Rahman Jamal, National Instruments

Startschuss für evolutionäre Migration

evolutionäre Migration
Rahman Jamal, Global Technology & Marketing Director bei National Instruments Bild: National Instruments
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Wird über die Zukunft der industriellen Kommunikation in der Automatisierung diskutiert, sind OPC UA und TSN die bestimmenden Themen. In Kombination wird OPC UA TSN von Branchenexperten als das Kommunikationsprotokoll für Industrie 4.0 angesehen. Während der letzten Fachmessen wurden erste Geräte für diese Technologie vorgestellt und seit einiger Zeit finden regelmäßig Interoperabilitäts-Workshops statt, die die Konformität sicherstellen sollen. Rahman Jamal, Global Technology & Marketing Director bei National Instruments in München, erläutert, welche technischen Möglichkeiten hinter den Technologien stecken und weshalb sich National Instruments in der Initiative OPC UA TSN engagiert.

Die Fragen stellte Andreas Gees, stv. Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Worin liegt die Bedeutung von TSN für die Automatisierung, ist TSN mit OPC UA eine Alternative zu Echtzeit-Feldbussen und -Protokollen bis in die Feldebene oder nur eine Echtzeit-Erweiterung bestehender Ethernet-Kommunikationslösungen?

Rahman Jamal (National Instruments): Die Bedeutung von TSN liegt klar auf der Hand: Es ist die erfolgreiche Konvergenz von zeitkritischen, nicht zeitkritischen und Datenstreaming-Anwendungen über ein einziges Netzwerk. Was die Controller-Controller-Kommunikation anbelangt, hat TSN die Nase vorn. Wo sich die Gemüter aber aufheizen, ist die Feldbusthematik. Feldbusse sind bereits im Einsatz und werden nicht einfach über Nacht verschwinden. Selbstverständlich gibt es aber Überlappungen bei den Anwendungsbereichen von OPC UA over TSN und existierenden Feldbuslösungen. Hier kommt es darauf an, wofür sich der Kunde entscheidet, wenn er die Vorteile von OPC UA over TSN wie Interoperabilität und Bandbreiten im GBit-Bereich betrachtet. Fest steht, TSN kann anspruchsvolle hochperformante Anwendungen ebenso abdecken wie gängige kostengünstige Applikationen und hätte somit langfristig auch das Potenzial, klassische Feldbusse nach und nach zu verdrängen.

elektro AUTOMATION: Erste Interoperabilitäts-Workshops haben stattgefunden. Als TSN-Ready-gekennzeichnete Managed Switche sowie TSN-ertüchtigte PC-Erweiterungskarten sind verfügbar. Doch wieweit ist die Standardisierung der einzelnen Teile für Hard- und Software (ASbt, Qbu, Qbv, etc.) vorangeschritten. Ist die Entwicklung von Lösungen auf dieser Basis schon heute möglich bzw. wann ist die Technologie in Seriengeräten verschiedener Hersteller für den Industrie-Einsatz verfügbar?

Jamal: NI ist in diesem Bereich sehr aktiv. Zum einen sind wir Gründungsmitglied des ersten TSN-Testbeds im Rahmen des IIC (Industrial Internet Consortium), in dem mehrere Hersteller ihre Implementierungen von TSN mit denen anderer Anbieter testen. Hier erfolgt die Prüfung eines gewissen Grads an Interoperabilität, was aber nicht zwangsläufig heißt, dass die Produkte dann auch den Standards entsprechen. Dafür wiederum gibt es Konformitätsprüfungen, in denen das Produkt auf Herz und Nieren geprüft wird. Dadurch soll sichergestellt werden, dass es die gesetzten Standards erfüllt. Selbstverständlich ist es wichtig, dass die Erkenntnisse aus den Testbeds auch entsprechend weitergereicht werden und in die Konformitätsprüfung, ggf. sogar in die Revisionen des Standards einfließen. Auch in diesem Bereich sind wir sehr aktiv, was alleine daran zu erkennen ist, dass wir Mitglied des Boards der Avnu Alliance sind, die für die Konformitätsprüfung von TSN zuständig ist. Die Basis für Testbeds und Konformitätsprüfungen sind natürlich TSN-fähige Produkte, von denen es aus unserem Hause bereits eine ganze Menge gibt. So haben wir etwa TSN-fähige CompactRIO-Controller, Ethernet-Chassis, Industrie-Controller und Datenerfassungsgeräte im Portfolio. Meines Erachtens dürfte dies eines der größten Portfolios an TSN-fähigen Produkten für die Mess-, Prüf-, Steuer- und Regelungstechnik auf dem Markt sein. In Bezug auf Industrielösungen erwarten wir für den Anfang, dass es weniger um komplette fabrikweite Neuinstallationen gehen wird. In den meisten Fällen wird TSN wohl in bereits bestehenden, so genannten Brownfield-Anlagen, implementiert, die im Übrigen auch den Schwerpunkt der Avnu-Aktivitäten bilden und wo die eben erwähnten Produkte zum Einsatz kommen.

elektro AUTOMATION: Die Nutzung von TSN mit Profinet/Profisafe, Sercos, Powerlink, OPC UA, etc. setzt evtl. auch Engineering-Funktionalitäten bzw. Entwicklungstools voraus. Welche Unterstützung benötigt der Industrie-Anwender dafür zukünftig?

Jamal: OPC UA wird heutzutage bereits für die nicht-deterministische Kommunikation von Controller zu Controller eingesetzt. TSN verleiht solchen Installationen lediglich zusätzlich Echtzeitfunktionalität. Einige der heute existierenden Feldbusse können vielleicht über eine TSN-fähige Netzwerkinfrastruktur bedient werden. Daher erwarten wir eine evolutionäre Migration. Die heutigen Feldbusse werden Schritt für Schritt durch OPC UA over TSN erweitert. TSN ist komplett abwärtskompatibel mit jedem Ethernet-Gerät. Sprich, existierende Geräte werden ohne weitere Anpassung so funktionieren wie bisher. Wie erwähnt, liegt der Fokus der Avnu Alliance ja hauptsächlich auf Brownfield-Anwendungen. Während es eine Grundvoraussetzung ist, dass alle grundlegenden Elemente interoperabel sind, werden auch entsprechende Nachrüstungsmöglichkeiten für existierende Geräte in Betracht gezogen, sodass auch diese die Vorteile von TSN und seinen Installationen nutzen können. Hierzu gehören etwa Mechanismen wie die Kapselung von Applikationsprotokolldaten (Application Protocol Encapsulation), die Umwandlung des PTP-Profils (PTP profile conversion) und flexible Konfigurationsmechanismen. Mitglieder der Avnu Alliance zeigen bereits im IIC-Testbed einige dieser Elemente, wie etwa die Kapselung von Applikationsprotokolldaten und die Umwandlung des PTP-Profils. Bei den Nachrüstungsmöglichkeiten handelt es sich um Dienste existierender Geräte und Installationen, die in TSN-basierte Dienste und Protokolle umgewandelt werden müssen. Dies kann etwa ein Time Gateway zur Übertragung der Zeit sein, eine Remote Management Unit zur Übertragung existierender Konfigurationsprotokolle in Restconf oder Netconf oder ein TSN-Übertragungsmechanismus zur Umwandlung des asynchronen in synchronen Datenverkehr. Die Konformitätsprüfungen der Avnu Alliance werden solche Übertragungsfunktionen, die die Nutzung existierender Dienste unterstützen sollen, beinhalten.

www.ni.com


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