Die Zukunft der Industrie ist vernetzt

Kontron unterstützt OPC UA und TSN

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Laut einer repräsentativen Befragung des Digitalverbandes Bitkom sind bereits rund ein Viertel der Maschinen und Anlagen in deutschen Unternehmen smart, Tendenz steigend. Die strikte Trennung zwischen Operational Technology (OT) an der Basis und Information Technology (IT) an der Spitze der Automatisierungspyramide beginnt zu verschmelzen und macht Industrie-4.0-Konzepten Platz. TSN wird diese Entwicklung fördern.

Norbert Hauser, Vice President Marketing, bei Kontron in Augsburg

Inhaltsverzeichnis

1. Interoperabilität in der Industrie
2. TSN macht OPC UA echtzeitfähig
3. Der TSN-Baukasten
4. Hardware, Software und Service aus einem Guss
5. Abgrenzung zwischen IT und OT verschwindet

Time Sensitive Networking (TSN), also die schnelle, deterministische Datenübertragung, und der OPC UA-Standard (Open Platform Communication Unified Architecture), der eine nahtlose Kommunikation zwischen Geräten verschiedener Hersteller möglich macht, sind zwei elementare Technologien, die die Smart Factory Realität werden lassen.

Interoperabilität in der Industrie

Die Grundlage für die herstellerunabhängige Maschine-zu-Maschine Kommunikation, die schon vor einigen Jahren von der Industrie geschaffen wurde, ist OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture). Der globale Interoperabilitätsstandard ist eine Antwort auf die notwendige digitale Vernetzung aller Systeme, die durch Industrie-4.0-Prozesse entsteht. Im IIoT (Industrial Internet of Things) müssen Maschinen gesteuert und synchronisiert werden, gefilterte und bewertete Sensor-Daten müssen zwischen diversen Maschinen und Geräten bzw. über verschiedene Automatisierungsebenen hinweg ausgetauscht werden – vom Shop Floor bis in den Office Floor. Ohne einen entsprechenden Standard, der die Schnittstellen eine Sprache sprechen lässt, sind diese Vorgänge komplex und in der Implementierung zeitaufwändig und teuer.

OPC UA ermöglicht einen nahtlosen, sicheren und zuverlässigen Informationsfluss zwischen Geräten mehrerer Hersteller und trägt damit neben TSN als Transportlayer entscheidend zur Konvergenz der industriellen Infrastrukturen bei. Durch den Interoperabilitätsstandard werden die neuen Anforderungen an Sicherheit, Datenmodellierung, Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit optimal adressiert.

Der OPC Foundation, die den OPC UA-Standard weiterentwickelt und definiert, gehören mittlerweile mehr als 580 renommierte Unternehmen und Organisationen an (Stand Juni 2018). Darunter neben Fertigungsunternehmern und Zulieferern auch Technologieanbieter, von großen Playern bis hin zu Unternehmen mit kleineren Marktanteilen.

TSN macht OPC UA echtzeitfähig

Überall dort, wo zeitkritische Prozesse in der Industrie relevant sind, also beispielsweise bei der Maschinensteuerung, war der herstellerunabhängige Interoperabilitätsstandard OPC UA, bislang wegen der fehlenden Echtzeitfähigkeit nicht einsetzbar. Der TSN-Standard ermöglicht nun konvergente Ethernet-basierende Netzwerke, auf denen parallel zum IT-Datenverkehr auch zeitsynchronisierte, deterministische Kommunikation möglich ist. Unter 100 ns genau ist die Synchronisation verteilter Systeme im TSN-Netzwerk und ermöglicht damit die blitzschnelle, deterministische Datenübertragung als grundlegende Technologie für die Industrie 4.0. OPC UA über TSN erfüllt – dank garantierter Latenz und Quality of Service (QoS) – alle Anforderungen, um den bestehenden Feldbussen speziell in der Controller-Controller Kommunikation ernsthaft Konkurrenz zu machen und sie mittelfristig sogar zu ersetzen.

