Trendinterview zum Stand der Entwicklungen bei OPC UA over TSN

Gemeinsamer Standard nimmt Gestalt an

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Im November 2018 gab die OPC Foundation bekannt, dass sie OPC UA für die Anwendung bis in die Feldebene ertüchtigen will und startete ihre FLC-Initiative (Field Level Communications). Ein entscheidender Baustein für die Deterministik dürfte dabei TSN (Time-Sensitive Networking) sein. Vorangetrieben wurde der Einsatz von TSN in der industriellen Automatisierung zuvor von der sogenannten Shaper-Gruppe, die anlässlich der Messe SPS IPC Drives 2018 die weitere Standardisierung ebenfalls der OPC Foundation übergab. Grund genug für die elektro AUTOMATION, im Markt nach dem Stand zu OPC UA over TSN sowie der weiteren Entwicklung zu fragen.

Fragen: Michael Corban, Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Auf der SPS IPC Drives 2018 wurde die Verantwortung für die Standardisierung rund um das Thema Time-Sensitive Networking (TSN) in Verbindung mit dem M2M-Kommunikatonsprotokoll OPC UA mehr oder weniger an die OPC Foundation delegiert. Wie beurteilen Sie diesen Schritt?

Dr. Guido Beckmann (Beckhoff Automation): Wir begrüßen diese Initiative und sind Gründungsmitglied der FLC-Arbeitsgruppe (Field Level Communications) innerhalb der OPC Foundation. Der Austausch von Daten zwischen Maschinen und Steuerungen unterschiedlicher Hersteller beschäftigt seit jeher unsere Kunden – sowohl die Maschinenbauer als auch die Systemintegratoren und Endanwender. Das Ziel dieser neuen Gruppe birgt das Potenzial, einheitliche Schnittstellen, Informationsmodelle und Kommunikationsprotokolle in den Steuerungen und Geräten unterschiedlicher Hersteller zu finden, die dann (hoffentlich) interoperabel miteinander Daten austauschen. Beckhoff ist bekannt für seine offene Steuerungsplattform. Bereits seit 2007 unterstützt Beckhoff OPC UA in seinen Steuerungen; die TSN-Taskgruppe begleiten wir durch einen Mitarbeiter in den IEEE-Arbeitsgruppen ebenfalls seit vielen Jahren aktiv. Selbstverständlich sind wir daher an einer Vereinheitlichung der Verwendung dieser Technologien interessiert.

Stefan Bina (B&R): Aus unserer Sicht ist dieser Schritt sehr wichtig und er wird der Verbreitung von OPC UA over TSN einen weiteren Schub geben. Ein Standard kann nur dann wirklich unabhängig sein, wenn die dahinterstehende Organisation nicht von einzelnen Herstellern abhängig ist, sondern eine neutrale Plattform ist. B&R freut sich deshalb, dass die Shapers die OPC Foundation als Dachorganisation für OPC UA over TSN gewinnen konnten.

Dr. Thomas Brandl (Bosch Rexroth): Wir begrüßen den Schritt, die Arbeiten künftig in der OPC Foundation zu bündeln, denn er nimmt die Forderung von Maschinenherstellern und Endanwendern nach einem durchgängigen, herstellerübergreifenden Standard für die Vernetzung bis in die Feldebene auf. Die Überführung in die OPC Foundation gibt der Initiative einen formalen Rahmen. Die führenden Automatisierungshersteller haben sich auf der SPS IPC Drives 2018 zu OPC UA mit TSN als gemeinsamen Standard der Zukunft bekannt und investieren innerhalb der OPC Foundation in die Definition und Umsetzung.

Paul Brooks (Rockwell Automation): Wenn wir die aktuellen Entwicklungen in das große Gesamtbild der industriellen Standardisierung setzen, kann dieser Schritt kaum genug gewürdigt werden. Vor allem vor dem Hintergrund der Feldbus-Kriege, die allen noch in Erinnerung sein sollten, ist die übergreifende Zusammenarbeit wertvoll und zukunftsweisend. Von einer branchenübergreifenden Lösung profitieren am Schluss nicht nur die Hersteller, sondern vor allem die Kunden, da sie eine verlässliche Lösung erwarten können, die in der gesamten Industrie akzeptiert wird. Der Anschluss weiterer Unternehmen zu OPC UA zeigt auch, dass wir noch nicht am Ende der Entwicklung angekommen sind und noch Arbeit auf uns wartet.

Norbert Hauser (Kontron): Insgesamt haben sich auf der SPS IPC Drives 21 führende Unternehmen der Automatisierungsbranche zum Start dieser Initiative zusammengeschlossen. Kontron als Anbieter von Hard- und Software sowie Services rund um TSN, IoT und Industrie 4.0 begrüßt diesen Schritt, denn damit ist die Durchschlagskraft klar beschrieben. Wir sind überzeugt, dass zum einen unsere Angebote von Herstellerseite sowie die Initiativen aus Anwenderunternehmen zum anderen das Thema TSN und OPC UA sehr schnell voranbringen werden. Kontron ist selbst Mitglied in zahlreichen Standardisierungsgremien und -Initiativen. Deshalb wissen wir, welche Dynamik von einem derartigen Engagement ausgehen kann. Zwar hat die Initiative eine gemeinsame Stoßrichtung, es wird jedoch spannend sein zu sehen, wie sich die einzelnen Unternehmen bei diesen neuen Technologien und Standards positionieren.

