - leidt een gemiste deadline tot gevaar, productverlies of alleen ongemak? Dat bepaalt hard, firm of soft.
- Leid de deadline af uit het proces - de mechanica, procesdynamiek of veiligheidsafstand bepaalt de benodigde reactietijd, niet de voorkeur van de leverancier.
- Reken de hele keten door - sensor, ingangsfilter, netwerk, PLC-cyclus, uitgang en actuator tellen samen op.
- Kies passende technologie - ProfiNET RT volstaat voor de meeste machines; IRT, EtherCAT of TSN voor synchrone assen.
- Scheid kritiek en niet-kritiek verkeer - houd camerabeelden en data-uitwisseling met IT weg van de besturingscyclus.
- Meet in de praktijk - controleer cyclustijd, watchdog-meldingen en jitter tijdens de FAT en onder volle belasting.
Een voorbeeld uit veiligheidstechniek: volgens ISO 13855 bepaalt de totale stoptijd van een machine hoe ver een lichtscherm van het gevaar moet staan. Met een aanloopsnelheid van 2.000 mm/s betekent elke 10 ms extra reactietijd 20 mm extra afstand. Een trage of onvoorspelbare safety PLC maakt de machine dus letterlijk groter.
🔄 Wat zijn de grootste misverstanden over real-time?
Real-time betekent niet altijd “sneller” dan andere systemen. Het betekent: altijd op tijd, ongeacht of dat 1 milliseconde of 1 seconde is, zolang het maar voorspelbaar is.
- “Snelle hardware is real-time” - een snelle server met een gewoon besturingssysteem kan af en toe honderden milliseconden stilvallen
- “Gemiddeld snel is goed genoeg” - real-time ontwerp gaat over het slechtste geval, niet over het gemiddelde
- “Gigabit-Ethernet is deterministisch” - meer bandbreedte verkleint wachtrijen, maar garandeert geen bovengrens
- “Real-time dashboards zijn real-time” - in OT-termen zijn ze near real-time
- “De cloud kan regelen” - de besturing van fysieke processen blijft lokaal; de cloud is voor analyse
❓ Veelgestelde vragen
Is een PLC een real-time systeem?
Een PLC is een hard real-time systeem: het programma wordt cyclisch uitgevoerd binnen een vaste cyclustijd, meestal tussen 1 en 20 ms. Een watchdog bewaakt die cyclustijd en brengt de PLC in een veilige toestand als de cyclus te lang duurt.
Is standaard Ethernet geschikt voor real-time communicatie?
Standaard Ethernet met TCP/IP geeft geen gegarandeerde bovengrens voor de vertraging en is daarom niet deterministisch. Real-time industrieel Ethernet zoals ProfiNET RT en IRT, EtherCAT of Ethernet met TSN-uitbreidingen voegt prioriteit, tijdsloten en tijdsynchronisatie toe om wel real-time te communiceren.
Kan Linux of Windows real-time zijn?
Een standaard Windows- of Linux-installatie is niet real-time, omdat taken onvoorspelbaar lang kunnen wachten. Linux met PREEMPT_RT, sinds kernel 6.12 onderdeel van de standaardkernel, biedt real-time scheduling. Soft PLC’s op Windows gebruiken meestal een eigen real-time kernel naast Windows.
Wat is jitter en waarom is het belangrijk voor real-time?
Jitter is de variatie in vertraging of cyclustijd van de ene cyclus op de andere. Bij real-time motion control zorgt jitter ervoor dat assen niet meer synchroon lopen, ook als de gemiddelde vertraging klein is. Daarom halen IRT, EtherCAT en TSN een jitter van minder dan 1 microseconde.
Kan real-time besturing in de cloud draaien?
Real-time besturing kan niet betrouwbaar in de cloud draaien, omdat de vertraging en beschikbaarheid van een internetverbinding niet gegarandeerd zijn. De cloud is geschikt voor near real-time analyse en rapportage, terwijl de besturing lokaal in PLC, DCS of edge-systemen blijft.
Wat is het verschil tussen hard en soft real-time?
Bij hard real-time is een gemiste deadline een systeemfout die tot schade of gevaar kan leiden, zoals bij motion control of een veiligheidssysteem. Bij soft real-time leidt een te laat resultaat alleen tot minder kwaliteit, zoals een HMI-scherm dat even hapert.
📌 Samengevat
Real-time systemen reageren binnen een vooraf bepaalde, gegarandeerde tijd: voorspelbaarheid is belangrijker dan snelheid. In industriële automatisering maken RTOS’en, PLC-cycli en deterministische netwerken als ProfiNET IRT, EtherCAT en TSN dat mogelijk, en dat is cruciaal om veiligheid, kwaliteit en prestaties te garanderen.