Der TSN-Baukasten

Die Sammlung von Standards unter dem Label TSN ist als Baukasten zu sehen, der in seiner Gesamtheit unterschiedliche Methoden zum Umgang und zur Priorisierung des Netzwerkverkehrs beschreibt. Die Bausteine, auch Substandards genannt, lassen sich in vier wichtige Kategorien unterteilen: Zeitsynchronisation, Traffic Scheduling, Redundanz und Systemkonfiguration. Für den Anwender ist es nicht nötig, die Fertigstellung aller TSN-Substandards abzuwarten, denn vorhandene Features können bereits jetzt genutzt werden: die Spezifikationen für die wichtigsten Standards, die industrielle Anwendungen unterstützen, sind heute schon verfügbar oder werden umgehend soweit sein.

Kontron, Anbieter von IoT/Embedded-Computer-Technologie (ECT), ist Teilnehmer des IIC-Testbeds und hat eine TSN-Netzwerkkarte auf den Markt gebracht, die herstellerunabhängig einsetzbar ist und einen unkomplizierten Einstieg ins Time Sensitive Networking ermöglicht. Die TSN-Netzwerkkarte erweitert beispielsweise die Kontron Box PCs (KBox C-Serie), 19-Zoll-Server (ZINC 19 2U/4U), Embedded Server (ZINC CUBE C232) und Workstations (HPW 410). Grundsätzlich ist sie jedoch herstellerunabhängig einsetzbar und wird mit Private Labeling angeboten, sodass Maschinenhersteller, Automatisierer und Systemintegratoren die TSN-Karte unter ihrem Markennamen in ihre Geräte einbauen und damit ihren Kunden Time-to-Market Vorteile für die Integration in TSN-Netze ermöglichen können. Für den leichten Einstieg in die TSN-Technologie bietet Kontron außerdem einen TSN-Starterkit an mit zwei vorkonfektionierten Systemen und entsprechender Software.

Hardware, Software und Service aus einem Guss

Damit die Zeitenwende in Richtung Digitalisierung gelingt, kommen für den Anwender idealerweise Hardware und vorintegrierte Cloud-Lösungen, beispielsweise für Microsoft Azure IoT Edge, sowie weitere Software, Services und Beratungsleistungen aus einem Haus. Kontron profitiert hier von dem Verbund mit der S&T Unternehmensgruppe. Eine Tochter des Technologiekonzerns, die S&T Technologies GmbH mit Sitz in Linz, bringt mit erweiterten Ressourcen und einem zusätzlichen Standort in Augsburg wichtiges Software- und Consulting-Know-how für den Aufbau von IoT-Szenarien von der Edge bis zur Cloud mit. Eine zentrale Komponente dabei ist die IoT-Plattform Susietec. Im Umfeld von Industrie 4.0 löst Susietec die bisherigen Grenzen zwischen Datenerzeugung, Datenverarbeitung und Datenbereitstellung auf und ermöglicht damit die Verschmelzung von IT und OT. Susietec ist flexibel konfigurierbar und wird individuell auf die jeweilige Automatisierungslösung angepasst. Steuerungs- und Sensordaten können damit beim Kunden vor Ort in dessen On-Premise-Embedded-Cloud gesammelt und analysiert werden, und mit weiteren, externen Public-Cloud-Strukturen nach Bedarf vernetzt werden.

Abgrenzung zwischen IT und OT verschwindet

Bei der Prüfung von Produktionsprozessen im Rahmen von Digitalisierungsstrategien stellt man fest, dass die heute bestehende Abgrenzung zwischen IT (Information Technology) und OT (Operational Technology) schrittweise aufgelöst werden muss, um Performance, Kosten und Managebarkeit der Infrastruktur auch in Zukunft zu gewährleisten. Standards wie TSN und OPC UA spielen hier eine wichtige Rolle. TSN ist dabei auf der Transportebene der Hauptbaustein für die Konvergenz von IT und OT. OPC UA ermöglicht zudem den nahtlosen, sicheren und zuverlässigen Informationsfluss zwischen Geräten mehrerer Hersteller und trägt damit ebenfalls entscheidend zur Konvergenz der industriellen Infrastrukturen bei. Die strikte Trennung zwischen Operational Technology an der Basis und Information Technology an der Spitze der Automatisierungspyramide beginnt daher zu verschmelzen, Silos werden aufgebrochen. Viele Bereiche in der Feldebene, wie Maschinensteuerung, die bis vor Kurzem für Internet-Protocol-basierte Technologien unerreichbar schienen, stehen so vor einer Zeitenwende. ge

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