Rahman Jamal (National Instruments): NI engagiert sich bereits seit 2012 für die Standardisierung dieses Kommunikationsstandards und hat mittlerweile schon eine Vielzahl von TSN-fähigen Produkten auf den Markt gebracht. Viele andere Unternehmen sind in den letzten zwei Jahren auf diesen Zug aufgesprungen. Neben den vielen Testbed-Initiativen konnten wir durch die Shapers-Initiative einen entscheidenden Impuls für das Ende des seit 30 Jahren anhaltenden Feldbuskrieges setzen. Insofern bin ich froh, dass die OPC Foundation das Thema OPC UA over TSN unter einer neutralen Dachorganisation vorantreibt und somit die Vision der Shapers zu Ende bringt.

Konstantin Klein (Ethernet Powerlink Standardization Group): Wir haben die Vision der OPC Foundation an einer vollständig schnittstellenfreien Kommunikation für die Fabrik der Zukunft immer geteilt und frühzeitig eine Companion Specification für Powerlink und OPC UA erarbeitet. Mit OPC UA over TSN lassen sich unterschiedliche Powerlink-Maschinen-Netzwerke zu einem gemeinsamen Echtzeit-Netzwerk zusammenschließen. Gemeinsam erfüllen die offenen Standards Powerlink und OPC UA over TSN alle Anforderungen an das Industrial IoT.

Dr. Oliver Kleineberg (Belden): Grundsätzlich begrüßen wir diesen Schritt. Hirschmann Automation and Control GmbH ist eines der Gründungsmitglieder der OPC-UA-FLC-Initiative und arbeitet aktiv an diesen Spezifikationen mit. Alleine an dem umfangreichen Teilnehmerfeld der FLC-Initiative ist ersichtlich, dass ein großer Teil der Automatisierungswelt gemeinsam ein universelles, interoperables Ökosystem zur industriellen Kommunikation etablieren will. Dies ist etwas, das von vielen Kunden als notwendiger Schritt gesehen wird, um die Automatisierungswelt fit für die Zukunft zu machen.

Martin Müller (Phoenix Contact Electronics): Phoenix Contact begrüßt diesen Schritt sehr und hat auch aktiv daran mitgearbeitet, dass die Entscheidung letztendlich so zustande gekommen ist. Als Anbieter von Ethernet-basierten Automatisierungssystemen sind wir bereits seit langer Zeit international in den Standardisierungsgremien für Ethernet, Wireless, Cyber Security oder Industrie 4.0 aktiv. Deswegen war es schon immer unser Anliegen, möglichst sämtliche Aktivitäten miteinander zu verbinden sowie alle wesentlichen Hersteller von Automatisierungstechnik an einen Tisch zu bringen und die nächste Generation der industriellen Kommunikationssysteme gemeinschaftlich zu standardisieren. Diese einmalige Chance ergibt sich jetzt durch die Einrichtung der FLC-Arbeitsgruppen in der OPC Foundation.

Karsten Schneider (Profibus Nutzerorganisation): Die Standardisierung zum Thema TSN liegt nicht in der OPC Foundation, sondern in der IEEE und der gemeinsamen Working Group mit der IEC. Das ist auch wichtig, denn TSN soll ja für viele Anwendungen nutzbar sein und nicht nur für die Maschine-Maschine-Kommunikation. Natürlich muss sich die OPC Foundation damit beschäftigen, wie sie TSN in ihre Kommunikationsarchitektur integrieren, genauso wie die Profibus Nutzerorganisation das für TSN mit Profinet macht. Aber damit das ein echter interoperabler Standard wird, muss das Profil eben in der IEEE 60802 standardisiert werden.

Arno Stock (Renesas Electronics): Dies ist ein logischer Schritt gewesen. Die OPC Foundation ist die Organisation, in der bereits seit vielen Jahren gemeinsam an interoperablen Lösungen gearbeitet wird. Sie zählt sämtliche relevanten Unternehmen und Konsortien zu ihren Mitgliedern. Und mit dem neuen PubSub-Standard steht ein geeignetes und akzeptiertes Protokoll bereit, das in Kombination mit TSN auch anspruchsvolle Echtzeitanwendungen bedienen kann.

Ulf Weißhuhn (Siemens): Wir finden dies ist der einzige und sinnvolle Schritt für die Automatisierung der Zukunft in Sachen Standardisierung für OPC UA basierend auf TSN. Siemens begrüßt und unterstützt sowohl aus Sicht eines Hersteller für Automatisierungsprodukten, als auch als Lieferant für Digitalisierungslösungen und natürlich auch als Pionier und Mitglied von industriellen Kommunikationslösungen diese Entwicklungen bei der OPC Foundation sehr. Um genau auf Ihre Frage einzugehen, war die Standardisierung der Maschine-to-Maschine-Kommunikation via OPC UA ein von Siemens seit mehreren Jahren gewünschter und forcierter Schritt. Unsere Erfahrung bei der Realisierung von Digitalisierungslösungen und Definitionen von Kommunikationsstandards, seien es Profinet, IO-Link, Safety-Standards oder auch OPC UA, sagt, dass herstellerübergreifende Standardisierungen nur bei neutralen und offenen Nutzerorganisationen eine Chance auf dem Markt haben. Weil wir so überzeugt von der Technologie TSN sind, engagieren wir uns auch bei der Basisstandardisierung von TSN sowohl in der IEEE 802 als auch in der IEC/IEEE 60802 sowie in der PI bei der Integration von TSN in Profinet.

elektro AUTOMATION: Das Zeug zu einem echten Industrie-4.0-Kommunikationsstandard hat OPC UA over TSN – wird es diesen auch ‚auf die Straße‘ bringen können oder erleben wir nach Feldbussen und Industrial-Ethernet-Systemen zum dritten Mal eine Zunahme proprietärer Kommunikationsprotokolle für Industrie 4.0?

