Dr. Guido Beckmann, Beckhoff Automation

Bei der Vernetzung von Produktionslinien werden sich sowohl OPC UA als auch TSN durchsetzen

Vernetzung von Produktionslinien
Dr. Guido Beckmann, Senior Management – Control System Architecture, Beckhoff Automation Bild: Beckhoff
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Das Ziel der FLC-Arbeitsgruppe berge das Potenzial, einheitliche Schnittstellen, Informationsmodelle und Kommunikationsprotokolle in den Steuerungen und Geräten unterschiedlicher Hersteller zu finden, die dann (hoffentlich) interoperabel miteinander Daten austauschen könnten, sagt Dr. Guido Beckmann, Senior Management – Control System Architecture bei Beckhoff Automation. In Verbindung mit Cyber Physical Systems (CPS) seien einheitliche Datenmodelle und Schnittstellen zu diesen Systemen wichtig.

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.

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 die Industrie 4.0?

Dr. Beckmann: 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.

elektro AUTOMATION: OPC UA over TSN hat sich in den Testbeds als noch leistungsfähiger erwiesen als erwartet. 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?

Dr. Beckmann: 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. Das Einsammeln von Daten innerhalb einer Maschine, eines CPS, oder eines Teilsystems kann aber auch weiterhin sehr gut mit einem Feldbus erfolgen. Diese Daten können (bei Bedarf) natürlich auch dem Industrie-4.0-Netzwerk bereitgestellt werden. Es ist insofern wichtig, die Integration der neuen Technologien in die bestehende Kommunikationswelt besonders gut zu gestalten. Es gibt gar keinen Grund, auf die riesige Vielfalt der Ethercat-Geräte und Maschinen zu verzichten, sondern eine nahtlose Integration ist sinnvoll. Beckhoff ergänzt beispielsweise mit dem EK1000 sein Ethercat-I/O-System um einen Buskoppler, der die Anbindung von Ethercat-Segmenten über ein Ethernet-Netzwerk an eine abgesetzte Ethercat-Steuerung unterstützt. Der Ethercat-TSN-Koppler, als erster Teilnehmer in einem Ethercat-Segment platziert, verbindet das Ethernet- oder TSN-Netzwerk nahtlos mit dem angeschlossenen Ethercat-Netzwerk.

www.beckhoff.de


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