Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0 und IIoT
Der Weg zum Time Sensitive Networking
Die umfassende Vernetzung von allem mit allen stellt die Grundlage für viele Zukunftsszenarien wie Industrie 4.0 oder dem sogenannten industriellen Internet der Dinge dar. Damit dies gelingt, müssen die heute getrennten Bereiche der Automatisierungs- und Informationstechnik noch besser integriert werden. Dabei nehmen die Standards des Time Sensitive Networkings (TSN) eine Schlüsselrolle ein. Es ist also Zeit für eine Übersicht.
Bild: Josep.Ng@shutterstock.com

Bei einem Blick in die aktuellen Automatisierungsarchitekturen sind auf der Feldebene weiterhin die klassischen Bussysteme – z.B. Profibus oder CANopen – zu finden. Diese Systeme und deren Einsatz erweisen sich derzeit als Schlüsseldisziplin der Automatisierungstechnik (Operational Technology, OT). Eine zusätzlich notwendige TCP/IP-Kommunikation – etwa mit der Leitebene – oder die Bildübertragung via Webcams findet über getrennte Ethernet-basierte Netzwerke (Information Technology, IT) statt. Eine solche Aufspaltung führt dazu, dass Anwender beide Fachgebiete beherrschen müssen, was eine entsprechende Komplexität und erforderliche Qualifikation nach sich zieht.

TSN-Standards der IEEE 802: Inzwischen sind alle Standards freigegeben
TSN-Standards der IEEE 802: Inzwischen sind alle Standards freigegebenBild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Einsatz für alle IT- und echtzeitkritischen Applikationen

Ein großer Vorteil von Ethernet liegt jedoch in der markt- und applikationsübergreifenden Standardisierung durch die zuständige Organisation IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) und hier das Projekt IEEE802. Die Standardisierung sorgt für eine breite, kostengünstige und interoperable Verfügbarkeit von Ethernet-Basistechnologien und -Bausteinen. Von diesen Vorzügen profitieren auf Ethernet beruhende Systeme wie z.B. Profinet RT oder Modbus/TCP, denn jedes IEEE802-konforme Endgerät und jeder Switch kann für den Datenaustausch verwendet werden. Bei den Aktivitäten der IEEE802 stand die Nutzung von Ethernet in Applikationen mit harten Echtzeitanforderungen – z.B. Motion Control – bislang allerdings nicht im Fokus. Daher gibt es für derartige Anwendungsszenarien heute spezielle Ausprägungen – etwa Profinet IRT -, die nicht durch die IEEE802 standardisiert sind, teilweise nur eine Datenrate von 100MBit/s unterstützen sowie besondere Gerätehardware bedingen. Diese Situation kann sich mit TSN ändern. Durch ein entsprechendes Bündel von Mechanismen, die von der IEEE802 standardisiert sind, wird Ethernet echtzeitfähig und ermöglicht höhere Bandbreiten als 100MBit/s bei gleichzeitiger Nutzung des Netzwerks für IT- und Automatisierungsanwendungen. Damit lässt sich das Netzwerk für sämtliche IT- und echtzeitkritischen Applikationen einsetzen. Diese Eigenschaft wird als Konvergenz bezeichnet und bietet darüber hinaus eine Reihe weiterer Vorteile. Für Anwender und Applikationen zählen dazu Bandbreiten von 1GBit/s und mehr, Übertragungsgarantien, stoßfreie Medienredundanz, die Verwendung von Standard-Switches, kurze Zykluszeiten sowie perspektivisch vergleichbare Gerätekosten. Hersteller profitieren von der Nutzung von Standard-Chips in Steuerungen, Switches und Feldgeräten sowie einer Produkthardware für alle TSN-Einsatzszenarien. Als wesentlich zeigt sich, dass sich die TSN-Standards auf die unteren Schichten von Ethernet beziehen. Die Anwendersicht ist weitgehend unabhängig und kann für vorhandene Standards – beispielsweise Profinet – bestehen bleiben.

Beispiel für ein konvergentes TSN-Netzwerk gemäß IEC/IEEE 802 60802: Mehrere Echtzeitprotokolle und die TCP/IP-Kommunikation nutzen gemeinsam ein Netzwerk
Beispiel für ein konvergentes TSN-Netzwerk gemäß IEC/IEEE 802 60802: Mehrere Echtzeitprotokolle und die TCP/IP-Kommunikation nutzen gemeinsam ein Netzwerk Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Profilierung von TSN-Standards für die OT-Nutzung

Eine wichtige und notwendige Eigenschaft der heutigen Feldbussysteme ist ihre herstellerübergreifende Interoperabilität. Automatisierungsexperten sind es gewohnt, Geräte unterschiedlicher Hersteller in einer Maschine oder Anlage zu einer funktionierenden Lösung zu kombinieren. Diese Interoperabilität wird durch die großen Feldbusorganisationen über spezifische Maßnahmen – z.B. Zertifizierungen – sichergestellt. Die konvergente Verwendung eines TSN-Netzwerks kann nur erfolgreich sein, wenn sie auch eine vergleichbare Interoperabilität zur Verfügung stellt. Dazu bedarf es einer herstellerübergreifenden Festlegung, welche Mechanismen aus dem TSN-Bündel wie genutzt werden sollen. Die IEEE802 trifft hier keine Bestimmungen, um den branchenübergreifenden Einsatz von Ethernet zu garantieren. Deshalb haben sich die für die Feldbussysteme verantwortliche Organisation IEC und die IEEE802 als für Ethernet zuständiger Verband zusammengetan und die gemeinsame Aktivität IEC/IEEE802 60802 gegründet. Die Kooperation zielt auf die Profilierung von TSN-Standards zur Verwendung in Automatisierungsapplikationen ab. Daher wird die Aktivität ebenfalls als Industrial Automation Profile (IAP) bezeichnet, das Anwendungen wie im Bild oben dargestellt ermöglicht.