Beckmann (Beckhoff Automation): Ich glaube, dass sich sowohl OPC UA als auch TSN in der Steuerungs- und Automatisierungswelt durchsetzen werden. Die OPC-FLC-Initiative vereinheitlicht nun zusätzlich die Darstellung der Informationen und den Zugriff auf die Parameter in den Teilnehmern, die Nutzung von Security-Technologien, Safety als auch das Netzwerkmanagement. Hierfür sollen Profile definiert werden, wodurch Geräte unterschiedlicher Hersteller ein einheitliches Verhalten bekommen. Eine Abhängigkeit dieser Profile vom Transportmedium sollte dabei vermieden werden, sodass ein Anschluss an ein Ethernet-Netzwerk sowohl mit als auch ohne TSN oder auch per Funk (5G) möglich ist. Auch die Standardisierung der TSN-Spezifikationen in der IEEE ist vorangeschritten und weitere Standards wurden freigegeben. Die Konfiguration der TSN-Netzwerke ist jedoch immer noch die größte Unbekannte. Verschiedene Interessengruppierungen testen kontroverse Konfigurationsansätze – zentrale versus dezentrale. Eine generische Konfigurations-Schnittstelle sowie Protokoll-unabhängige Optimierungsalgorithmen für die Datenströme in einem heterogenen TSN-Netzwerk zu standardisieren, halte ich noch immer für die größte, noch offene Herausforderung.

Bina (B&R): Fehlende Konnektivität und steigende Anforderungen an die Bandbreite, Zykluszeiten und Anforderungen durch das Industrial IoT, wie Security und die Möglichkeit, IT/OT-konvergente Netzwerke zu betreiben, erfordern OPC UA over TSN als herstellerübergreifenden Standard. OPC UA over TSN erweitert den Anwendungsbereich von OPC UA für hochperformante Echtzeitanwendungen in der Feldebene. Damit kann OPC UA als einheitlicher Standard vom Sensor bis in die Cloud eingesetzt werden. Genau dies wird massiv von Nutzern gefordert. Die Technologie wird Maschinenbauern helfen, optimierte Maschinen im Hinblick auf die Performance und Security zu bauen. Maschinen- und Anlagenbetreiber sparen Zeit und Ressourcen bei der Inbetriebnahme und während der laufenden Produktion. Die OPC Foundation hat im November 2018 bekannt gegeben, in den Bereich der Feldebene mit OPC UA over TSN einzusteigen. Dazu wurde ein dediziertes Steering Committee bestehend aus 22 Branchenschwergewichten für die neue Technologie eingerichtet. Zudem wurden drei weitere Global Player der Automatisierung in das Board der OPC Foundation aufgenommen: Schneider Electric, Rockwell Automation und die B&R-Konzernmutter ABB. Die unterstützenden Branchengrößen im Steering Committee der OPC Foundation decken zirka 90 Prozent des weltweiten Automatisierungsmarktes ab. Die Branche hat akzeptiert, dass an dem gemeinsamen Standard OPC UA over TSN kein Weg vorbeiführt und lässt damit keine Zweifel am Erfolg der Technologie aufkommen.

Brandl (Bosch Rexroth): Maschinenhersteller und Endanwender haben ein starkes Bedürfnis nach einheitlicher Kommunikation bis auf die Feldebene. Innerhalb der Field-Level-Initiative ist geplant, die für TSN notwendigen Konformitätstests zu entwickeln, um die Interoperabilität zwischen den Komponenten verschiedener Hersteller zu gewährleisten. Mit OPC UA und TSN werden Anwender ihre Vernetzung einfacher, schneller und kostengünstiger vorantreiben können. Letztendlich wird der Markt entscheiden, aber die technischen und wirtschaftlichen Vorteile eines herstellerübergreifenden Standards für Industrie 4.0 wiegen sehr schwer.

Brooks (Rockwell Automation): Der Umfang von OPC UA und der ausdrückliche Wille der beteiligten Industrieunternehmen, hier eine gemeinsame nachhaltige Lösung zu finden, die als Industrie-4.0-Kommunikationsstandard auch eine Anwendung finden wird, belegen die Umsetzbarkeit von OPC UA over TSN. Die Vergangenheit und die Probleme der Feldbusse und Industrial-Ethernet-Systeme haben gezeigt, dass bei der Konzentration auf geschlossene Systeme die Branche als Ganzes und auch die Kunden nicht profitieren können. Dies zu vermeiden, ist eines der Ziele von OPC UA und von OPC UA over TSN im Speziellen.

Hauser (Kontron): Kontron war seit dem Aufkommen von OPC UA over TSN überzeugt, dass dieser neue Standard mittel- bis langfristig das Potenzial dazu hat, Feldbusse und andere proprietäre Kommunikationsprotokolle abzulösen. Oder, um es anders zu formulieren, die Zeit ist reif für das Zusammenwachsen von IT und OT sowie für den Einzug von Internetprotokollen und IT-Standards auf der Feldebene. Der Digitalisierungsdruck auf die Industrie ist mittlerweile so hoch, dass nicht nur alle Möglichkeiten ausgeschöpft werden müssen, Prozesse zu optimieren und Maschinen effizienter auszunutzen. Es müssen durch neue digitale Geschäftsmodelle auch neue Umsatzfelder erschlossen werden. Das kann nur gelingen, wenn es eine durchgehende Kommunikation gibt, von Business-Intelligence-Analysen in der Cloud über ERP-Ergebnisse bis hin zu MES-Systemen und den Aktoren und Sensoren an Maschinen und Geräten. Kontron sieht sich dabei als ‚Enabler‘ und bietet nicht nur die geeignete Hardware in Form von Embedded Industrial Computern und Intelligent Edge Gateways an, sondern, über sein Schwesterunternehmen S&T Technologies, auch das IoT Software Framework SUSiEtec, welches die Verbindung zwischen den verschiedenen Kommunikationsebenen und Geräten in der Automatisierungspyramide herstellt.

