OPC UA TSN: Von der Initiative zum Branchenstandard

Cisco unterstützt herstellerübergreifende Vernetzung mittels OPC UA TSN

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Industrie 4.0 ist für viele Fertigungsunternehmen Fluch und Segen zugleich: Die zunehmende Vernetzung von Geräten, Maschinen und Daten ermöglicht viele neue Chancen für die Produktion sowie die Erfüllung sich ständig verändernder Markt- und Kundenanforderungen in Echtzeit. Doch gleichzeitig führt die oft fehlende Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller zum gefürchteten Vendor-Lockin. Das bedeutet: Anwender-Unternehmen sind in proprietären Systemen gefangen und können nicht die gesamten Vorteile der Vernetzung von allem mit allem, überall und jederzeit nutzen. Das 2016 gestartete Projekt OPC UA TSN, initiiert durch einen Verbund von Herstellerunternehmen, soll zum zukünftigen Branchenstandard avancieren – und ist auf dem besten Weg dahin.

Jürgen Hahnrath, Leiter IoE Solutions Germany bei Cisco in München

Inhaltsverzeichnis

1. Verständnis für die reibungslose Zusammenarbeit 2. Ein Standard für die Vernetzung der Zukunft 3. Standard wird Sicherheit fördern

Die Rede ist von dem auf offenen Standards basierenden einheitlichen Kommunikationsprotokoll OPC Unified Architecture Time Sensitive Networking (OPC UA TSN). Es entstand aus der Kombination des um Publisher/Subscriber (Pub/Sub) erweiterten OPC-UA-Protokolls und des IEEE TSN Ethernet-Standards. In seiner Form ermöglicht es in industriellen Anwendungen die vollständige Kompatibilität der Geräte unterschiedlicher Hersteller. OPC UA TSN lässt sich somit als möglicher Standard für die industrielle Automatisierung und Konnektivität der Zukunft betrachten, stellt er doch alle nötigen Bausteine bereit, um die Kommunikation in der industriellen Automatisierung zu vereinheitlichen. Dadurch können Informationstechnologie (IT) und operative Technologien (OT) zusammenwachsen.

Verständnis für die reibungslose Zusammenarbeit

Generell reicht heute für einen reibungslosen Datenaustausch die Entwicklung von einzelnen Schnittstellen zwischen unterschiedlichen Lösungen nicht mehr aus. Bei aktuell mehr als 100 verfügbaren IoT-Plattformen und bis 2021 – laut Cisco Global Cloud Index 2018 – prognostizierten mehr als 13,7 Milliarden IoT-Verbindungen, ist dies zu aufwändig und komplex. Dazu müssen die Produkthersteller verschiedene Versionen von grundlegend gleichen Produkten entwickeln, um die unterschiedlichen Protokollwelten zu unterstützen. Durch diesen Aufwand und die damit bedingte Komplexität können jedoch Schwachstellen an den Grenzen zwischen den Lösungen entstehen. Einheitliche Protokolle und Standards vermeiden solche Sicherheitslücken.

Dieser Ansicht sind auch immer mehr Unternehmen: nur etablierte, branchenübergreifende Standards ermöglichen eine effiziente, umfassende und sichere Vernetzung sämtlicher Systeme. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, haben sich zahlreiche Hersteller von Automatisierungs- und Informationstechnologien Ende 2016 auf der SPS IPC Drives in Nürnberg auf OPC UA TSN als offene, einheitliche, standardbasierte und interoperable Lösung für die Kommunikation zwischen industriellen Controllern, weiteren IT-Systemen und der Cloud geeinigt. Zu den Gründungsmitgliedern gehören neben Cisco auch ABB, Bosch Rexroth, B&R, General Electric, National Instruments, Parker Hannifin, Schneider Electric, SEW Eurodrive und TTTech. Die technische Zusammenarbeit entstand im Rahmen des Industrial Internet Consortiums (IIC) und der OPC Foundation.

Das Industrial Internet Consortium wurde im März 2014 gegründet, um die Organisationen und Technologien zusammenzubringen, die für das Wachstum des Industrial Internet mittels Identifikation, Aufbau und Förderung von Best Practices nötig sind. Mitglieder sind kleine und große Technologieinnovatoren, branchenweite Marktführer, Forscher, Universitäten und staatliche Organisationen. Das IIC organisiert Testbeds, in denen die Kompatibilität der Produkte verschiedener Hersteller überprüft wird. Die OPC Foundation ist die weltweit zuständige Non-Profit-Organisation für industrielle Interoperabilitätslösungen basierend auf den OPC-Kommunikationsspezifikationen. Seit der Gründung im Jahr 1995 haben mehr als 4.200 Firmen über 45 Millionen Applikationen mit OPC-Produkten installiert.

