digital AUTOMATION: Warum ‚sprechen‘ B&R-Produkte jetzt OPC UA over TSN – was zeichnet insbesondere TSN (Time-Sensitive Networking) aus?
Konstantin Klein (B&R): Alle großen Hersteller von Automatisierungstechnik unterstützen OPC UA over TSN als das neue einheitliche Netzwerk, daher werden in Zukunft keine Schnittstellen und Gateways mehr notwendig sein. Hinzu kommt, dass ein auf TSN basierendes Netzwerk wesentlich performanter ist: Mit OPC UA over TSN können Netzwerkteilnehmer bis zu 18-mal schneller kommunizieren als mit allen bisher am Markt verfügbaren Protokollen. Zudem kann TSN mit verschiedenen Bandbreiten genutzt werden.– Mit TSN lassen sich 100 Mbit/s genauso umsetzen wie 100 Gbit/s. Nicht zuletzt bietet TSN den Vorteil günstiger Chip-Preise, da die Technologie ursprünglich aus dem Audio-/Video-Bereich kommt und auch in der Automobilindustrie mit ihren hohen Stückzahlen eingesetzt wird.
digital AUTOMATION: TSN stellt die Synchronisation in Echtzeit sicher. Welche Rolle spielt in dem Gespann OPC UA over TSN dann OPC UA?
Klein: OPC UA bietet den enormen Vorteil der Wiederverwendbarkeit, weil ich damit den Schritt von Daten zu Informationen gehen kann – weg von Nullen und Einsen. Von jedem einzelnen Punkt im Netzwerk erhalte ich so direkt nutzbare Informationen, jeder Punkt beschreibt sich selber. Damit liegt auf der Hand, dass ich ein Netzwerk sehr leicht sinnvoll und logisch aufbauen kann – beginnend mit einem Sensor, aus dem ein Modul entsteht, das wiederum einen Maschinenbestandteil darstellt, der Teil eines Produktionsverbundes ist. An dieser Stelle leistet insbesondere die Standardisierung von OPC UA einen enormen Beitrag. Sie garantiert, dass jeder Hersteller seine Daten exakt gleich strukturiert.
digital AUTOMATION: Sie selbst sprechen ja auch von dem Ansatz der ‚Steuerung durch ein Datenmodell‘ – was kann man darunter verstehen?
Klein: Das ist in der Tat ein spannender Ansatz, weil sich mit OPC UA ein Abbild einer Produktionsanlage modellieren lässt – und ich dieses dann auch für Steuerungsaufgaben nutzen kann. Das wird aktuell in Teilen schon genutzt, etwa bei Druckmaschinen. Ja nach Anforderung kommen beispielsweise verschiedene Einheiten für die Papierverarbeitung zum Einsatz – das entsprechende Datenmodell bildet die jeweiligen Funktionen ab. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Companion Specifications. Das sind speziell für OPC UA angelegte Informationsmodelle. Hersteller einer Branche standardisieren dabei gemeinsam die Basisfunktionen. Zum Beispiel das Referenzieren auf Null in der Robotik – und zwar unabhängig von dem zum Einsatz kommenden Roboter.
digital AUTOMATION: Eine interessante Entwicklung. Führen wir nun OPC UA und TSN als OPC UA over TSN zusammen – entsteht auf diese Weise ein Kandidat für die standardisierte Kommunikation in der Industrie 4.0 oder Smart Factory?
Klein: Exakt – ein extrem schnelles Netzwerk, das sich selber beschreibt. Denken Sie nur an Themen wie die Wiederverwendbarkeit von Maschinen und Anlagenteilen sowie Umrüstzeiten. Mit OPC UA over TSN kann ich sowohl die Geschwindigkeit in der Maschine nutzen als auch Umrüstzeiten durch die Selbstbeschreibung reduzieren. Der Austausch über Schnittstellen wird sehr viel einfacher, die ganze bisher übliche Schnittstellendiskussion wird einfach wegfallen. 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; Entwicklung und Betrieb von Maschinen und Anlagen werden maßgeblich vereinfacht – insofern handelt es sich um einen Industrie-4.0-Standard. Ich würde sogar noch einen Schritt weiter gehen: Sucht man nach dem Kerngedanken von Industrie 4.0, dann landet man bei der Kommunikation. Predictive Maintenance zum Beispiel wird durch die Vernetzung und Beschreibung von Daten erst richtig möglich.
digital AUTOMATION: Wie unterstützt B&R die Umsetzung von Kommunikationslösungen basierend auf OPC UA over TSN?