Jamal (National Instruments): Aufgabe der Automatisierer ist nun, gemeinsam für das Automatisierungsumfeld Profile zu definieren, die TSN einschließen. Aus unserer Sicht war es wichtig, auf diese Technologie für die Deterministik und Synchronisierung zu setzen – welche Softwareschicht darauf aufsetzt, sei es OPC UA oder eine andere, soll der Markt entscheiden. Wichtig ist für uns, dass wir selbst inzwischen so viele Produkte mit TSN bestückt haben, dass wir innerhalb des NI-Ecosystems sehr viel umsetzen können. Von Vorteil ist dabei natürlich, dass TSN-Chips immer mehr kommerziell verfügbar und dadurch günstig zu haben sind. Alles andere wird dauern – die Basisarbeit ist aber gemacht. Ein Blick in die Vergangenheit zeigt allerdings, dass bislang technologische Umbrüche immer zu mehr Vielfalt führten, leider nicht zu weniger.

Kleineberg (Belden): Einer der Gründe für die so genannten ‚Feldbuskriege‘ war die Tatsache, dass die grundlegende Kommunikation – also beispielsweise das Zeitverhalten – noch ein Differenzierungsmerkmal war. Mit OPC UA und TSN bis auf die Feldebene ist die technologische Basis der Kommunikation, inklusive der Echtzeitfähigkeit, standardisiert und auf breiter Basis verfügbar. Die Differenzierung findet in Zukunft voraussichtlich auf der Ebene der Anwendungsprotokolle statt und andere Aspekte wie Einfachheit der Benutzung und Gebrauchstauglichkeit werden an Bedeutung gewinnen. Wir werden also nicht einen weiteren Feldbuskrieg erleben, sondern ein Aufblühen eines Marktes, der bislang stark zersplittert und für Kunden nur schwer navigierbar war.

Müller (Phoenix Contact Electronics): Tatsächlich hat OPC UA over TSN das Potential, der einheitliche Kommunikationsstandard für die Zukunft und damit für Industrie 4.0 zu werden. Anlass zur Hoffnung, dass es dieses Mal wirklich gelingen kann, ergibt sich aus der Tatsache, dass sich alle wesentlichen internationalen Player der Automatisierungsbranche öffentlich zu OPC UA over TSN bekannt haben und aktiv mit eigenen Ressourcen in den Arbeitsgruppen vertreten sind. Zudem wird auch die Akzeptanz für proprietäre Lösungen mit der Verfügbarkeit von Geräten und Systemen, die auf dem neuen Standard basieren, erheblich abnehmen. Der Markt entscheidet also über die Potentiale und die Attraktivität der unterschiedlichen Kommunikationssysteme und hier sind Lösungen, die auf einem einheitlichen Übertragungsstandard basieren, deutlich im Vorteil.

Schneider (Profibus Nutzerorganisation): Industrie 4.0 steht und fällt nicht damit, ob es einen oder mehrere Kommunikationsprotokolle in Zukunft geben wird. Bereits heute zeichnen sich in der IT-Welt viele solcher Standards ab. Das Wesentliche ist, und da liegt der große Vorteil von OPC UA, dass auf der Applikationsebene nun erstmals einheitliche semantische Standards entstehen. Also Informationsmodelle für bestimmte Aufgaben und Branchen. Bei OPC UA sind das die Companion Spezifikationen. Wenn es uns gelingt, zum Beispiel durch die Zusammenarbeit aller, hier eine Harmonisierung zu schaffen, haben wir viel erreicht. Ein gutes Beispiel ist hier die Zusammenarbeit in der Prozessautomatisierung. Unter dem Titel PA DIM wollen die FieldComm Group und die PNO gemeinsam mit der Namur und der OPC Foundation ein solches Informationsmodell für Prozessgeräte schaffen. Mit FDI und dem PA Profil bei Profinet wurde hier auch schon viel Vorarbeit geleistet. Über eCl@ss werden dafür dann die semantischen Identifier definiert, so dass wir echte Interoperabilität auch auf Applikationsebene erreichen. Sie sehen, es sind viele Player notwendig, um echte Industrie-4.0-Standards zu schaffen. Aber wir haben in den letzten Jahren gezeigt, dass die Feldbusorganisationen wie die PNO dazu bereit sind und auch die Expertise mitbringen.

Stock (Renesas Electronics): Der Wille zu einem gemeinsamen Standard ist groß, weil er Vorteile für sämtliche Beteiligten bietet. Die eingesetzte Feldkommunikation stellt in vielen Anwendungen kein wesentliches Differenzierungsmerkmal dar. Auf der anderen Seite gehört zu einem Automatisierungssystem weit mehr als nur das Kommunikationsprotokoll. Angefangen von der Gerätebeschreibungsdatei über die Gerätezertifizierung, Projektierung, Inbetriebnahme und Diagnose sind viele Dinge notwendig, die im Rahmen der OPC-FLC-Initiative zu standardisieren sind. Der Anwender muss eine vergleichbare Unterstützung wie von den etablierten Systemen erfahren.