Einordnung der Feldbusorganisationen: Durch die gemeinsame Verwendung eines TSN-Profils wird ein konvergentes TSN-Netzwerk sichergestellt. Andere Industrien, etwa die Automobilindustrie, können IEEE 802 802-Standards beispielsweise für In-Car-Applikationen anders einsetzen.
Einordnung der Feldbusorganisationen: Durch die gemeinsame Verwendung eines TSN-Profils wird ein konvergentes TSN-Netzwerk sichergestellt. Andere Industrien, etwa die Automobilindustrie, können IEEE 802 802-Standards beispielsweise für In-Car-Applikationen anders einsetzen.Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Rolle der Feldbusorganisationen

Werden die bekannten Feldbusorganisationen – beispielsweise Profibus & Profinet International (PI) – mit der Einführung von TSN überflüssig? Diese Frage lässt sich zum gegenwärtigen Zeitpunkt eindeutig mit Nein beantworten. Die Aufgaben, die aktuell von diesen Organisationen wahrgenommen werden, müssen ebenso bei der Nutzung von TSN gelöst sein, damit eine vergleichbare Interoperabilität gegeben ist. Ferner erwarten die Anwender beim Einsatz von TSN in Ethernet-Netzwerken eine mindestens vergleichbare Benutzerfreundlichkeit. Deshalb ist z.B. auch Profinet seit der Spezifikation 2.4 für die Verwendung auf TSN freigegeben. Auf diese Weise profitieren Anwender von den Vorteilen von TSN, ohne die gewohnte Sicht ändern zu müssen. Aber nicht nur Profinet ist für TSN spezifiziert. Die OPC Foundation arbeitet ebenfalls daran, über die sogenannten Field Level Communication Initiative (FLC) TSN-Standards für die Automatisierung zu beschreiben. In diesem Kontext sollte vermieden werden, dass ein weiteres proprietäres Feldbussystem für TSN entsteht, das andere Systeme nicht berücksichtigt. Ziel ist vielmehr die konvergente Nutzung eines Netzwerks, etwa für OPC UA, Profinet und sonstige Protokolle. Zur Umsetzung dieser Absicht erweist sich das vorher vorgestellte Industrial Automation Profile (IAP) IEC/IEEE 60802 als elementar.

Seiten: 1 2Auf einer Seite lesen

Anzeige

Das könnte Sie auch Interessieren

Weitere Beiträge

Bild: Bosch Rexroth AG
Bild: Bosch Rexroth AG
„Wir haben eine 
Engineering-Welt 
geschaffen, die es bisher nicht gab“

„Wir haben eine Engineering-Welt geschaffen, die es bisher nicht gab“

Bedeuten die modernen IT-Technologien einen Paradigmenwechsel für den Maschinenbau? Und ist dieser wirklich unumgänglich? „Über kurz oder lang? Definitiv!“ sagt Steffen Winkler, CSO der Business Unit Automation bei Bosch Rexroth, und verweist an dieser Stelle auf die neue Automatisierungsplattform ctrlX Automation. Hier habe man diesen technologischen Umbruch schon vorausgedacht und entsprechende Features und Möglichkeiten implementiert. Ein Gespräch über moderne Steuerungsentwicklung, aktuelle Herausforderungen im Maschinenbau, Schieberegler und die Jungen Wilden.

mehr lesen
Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V. / Lantzsch
Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V. / Lantzsch
Aus Alt mach Neu

Aus Alt mach Neu

Maschinen und Anlagen haben häufig eine deutlich längere Lebensdauer als die verwendete Steuerungstechnik. Soll diese dann auf den neuesten Stand gebracht werden, drohen während der Umrüstung Komplikationen und lange Produktionsausfälle. In der Beize der Rudolf Rafflenbeul Stahlwarenfabrik stand ein solcher Retrofit an. Mit dem Upgrade-Tool von Mitsubishi Electric und dem Frankfurter Ingenieurbüro Thorsten Braun ging der Umbau jedoch reibungslos und in nur drei Tagen über die Bühne.

mehr lesen
Bild: Congatec AG
Bild: Congatec AG
IPCs für Edge und Fog

IPCs für Edge und Fog

Um den noch jungen Markt der robusten Fog-Computertechnik zu adressieren, erweitert Congatec jetzt sein Angebot. Die IPCs – die sowohl in industriellen als auch kritischen Applikationen eingesetzt werden können – sind oberhalb vom Edge-Device-Level positioniert, aber dennoch auf zuverlässige Echtzeit-Performance ausgerichtet. Zusammen mit Edge-Devices sollen sie den Echtzeit-Computing-Markt abdecken, der im Bereich des Embedded-Computings für raue Umgebungen rasch an Bedeutung gewinnt.

mehr lesen
Saubere Sache

Saubere Sache

Grips Automation entwickelt, projektiert und realisiert Automatisierungslösungen für ganz unterschiedliche Bereiche – so z.B. auch für Selbstbedienungswaschanlagen. Sowohl beim Bau von Sondermaschinen als auch bei der Serienfertigung setzt der Hersteller als Hardware-Partner auf IPC-Lösungen des Distributors und Systemintegrators Aaronn Electronic.

mehr lesen
Anzeige