Interview zu Time-Sensitive Networking in der Automatisierung

„Den Bogen zu TSN nicht überspannen“

Wenn es darum geht, Maschinen und Anlagen aus der Cloud zu steuern, dann ist in aktuellen Diskussionen das Thema TSN nicht weit. Doch je nachdem, wen man nach dessen Potenzial fragt, fallen die Antworten ganz unterschiedlich aus. Um Klarheit zu schaffen - worum genau es bei TSN eigentlich geht und wie groß das Potenzial für die Industrie wirklich ist - hat sich das SPS-MAGAZIN mit zwei Spezialisten zu diesem Thema unterhalten: Dr. Karl Weber, Kommunikationsexperte bei Beckhoff und seit den Anfängen in der TSN Task Group der IEEE aktiv, sowie Peter Zahn, verantwortlich für den Arbeitskreis 'TSN for Automation' am ISW der Uni Stuttgart.

Der Begriff Time-Sensitive Networking, kurz TSN, beschreibt eine Gruppe von Standards, mit denen Standard-Ethernet u.a. in Richtung Echtzeitfähigkeit erweitert werden soll. Welche Erwartungen gibt es an diese Weiterentwicklung von Seiten der Industrie?

Peter Zahn: Es gibt beispielsweise die Erwartung, dass durch Synergieefekte echtzeitfähige Kommunikationshardware für die Industrie deutlich günstiger wird. Das ist für die Automatisierungstechnik sicherlich ein wichtiger Faktor, aber nicht der einzige. Ein gewichtigerer Punkt findet sich in der Reduzierung der bisherigen Vielzahl an industriellen Kommunikationsprotokollen, die TSN bringen könnte. Die Hoffnung vieler Anwender ruht letztendlich darin, mit TSN durchgängig auf Standard-Ethernet setzen zu können anstatt verschiedene Insellösungen zu nutzen.

Und was der ausschlaggebende Grund für den neuen Arbeitskreis am ISW?

Zahn: Die Motivation für unseren Arbeitskreis lag darin, Klarheit auf Anwenderseite zu schaffen. Denn die Leute, die sich aktuell mit TSN in der Tiefe befassen, sind vor allem die Komponentenhersteller. Ihnen Gegenüber stehen die Anwender mit einer Vielzahl an Fragen. An dieser Stelle versucht der Arbeitskreis zu vermitteln und entsprechende Anforderungen zu sammeln. Wir informieren die Anwender auch darüber, was aktuell in den verschiedenen Gremien läuft. Darüber hinaus wollen wir durch den Aufbau eines Labors und die Definition von ‚Best Practices‘ mittelfristig einen leichteren Einstieg in die Technologie ermöglichen.

Karl Weber: Wenn man die Endkunden entsprechend informiert, sollte man auch genau erklären, woher TSN eigentlich kommt. Ethernet-Netze, sogenannte Local Area Networks, kurz LAN, arbeiten nach dem Best-Effort-Prinzip – daran hat sich in der Entwicklung von Ethernet seit Mitte der 1970er-Jahre eigentlich nichts geändert. Switches setzen auf Ethernet als Media-Access-Control-Verfahren auf und verbinden einzelne Ethernet-Segmente miteinander. In dieser Welt ist Time-Sensitive Networking – ehemals Audio/Video Bridging, kurz AVB – angesiedelt. Es handelt sich also nicht um einen Endgeräte-, sondern einen Switch-Standard. Eingebettet in das Best-Effort-Prinzip ermöglicht TSN in dieser Umgebung einen geschützten Echtzeitkanal. In der Folge ist Time-Sensitive Networking sehr gut geeignet, um verschiedene Verkehrsarten in der Kommunikation zu kombinieren, angefangen von Internet bzw. Client/Server über Audio und Video bis hin zur Echtzeitkommunikation. Für die Industrie bietet sich dadurch die große Chance, in solch kombinierten Backbone-Strukturen auch Echtzeitsegmente einfach einzubinden. Kehrseite dieser Medaille ist: Die Kombination ist nicht so effizient wie ein dediziertes Feldbussystem – TSN ist folglich nicht die beste Lösung, die es im Ethernet-Kontext gibt, sondern die beste Lösung im heterogenen Kontext.

TSN wird also die etablierten Echtzeit-Ethernet-Varianten in der Industrie nicht kurzfristig ablösen.

Zahn: Nein, allein schon aufgrund der Lebenszyklen von industriellen Anlagen wird es einen Migrationspfad geben müssen, sprich Möglichkeiten, wie man bestehende Maschinen und deren Protokolle an ein TSN-Netzwerk anschließt. TSN ist zuerst einmal nur ein ‚Werkzeugkasten‘ für Echtzeitkommunikation, den man sehr unterschiedlich einsetzen kann. Wie weit sich TSN dann in die unteren Ebenen der Automatisierungspyramide entwickeln wird – als Kompromiss der Eigenschaften bestehender Feldbusse – das wird aktuell noch sehr unterschiedlich gesehen.

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ISW Institut für Steuerungstechnik der

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