Weißhuhn (Siemens): Ich gehe mit der Aussage konform, dass OPC UA based on TSN eine sehr große Chance hat, ein Kommunikationsstandard für Industrie 4.0 zu werden. Auf der Ebene Maschine-zu-Managementebene (Cloud, Server, Scada, ERP etc.) ist er bereits teilweise jetzt schon Standard. Auf der Ebene Maschine-zu-Maschine wird er sich ganz sicher dorthin entwickeln und auf der Ebene Sensor-zu-Managementebene, also bei der vertikalen Kommunikation, ebenso. In Sachen echtzeitfähige industrielle Kommunikation auf der Sensor- und Aktor-Ebene inklusive Motion und Safety müssen dies die Entwicklungen und Harmonisierungen zu einem Standard in der OPC UA Foundation aber erst noch ergeben. Hier haben die Standardisierungsaktivitäten innerhalb der OPC Foundation ja Anfang 2019 erst begonnen, danach müssen Produkte entstehen.

elektro AUTOMATION: OPC UA over TSN hat sich in den Testbeds als noch leistungsfähiger erwiesen als erwartet (siehe Kasten ‚Whitepaper Praxistest‘). Gleichzeitig hat im November 2018 die OPC Foundation eine Initiative gestartet, OPC UA einschließlich TSN für den Einsatz bis in die Feldebene zu ertüchtigen. Ist damit die Aussage hinfällig, dass sich OPC UA over TSN gut für die Kommunikation und Synchronisierung von Fertigungszellen bis hinauf in die ERP-Ebene eignet, in der Fertigungszelle selbst aber leistungsfähigere Feldbus- beziehungsweise Industrial-Ethernet-Systeme zum Einsatz kommen müssen?

Beckmann (Beckhoff Automation): Das glaube ich nicht. Für den Betrieb einer Maschine müssen harte Echtzeitanforderungen erfüllt werden, mit hervorragenden Diagnoseeigenschaften, um Störungen schnell beseitigen zu können – und das zu einem möglichst geringen Preis – hierfür wurden die Feldbusse wie Ethercat entwickelt und etabliert. Diese sind mitnichten als ‚proprietär‘ zu bezeichnen, sondern stellen offene Systeme dar, die sich bei den Herstellern und Anwendern durchgesetzt haben, da sie für die Marktanforderungen optimiert wurden. Entscheidend für Industrie 4.0 und andere internationale Initiativen ist der Datenaustausch zwischen den Cyber Physical Systems (CPS). Ob es sich bei einem CPS um eine Anlage, eine Maschine, einen Roboter oder eine einzelne Komponente oder einen Sensor handelt, ist nicht entscheidend. Aber einheitliche Datenmodelle und Schnittstellen zu diesen Systemen sind wichtig. Die Kommunikation zwischen Steuerungen, Maschinen und teilweise einzelnen Komponenten erfolgt bereits heute über Standard-Ethernet-Netzwerke. Durch TSN wird diese Kommunikation deterministischer, das ist gut. Nutzt man das Potenzial von OPC UA für die Vernetzung von Produktionslinien, die durch die Verwendung von TSN nun auch synchronisierte Steuerungen mit kurzen Latenzzeiten realisieren, kann man die Interaktion von Maschinen deutlich verbessern.

Bina (B&R): Die Vernetzung von Maschinen und Anlagen und die Umsetzung des Industrial IoT wird für Maschinenbauer und -betreiber wesentlich einfacher, wenn die heterogene Protokolllandschaft verschwindet. In ein paar Jahren werden neue Maschinen nur noch mit OPC UA over TSN ausgeliefert. Die Übergangsphase wird völlig problemlos verlaufen. Companion Specifications, zum Beispiel zwischen Powerlink und OPC UA, ermöglichen, dass bestehende Maschinen und Anlagen einfach in neue Netzwerke integriert werden können. Zudem arbeiten wir bereits mit Hochdruck daran, OPC UA over TSN in unser komplettes Portfolio zu bringen. Ein B&R-Buscontroller mit OPC UA over TSN steht kurz vor der Serienreife, Steuerungen und Antriebe werden folgen. Mit der aktiven Teilnahme von B&R an Testbeds, wie dem des Industrial Internet Consortium, will B&R dazu beitragen, dass Maschinenbauer und -betreiber baldmöglichst von einer harmonisierten Kommunikation in der Industrie profitieren.

Brandl (Bosch Rexroth): Technisch erfüllt OPC UA in Verbindung mit TSN alle Anforderungen an die Echtzeitkommunikation auch auf der Feldebene. Es ist das erklärte Ziel der Field-Level-Communication-Initiative der OPC Foundation, diese Potenziale für Maschinenhersteller und Endanwender zu erschließen. Die Initiative hat den Plan und die Mittel, die dazu notwendigen Standards und Tools zu entwickeln und damit eine durchgängige Lösung von der Anbindung an Cloud- und ERP-Systeme über die M2M-Kommunikation bis hin zur Feldebene bereitzustellen. Die Einführung wird bei Bosch Rexroth schrittweise erfolgen. Wir beginnen mit der Echtzeit-Kommunikation zwischen Maschinensteuerungen. Gleichzeitig bereiten wir die Ausweitung auf die Feldebene vor.

Brooks (Rockwell Automation): Derzeit befinden wir uns hier noch am Anfang einer langen Entwicklung, aber die ersten Erkenntnisse haben bereits gezeigt, dass sich OPC UA over TSN für einen umfassenden Einsatz eignet. Im Zuge des Connected Enterprise ist eine Vernetzung aller relevanten Geräte maßgeblich für den Erfolg des gesamten Systems. Dementsprechend muss ein gemeinsamer Kommunikationsstandard das übergeordnete Ziel sein – ganz gleich, ob auf ERP-Ebene oder in der Fertigungszelle. Zielmaßgabe des Standards OPC UA over TSN ist es nach wie vor, umfassende Kommunikation zu ermöglichen und das bei der höchstmöglichen Leistungsfähigkeit.

