Inhaltsverzeichnis
1. Vorteile für den Anwender durch OPC UA over TSN
2. Produkte mit TSN an Bord
3. Steuerungsgeneration X20
4. TSN-Maschinenswitch
TSN werde häufig als sehr komplex gesehen, berichtet Konstantin Klein, Product Manager Industrial IoT Network Solutions bei der B&R Industrial Automation GmbH in Eggelsberg. „Wir haben uns deswegen gefragt, wie wir TSN für den Anwender ‚unsichtbar‘ machen und haben deswegen diese Technologie komplett in unser Automation Studio integriert – jetzt genügt Drag&Drop.“ Genauso leicht sei die Koexistenz mit Powerlink-Netzwerken zu realisieren.
Vorteile für den Anwender durch OPC UA over TSN
Der Nutzen liegt auf der Hand: Mit wenig Aufwand lässt sich nun ein herstellerübergreifendes Netzwerk vom Sensor bis in die Cloud aufbauen und mit OPC UA over TSN können vor allem vier Anforderungen erfüllt werden:
- IT-OT-Konvergenz:
Durch die Erweiterung mit TSN ermöglicht OPC UA das Verschmelzen von IT und OT zu einem gemeinsamen Netzwerk und bildet so die Grundlage für sämtliche Anwendungen im Industrial IoT. Die Technologie erlaubt mehrere 10.000 Knoten in einem Netzwerk und profitiert von Bandbreitenerweiterungen des Ethernet-Standards, so dass auch große Datenmengen problemlos handhabbar bleiben – zum Beispiel für Anwendungen zur intelligenten Zustandsüberwachung oder zur vorausschauenden Wartung. - Interoperabilität per OPC UA:
OPC UA ermöglicht eine vollständig durchgängige und transparente Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud. Und durch das standardisierte Netzwerk mit OPC UA over TSN sind die Zeiten vorbei, in denen Maschinenbauer eine Maschine in Varianten mit unterschiedlichen Steuerungs- und Bussystemen anbieten mussten. Aus der Vielzahl an Schnittstellen wird nun eine einzige. Diese Schnittstelle tauscht standardisierte Daten mit den Netzwerkteilnehmern aus. Entwicklung und Betrieb von Maschinen und Anlagen werden maßgeblich vereinfacht. - Höhere Performance:
Ein Netzwerk mit OPC UA over TSN ist plug&produce-fähig und lässt sich einfach verwalten und konfigurieren. Zugleich können Netzwerkteilnehmer bis zu 18-mal schneller kommunizieren als mit allen bisher am Markt verfügbaren Protokollen. Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten im Bereich hochsynchroner Antriebsapplikationen und Steuerungsaufgaben. - Cybersecurity:
Mit dem zunehmenden Grad der Vernetzung in IoT-Lösungen nimmt auch die Zahl von Cyberangriffen zu. Um den Maschinenbetrieb nicht zu beeinträchtigen, sorgen TSN und OPC-UA-Sicherheitsmechanismen wie Benutzerauthentifizierung und Autorisierung, Verschlüsselung und Zertifikatshandling für Sicherheit.
>Produkte mit TSN an Bord
Um OPC UA over TSN nutzen zu können, wird das B&R-Produktportfolio entsprechend erweitert. Dazu gehören hochperformante X20-Steuerungen, Buscontroller, Industrie- und Panel-PCs sowie ein TSN-Maschinenswitch. Die Konfiguration der OPC-UA-over-TSN-Geräte und des Netzwerks sowie die Vergabe von Zugriffsrechten sind in die B&R-Automatisierungssoftware Automation Studio integriert. Dadurch läuft zum einen die Konfiguration automatisch ab und zum anderen wird der Applikationsaufwand für modulare Maschinen durch vorgefertigte Softwarebausteine niedrig gehalten. Geräte unterschiedlicher Hersteller – zum Beispiel Antrieb und Steuerung – lassen sich so ohne zusätzlichen Aufwand miteinander verbinden. Der Entwickler muss keinen Code programmieren, sondern lediglich Parameter setzen.
Steuerungsgeneration X20
Die neue Steuerungsgeneration ist OPC-UA-over-TSN-fähig und kann in entsprechenden Netzwerken als Master für die Feldebene eingesetzt werden. Zudem bietet sie erheblich mehr Rechenleistung als bisherige X20-Generationen bei gleicher kompakter Bauform. Die Steuerungen verfügen über schnelle Intel-Apollo-Lake-I-Prozessoren und ermöglichen Zykluszeiten bis zu 100 µs. Zudem bieten sie einen großen L2 Cache sowie eine schnellere Floating Point Unit (FPU) und einen schnelleren RAM-Zugriff für eine optimale Befehlsabarbeitung. Zudem ist ein Flash-Speicher integriert. Daher können die Steuerungen wahlweise auch ohne Compact Flash betrieben werden.
Wie bei allen X20-Steuerungen können bis zu 250 I/O-Module direkt an die Steuerungen gesteckt werden und fügen sich nahtlos an. Das gesamte System lässt sich somit extrem platzsparend im Schaltschrank unterbringen. Trotz der kompakten Bauform ist die Stromversorgung der Steuerungen und der I/O-Module Bestandteil der Zentraleinheit. Als integrierte Schnittstellen stehen Powerlink, Standard-Ethernet mit TSN-Unterstützung, CAN, RS232 und USB zur freien Verfügung. Weitere Schnittstellen lassen sich über Interfacemodule ergänzen.
TSN-Maschinenswitch
Mit dem neuen Maschinenswitch lassen sich Netzwerke mit OPC UA over TSN platzsparend umsetzen. Der Switch fügt sich hinsichtlich Design und Formfaktor in das B&R-Portfolio ein. Im X20-Formfaktor ausgeführt, kann er so platzsparend im Schaltschrank neben dem X20-Steuerungs- und I/O-System platziert werden. Es besteht die Möglichkeit, den Switch – je nach Kabelabgang – in zwei unterschiedlichen Lagen zu verbauen. Dadurch kann er auch auf engstem Raum verbaut werden.
Mit dem TSN-Maschinenswitch sind Zykluszeiten von weniger als 50 µs möglich. Der Switch bietet vier TSN-Ports mit Echtzeitfähigkeit sowie einen Standard-Ethernet-Port, um zum Beispiel ein Anzeigegerät anzuschließen. Zudem erweitert der Switch Daisy-Chain-Topologien um Stern-, Baum- und Ring-Strukturen. Um abgesetzte Schaltschränke zu erreichen oder größere verzweigte Echtzeit-Netzwerke zu realisieren, können die Switche auch kaskadiert werden. Nicht-TSN-Teilnehmer können mit dem Switch problemlos in das Netzwerk eingebunden werden. Modulare Maschinenkonzepte lassen sich so schneller und einfacher umsetzen. co
Weitere Fragen und Antworten zu OPC UA over TSN:
Messe SPS 2019: Halle 7, Stand 114/206
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