Ein Standard für die Vernetzung der Zukunft

Bereits im vergangenen Jahr haben die Träger IIC, OPC Foundation und die inzwischen eingebundene Avnu Alliance erste Erfolge der Zusammenarbeit veröffentlicht, um die Anforderungen der Industrie an die Zertifizierung von OPC-UA-TSN-Produkten zu erfüllen. Dazu gehören die Weiterentwicklung der Konformitätsprüfung, die Fertigstellung von Standards sowie eine zunehmende Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Herstellern. Inzwischen unterstützen bereits mehr als 20 Unternehmen OPC UA TSN. In IIC TSN Testbeds wurde die Interoperabilität zwischen Geräten unterschiedlicher, teilweise im Wettbewerb stehender Hersteller getestet und demonstriert. Viele der Geräte kommunizieren bereits heute im OPC-UA-Datenformat. Auf Basis des entstehenden Standards für die industrielle Automatisierung und IIoT-Konnektivität möchte Cisco Unternehmen bei der Nutzung der Technologie unterstützen.

Der TSN-Standard erlaubt es, zeitkritische Industrieanwendungen über eine einheitliche, gemanagte Infrastruktur zu tranportieren, und das gemeinsam mit weiteren IIoT Anwendungen. Dabei erhält der Anwender wichtige Einblicke in Analysedaten zu Zustand, Auslastung und Performance der eingesetzten Systeme, die für zeitkritische Anwendungen wichtige Latenz wird dabei in einem zuverlässsigen, extrem kleinen Zeitfenster von wenigen Nanosekunden gemanaged und sichergestellt – das bedeutet Echtzeit im Industriellen Ethernet.

Ein einheitlicher Kommunikationsstandard, wie er außerhalb industrieller Anwendungen schon lange etabliert ist, eröffnet erst die Möglichkeit, über Systemgrenzen und Silos hinweg Informationen zu verbinden und Mehrwerte zu generieren. Daher ist diese Initiative für Cisco so wichtig. Im Fokus steht dabei die Interoperabilität zwischen den Lösungen möglichst vieler verschiedener Hersteller in der Industrie. Die Konsortien und Hersteller treiben durch die Bündelung ihrer Kräfte diese Entwicklung weiter voran und bringen den gemeinsamen Standard OPC UA TSN auf einen sehr guten Weg. So sind alle Unternehmen, welche die gemeinsame Vision einer einheitlichen Kommunikation sowohl zwischen Steuerungen als auch der Cloud teilen, willkommen, der Kooperation beizutreten.

Standard wird Sicherheit fördern

Die Entwicklungen in der Branche zeigen, dass OPC UA TSN zukünftig die Basis werden kann, von der Maschine über die Anbindungen bis hin zum Rechenzentrum die Kommunikation zu erleichtern – OT-Systeme besser zu vernetzen und näher an IT-Systeme heranzubringen. Interoperabilität ist der Schlüssel zur Vernetzung und die Zukunft von IoT-Anwendungen – auch, wenn es um IT-Security geht. Initiatoren und einsetzende Unternehmen können von solchen Standards profitieren. Eine reibungslose Interoperabilität kann so nicht nur die Basis einheitlicher Kommunikationsprotokolle zwischen Maschinen werden, sondern auch bei der Integration umfassender Protokoll-Standards und Security-Architekturen im Industrie-Umfeld helfen. Entsprechend sollten Fertigungsunternehmen durchgängige Sicherheitsansätze bei ihren Überlegungen mitdenken und innerhalb der Architektur ihrer Informations-, Betriebs- und Anlagentechnik integrieren – interoperabel und offen für Lösungen anderer Hersteller. Schließlich lassen sich nur mit flexiblen Architekturen die Anforderungen von Industrie 4.0, wie individuelle Produktion, umfassende Datensicherheit, proaktive Wartung von Maschinen, sichere Fernwartung sowie die Unterstützung mobiler Lösungen, erfüllen. ge

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