Hauser (Kontron): Kontron ist überzeugt, dass OPC UA over TSN mittel- bis langfristig Feldbusse und andere proprietäre Systeme ersetzen kann. Die Ergebnisse des Testbeds bestätigen unsere Einschätzung auf der technischen Seite. Natürlich wird es noch einige Zeit dauern, bis komplette Prozesse, Maschinenparks und Fertigungsstraßen vollständig auf OPC UA over TSN umgestellt sind. Wichtige Faktoren hierbei werden die Kosten für die Anschaltung von Sensoren/Aktoren an OPC UA over TSN sein sowie die Verfügbarkeit dieser Feldkomponenten seitens der Hersteller. Wir werden es aber eher früher als später erleben, dass für neue Anlagen OPC UA over TSN in Betracht gezogen wird, da wir damit ähnlich wie heute schon in der Consumer-Welt das Plug&Play-Prinzip in der Industrie mit ‚Plug&Produce‘ realisieren. Die Kostenersparnis für die Inbetriebnahme und Wartung der Anlagen sowie die Schulung der Mitarbeiter von bisher komplexen heterogen vernetzten Systemen auf eine einfache homogene Vernetzung wäre enorm. Ist es einmal soweit, dann wird es auch nicht mehr lange dauern, bis bestehende Anlagen in Folge von Aktualisierungen oder Renovierungen ebenfalls mit entsprechender Hard- und Software ausgestattet werden. Heute hat der Feldbus noch seine Berechtigung, die Frage ist, wie lange noch?

Jamal (National Instruments): Interessanterweise waren wir schon seit unserem Engagement für TSN im Jahre 2012 der Ansicht, dass sich TSN durchgängig nutzen lässt. Sonst hätten wir kaum auf diesen Standard gesetzt. Umso mehr begrüßen wir die FLC-Initiative. Unser Ziel war es, TSN nicht nur sichtbar zu machen, sondern dem Markt das Potenzial zu zeigen, das darin steckt – alles Weitere wird sich zeigen. Die Bedeutung von TSN lässt sich aus unserer Sicht aber vergleichen mit der des USB in der IT. Von Vorteil ist zudem, dass TSN keinem ‚gehört‘ und genügend ‚Power‘ aus der kommerziellen Welt vorhanden ist – und das Beste ist: Die Automatisierer haben sich aus meiner Sicht mittlerweile zusammengerauft und sind sich, soweit ich es beurteilen kann, einig, dass TSN das Zeug dafür hat, durchgängig einsetzbar zu sein. Mit unseren bereits 2016 vorgestellten TSN-fähigen CompactRIO-Controllern sowie unseren Ethernet-Chassis, Industrie-Controllern und Datenerfassungsgeräten auf Basis dieses Standards ist unser Ecosystem jedenfalls groß genug, dass dem Einsatz von TSN in der Praxis nichts mehr im Wege steht. Den ultimativen Beweis dafür liefern unsere Kunden, die NIs TSN-fähige Produkte bereits für ihre Projekte nutzen. Joby Aviation etwa setzte bei der Entwicklung eines elektrischen senkrecht startenden und landenden Flugtaxis mehrere über TSN-synchronisierte CompactDAQ-Geräte für Tests während des Fluges ein.

Klein (Ethernet Powerlink Standardization Group): Die Einführung neuer Technologien hat selten zu einem abrupten Ende der jeweils älteren Technologie geführt. Gerade in einer konservativen Branche wie dem Maschinen- und Anlagenbau passieren Veränderungen nur langsam. Ich bin überzeugt, dass noch viele Jahre lang Maschinen mit Powerlink gebaut werden. Ähnlich haben wir es nach der Einführung der Industrial-Ethernet-Protokolle mit CAN erlebt. Wichtig dabei ist die nahtlose Integration bestehender Powerlink-Installationen in neue OPC-UA-over-TSN-Netzwerke. Bereits auf der SPS IPC Drives 2018 hat die EPSG dies in einer herstellerübergreifenden Live-Demo gezeigt. Möglich wird das durch die Companion Specification zwischen Powerlink und OPC UA. Die Live-Demo besteht aus fünf eigenständigen Powerlink-Netzwerken mit Steuerungen und Antrieben unterschiedlicher Hersteller. Die Powerlink-Netzwerke sind über OPC UA over TSN in sich hochsynchron abgestimmt, da die eingesetzten Steuerungen sowohl mit Powerlink als auch mit OPC UA over TSN kommunizieren.

Kleineberg (Belden): OPC UA TSN und die FLC-Initiative schließt nicht den Einsatz anderer Kommunikationsprotokolle im gleichen Netzwerk aus. Mit TSN-Ethernet als grundlegender Übertragungstechnologie ist es ohne weiteres möglich, unterschiedliche Anwendungsprotokolle rückwirkungsfrei in der gleichen Netzwerkinfrastruktur zu übertragen. Dies ist auch zwingend erforderlich, denn eine Migration in einem Brownfield-Szenario kann nur langfristig gelingen, wenn existierende und neue Technologien zusammen funktionieren. Kaum eine Anlage wird von Grund auf neu aufgebaut. Und genau deshalb muss diese Migration für alle Kunden möglich sein: von einer herstellerspezifischen Kombination der Übertragungstechnologie und dem Anwendungsprotokoll hin zu einer Lösung mit OPC UA und TSN zu migrieren, auf die dann die Anwendungsprotokolle aufsetzen. Dies ist ein kontinuierlicher Prozess, der viele Jahre dauern wird und unter anderem auch an die Lebenszyklen der bestehenden industriellen Anlagen gekoppelt ist.Die Aussage ist also teilweise hinfällig: OPC UA und TSN stellt eine universelle Lösung von der Feldebene bis zur ERP-Ebene dar. Damit diese Lösung langfristig genutzt werden kann, ist die Koexistenz und die daraus resultierende Möglichkeit der Migration außerordentlich wichtig.