Klein: Unser Ansatz ist ganz klar – wir können nicht eine neue Technologie einführen und erwarten, dass der Anwender zunächst 50 Parameter manuell einstellt. Angesichts von Drag&Drop oder Wysiwyg sind 50 Klicks in diversen Untermenüs nicht mehr zeitgemäß! Zudem wachsen Automatisierung und IT zusammen. Diesem Anspruch kommen wir natürlich gerade auch bei der Nutzung von OPC UA over TSN im B&R-Produktportfolio nach. Programmierung und Parametrierung erfolgen wie gewohnt in unserer Engineering-Umgebung Automation Studio per Drag&Drop. Alle notwendigen Detaileinstellungen nimmt Automation Studio automatisch im Hintergrund vor.
digital AUTOMATION: Gilt das auch für den Fall, dass ich parallel beispielsweise schon immer ein Powerlink-Netzwerk in der Maschine für die Antriebssynchronisation genutzt habe und auch weiterhin nutzen will, zusätzlich nun aber die übergeordneten Verbindungen mittels OPC UA over TSN realisieren will?
Klein: Ja mit den beiden Schnittstellen der Steuerung: Die eine ist standardmäßig für Powerlink ausgelegt, die andere für OPC UA over TSN. An der Steuerung kann ich also die beiden Netzwerke direkt verbinden – ein Kabel geht dann in die Maschine, das andere führt aus der Maschine heraus. Auch diesen Fall kann ich in Automation Studio wiederum per Drag&Drop anlegen. Es genügt ein Klick, um zu sagen: Bitte übertrage meine Daten von Powerlink auf OPC UA over TSN. Einstellen muss der Anwender nur noch, wer sich auf wen synchronisiert – abhängig vom Aufbau des Maschinenverbundes. Ich kann also ganz einfach bestehende Maschinen mit Powerlink zu einem OPC-UA-over-TSN-Netzwerk synchronisieren.
digital AUTOMATION: Lassen Sie uns abschließend noch einen Blick auf das Thema Standardisierung bei TSN werden – wie weit ist die Entwicklung hier vorangeschritten?
Klein: Hardwareseitig ist die Standardisierung für TSN bereits abgeschlossen – deswegen können wir die Chips einbauen. Als einer der ersten Automatisierungsanbieter haben wir schon ein umfangreiches Produktportfolio für die Kommunikation mit OPC UA over TSN auf dem Markt. Die Produktpalette umfasst hochperformante X20-Steuerungen, Buscontroller, Industrie- und Panel-PCs sowie einen TSN-Maschinenswitch. Softwareseitig sind Anpassungen jederzeit über ein Update möglich. Damit steht dem sofortigen Einsatz von OPC UA over TSN nichts mehr im Weg.
Weitere Antworten auf häufig gestellte Fragen zu OPC UA over TSN:
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Konstantin Klein, Product Manager Industrial IoT Network Solutions, B&R Industrial Automation, EggelsbergBild: B&R
„Dank OPC UA over TSN sind im Maschinenbau die Zeiten von Varianten mit unterschiedlichen Steuerungs- und Bussystemen vorbei.“
Lesetipp
„Mit TSN ist echter Determinismus möglich“
Im November 2018 gab die OPC Foundation bekannt, dass sie OPC UA für die Anwendung bis in die Feldebene ertüchtigen möchte, und startete ihre Initiative zur Field Level Communication. Ein entscheidender Baustein für die Deterministik ist das Time-Sensitive Networking (TSN). Vorangetrieben wurde der Einsatz von OPC UA over TSN in der Automatisierung zunächst von der sogenannten Shaper-Gruppe, die Ende 2018 die weitere Standardisierung an die OPC Foundation übergab. Seit April 2019 koordiniert Peter Lutz als Director Field Level Communications die Arbeiten bei der OPC Foundation. Im Interview gibt er einen Überblick über den Stand der Entwicklung.
Anwendungsbeispiel
Der Nutzen von IoT-Lösungen
Im Rahmen des Automation Award 2019 war B&R zusammen mit der Maschinenfabrik Niehoff nominiert für den Sonderpreis Digitalisierung. Der Clou der realisierten IoT-Lösung ist, dass Anwender von Niehoff-Drahtziehmaschinen jetzt wesentlich besser den Status ihrer Maschinen erfassen können – basierend auf den bereits in den Steuerungen vorliegenden Daten. Auf diese Weise lässt sich eine 24/7-Produktivität erreichen und die Wartung kann nun bei geplanten Stillständen erfolgen. Basis des digitalen Assistenten ist hier konkret das IoT-Angebot von B&R – ein einfacher Edge-Computer an der Maschine genügt, um die Verbindung herzustellen.
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