Müller (Phoenix Contact Electronics): OPC UA kann in Verbindung mit TSN tatsächlich nahezu alle Anforderungen an industrielle Kommunikationssysteme erfüllen. Es ist damit geeignet, die Vision einer einheitlichen Kommunikationsarchitektur ohne aufwendige Gateways und Systembrüche vom Sensor bis in die Cloud zu verwirklichen. Insofern kann auf die Ausprägung von spezifischen Industrial-Ethernet-Systemen im Bereich der Feldebene verzichtet werden. Diese lassen sich zukünftig durch eine einheitliche Kommunikations-Infrastruktur auf Basis von OPC UA und TSN ersetzen. Nichtsdestotrotz wird es mit der Verfügbarkeit der Technologien noch etwas dauern, sodass den Migrationsstrategien der bestehenden Systeme (zum Beispiel Profinet mit TSN) eine besondere Bedeutung zukommt. Dadurch ergeben sich vielfältige neue Möglichkeiten, sowohl im Hinblick auf die technischen Rahmenbedingen als auch die Ausprägung neuer Geschäftsmodelle, beispielsweise cloudbasierte Themen wie Analytics.

Schneider (Profibus Nutzerorganisation): Die Anforderungen an einen Feldbus sind grundlegend anders als die an die Kommunikation zur Cloud oder zu IT-Systemen. Im Feld werden typischerweise wenige Bits bis einige Bytes übertragen, zum Beispiel für binäre Signale oder Analogwerte, oder bestimmte Profile benötigt, wie etwa Safety oder Motion Control. Bei der Übertragung zur Cloud muss ich dagegen eher große Datenmengen transferieren, aber natürlich auch mit der Bandbreite oder (Un-)Zuverlässigkeit des Netzes klarkommen. OPC UA eignet sich bereits heute gut für diesen Anwendungsfall und auch für die Kommunikation zwischen Maschinen. Es fehlen aber die Mechanismen im Feldbereich. Dies wird nun nachgeholt, wird aber natürlich noch eine ganze Weile dauern. Für eine Ablösung werden unterschiedlichste Geräte vieler Hersteller benötigt. Profinet kann hier tausende Geräte vorweisen. Ich rechne fest damit, dass die heutigen Feldbusse auch weiterhin im Feld eingesetzt werden, schon allein aufgrund der hohen installierten Basis. Man darf nicht vergessen, dass auch 15 Jahre nach der Einführung von Profinet immer noch gut ein Drittel der neuen Knoten Profibus-Knoten sind. Für die PNO ist klar, dass wir die Entwicklung eines neuen, zukunftsfähigen Feldbusses auf Basis von OPC UA mit unserer Technologie und unserem Know-how unterstützen, aber gleichzeitig die Investitionen unserer Anwender langfristig schützen werden, so wie wir das auch bei Profibus weiterhin machen.

Stock (Renesas Electronics): OPC UA PubSub orientiert sich an den erprobten Mechanismen der etablierten Standards. Daher kann es ohne Zweifel deren Leistungsfähigkeit erreichen. Die durchgängige Kommunikation von der Feldebene aus eröffnet neue Möglichkeiten, allerdings auch Risiken. OPC UA PubSub wird sich dort durchsetzen, wo es gegenüber etablierten Systemen Vorteile bietet. In Einsatzbereichen, in denen die Vorteile einer nahtlosen Kommunikation und eines einheitlichen Standards nicht bedeutsam sind, gibt es für die Anwender zumindest mittelfristig keinen Grund, umzusteigen.

Weißhuhn (Siemens): Die Aussage ist nicht hinfällig. Die Digitalisierung verlangt eine einheitliche, Hersteller-unabhängige und für die Anforderungen von morgen passende Kommunikationsinfrastruktur. Und in den drei vorhin genannten Szenarien Maschine-zu-Managementebene, Maschine-zu-Maschine und Access Sensor to Management ist OPC UA auf einem sehr guten Weg, zum Standard zu werden. Siemens hat als Gründungs- und Boardmitglied der OPC Foundation dazu beigetragen, dass die Initiative OPC UA einschließlich TSN in der Feldebene unter dem Dach der OPC Foundation standardisiert wird. Siemens hat langjährige Erfahrung bei der Realisierung und Etablierung von echtzeitfähigen industriellen Kommunikationssystemen. Im Übrigen stellt Siemens auch den Editor der im Januar gestarteten technisch Architekturarbeitsgruppe zur Standardisierung von OPC UA einschließlich TSN in der Feldebene. Die Erwartungen an das System sind groß: Die Bandbreite reicht von High-end Motion Control bis hin zu Systemredundanz und Änderungen im Run in der Welt der Prozessautomatisierung. Testbeds sind gut, um frühzeitig im Sinne eines Proof-of-Concepts Erkenntnisse zu gewinnen. Aber am Ende zählt die Spezifikation der OPC Foundation. Wir machen uns jetzt erst mal an die Arbeit der Spezifikation innerhalb der OPC Foundation und bringen unsere Erfahrungen dort aktiv ein.

www.beckhoff.de

www.belden.com

www.boschrexroth.de

www.br-automation.com

www.ethernet-powerlink.org

www.kontron.de

www.ni.com

www.phoenixcontact.com

www.profibus.com

www.renesas.com

www.rockwellautomation.com

www.siemens.com

Grundlagen zum Time-Sensitive Networking (TSN) sowie Meldungen und Beiträge zum Thema liefert umfassend unsere Themenseite TSN:

hier.pro/lYpEi


Dr. Guido Beckmann, Senior Management – Control System Architecture, Beckhoff Automation
Bild: Beckhoff

„Das Ziel der FLC-Arbeitsgruppe birgt das Potenzial, einheitliche Schnittstellen, Informationsmodelle und Kommunikationsprotokolle in den Steuerungen und Geräten unterschiedlicher Hersteller zu finden, die dann (hoffentlich) interoperabel miteinander Daten austauschen können.“


Stefan Bina, Product Manager Industrial IoT Network Solutions, B&R
Bild: B&R

„OPC UA over TSN erweitert den Anwendungsbereich von OPC UA für hochperformante Echtzeitanwendungen in der Feldebene – und kann damit als einheitlicher Standard vom Sensor bis in die Cloud eingesetzt werden.“


Dr.-Ing. Thomas Brandl, Product Owner Communication Solutions, Bosch Rexroth
Bild: Bosch Rexroth

„Wir begrüßen den Schritt, die Arbeiten in der OPC Foundation zu bündeln, denn er nimmt die Forderung von Maschinenherstellern und Endanwendern nach einem durchgängigen, herstellerübergreifenden Standard für die Vernetzung bis in die Feldebene auf.“


Paul Brooks, Business Development Manager, Rockwell Automation
Bild: Rockwell Automation

„Von geschlossenen Systemen kann keiner profitieren – weder die Branche als Ganzes und auch die Kunden nicht; deswegen kann kaum genug gewürdigt werden, dass sich die OPC Foundation nun dem Thema OPC UA over TSN widmet.“


Norbert Hauser, VP Marketing, Kontron
Bild: Kontron

„Neben optimierten Prozessen und effizienteren Maschinen geht es immer mehr darum, neue digitale Geschäftsmodelle und damit neue Umsatzfelder zu erschließen – die Zeit ist reif für das Zusammenwachsen von IT und OT.“


Rahman Jamal, Business & Technology Fellow, National Instruments
Bild: National Instruments

„TSN ist inzwischen sichtbar genug und die Automatisierer sind sich einig, dass TSN das Zeug dazu hat, durchgängig einsetzbar zu sein – wir selbst haben inzwischen so viele Produkte mit TSN bestückt, dass man innerhalb des NI-Ecosystems sehr viel umsetzen kann.“


Konstantin Klein, Technology Marketing Manager bei der Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG)
Bild: EPSG

„Bestehende Powerlink-Installationen lassen sich nahtlos in neue OPC-UA-over-TSN-Netzwerke integrieren – möglich wird dies durch die Companion Specification zwischen Powerlink und OPC UA.“


Dr. Oliver Kleineberg, Advanced Development Manager, Belden
Bild: Belden

„Allein das umfangreiche Teilnehmerfeld der FLC-Initiative verdeutlicht, dass ein großer Teil der Automatisierungswelt gemeinsam ein universelles, interoperables Ökosystem zur industriellen Kommunikation etablieren will.“


Dipl.-Ing. Martin Müller, Leiter der Business Unit Automation Infrastructure, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont
Bild: Phoenix Contact

„Tatsächlich hat OPC UA over TSN das Potenzial, der einheitliche Kommunikationsstandard für die Zukunft und damit für Industrie 4.0 zu werden – alle wesentlichen internationalen Player der Automatisierungsbranche haben sich öffentlich zu OPC UA over TSN bekannt.“


Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender Profibus Nutzerorganisation e.V. (PNO)
Bild: PNO

„Der große Vorteil von OPC UA ist, dass auf der Applikationsebene erstmals einheitliche semantische Standards entstehen, also Informationsmodelle für bestimmte Aufgaben und Branchen.“


Arno Stock, Manager, Industrial Solution Business Unit, Renesas Electronics
Bild: Renesas Electronics

„Mit dem neuen OPC-UA-PubSub-Standard steht ein geeignetes und akzeptiertes Protokoll bereit, das in Kombination mit TSN auch anspruchsvolle Echtzeitanwendungen bedienen kann.“


Ulf Weißhuhn, Head of Simatic Marketing (Technology & Fieldbus), Siemens
Bild: Siemens

„Unsere Erfahrung bei der Realisierung von Digitalisierungslösungen und Definitionen von Kommunikationsstandards sagt, dass herstellerübergreifende Standardisierungen nur bei neutralen und offenen Nutzerorganisationen eine Chance auf dem Markt haben.“


Whitepaper Praxistest

OPC UA over TSN wird erstmals in der Geschichte der Feldbusentwicklung herstellerunabhängig von einer großen Zahl an Automatisierungs- und IT-Anbietern unterstützt – und von diesen als ‚Game Changer‘ im Feld der industriellen Automation angesehen. Damit könnte eine ganzheitliche Kommunikations-Infrastruktur vom Sensor bis zur Cloud realisiert werden. Erste Erfahrungen der beteiligten Unternehmen – B&R Industrial Automation, Schneider Electric, ABB Automation Products, TTTech Computertechnik, General Electric Company, Huawei Technologies, Fraunhofer IOSB-INA, Phoenix Contact Electronics, Intel Corporation, Bosch Rexroth, Cisco Systems, Hirschmann Automation and Control, Moxa und Kalycito Infotech – finden sich in einem Mitte Januar 2018 veröffentlichten Whitepaper, das über den folgenden Link zugänglich ist:

hier.pro/x4S9x

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Festo: Digitalisierung

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