Time Sensitive Networking – neuer Superheld für die Automatisierung?

| Autor / Redakteur: Sariana Kunze / Michael Eckstein

Schnell wie der Blitz: In der OPC-UA-TSN-Initiative arbeiten Automatisierungshersteller an einem schnellen und echtzeitfähigen Superhelden für die Produktion.
Schnell wie der Blitz: In der OPC-UA-TSN-Initiative arbeiten Automatisierungshersteller an einem schnellen und echtzeitfähigen Superhelden für die Produktion. (Bild: gemeinfrei / CC0)

Nachgefragt: Times Sensitive Networking (TSN) gilt als Zukunftstechnologie für die Industriekommunikation. Als schneller, echtzeitfähiger Ethernet-Standard könnte es etablierte Feldbusse obsolet machen. Hier sagen drei Experten, was sie davon halten.

Auf der SPS IPC Drives gaben ABB, Bosch Rexroth, B&R, Cisco, General Electric, National Instruments, Kuka, Parker Hannifin, Schneider Electric, SEW-Eurodrive und TTTech bekannt, dass sie OPC UA over TSN als die Standard-Kommunikationslösung zwischen industriellen Steuerungen und der Cloud vorantreiben wollen. Wir haben Vertreter dreier Gründungsmitglieder gefragt, was sich bis jetzt bei der Standardisierung getan hat, welche Produkt-Prototypen es gibt ob TSN das Zeug hat, klassische Feldbusse langfristig zu ersetzen.

Was haben Sie als Gründungsmitglied der OPC-UA-TSN-Initiative bis jetzt erreicht?

Rahman Jamal ist Global Technology & Marketing Director bei National Instruments (NI).
Rahman Jamal ist Global Technology & Marketing Director bei National Instruments (NI). (Bild: NI)

Rahman Jamal: Wir haben schon einiges erreicht: Erste Prototypen sind bereits in ein Testbed des IIC integriert worden. Dieses soll demonstrieren, dass es mit OPC UA TSN möglich ist, die Kommunikation zwischen Steuerungen unterschiedlicher Hersteller über eine gängige IT-Infrastruktur zu gewährleisten.

Es handelt sich hierbei um eine frühe Implementierung von TSN. Sie zeigt die Vorteile dieser Technologie auf, aber auch die Herausforderungen bei der Implementierung durch unterschiedliche Unternehmen. Dies soll Standardisierungsgremien die positiven wie negativen Aspekte vor Augen führen. Etwa, wo der Einsatz von TSN reibungslos verläuft und wo noch an Stellschrauben gedreht werden muss.

Dabei stehen verschiedene Gesichtspunkte im Fokus. So sollen beispielsweise die Echtzeitfähigkeit und die herstellerübergreifende Interoperabilität eines konvergenten Ethernet-Standards nachgewiesen werden. Auch wird der Sicherheitsaspekt von TSN genauer unter die Lupe genommen. Außerdem lässt sich untersuchen, ob sich Hochleistungsanwendungen und solche, bei denen die Latenz eine kritische Rolle spielt, in das IIoT integrieren lassen.

Das Update, das der Ethernet-Standard durch TSN erfährt, wird viele Vorteile mit sich bringen. So wird TSN eine gemeinsame Zeitbasis im gesamten Netzwerk erlauben, wodurch sich die Synchronisierung innerhalb eines verteilten Systems viel einfacher gestaltet. Außerdem werden zeitkritische Daten, wie Steuerungs- und Regelungsdaten, priorisiert behandelt und über das Netzwerk verschickt – über dasselbe Kabel wie Standarddaten.


Mittlerweile gibt es zwei physikalische Ausführungen des Testbeds. Eine befindet sich im NI IoT Lab an unserem Hauptsitz in Austin befindet, die andere bei Bosch in Deutschland. NI hat den Vorsitz der Arbeitsgruppe, die den Standard für OPC UA over TSN entwickelt. Vor einem Jahr haben wir diese Initiative zu TSN OPC UA auf der SPS IPC Drives angestoßen. Wie weit wir damit fortgeschritten sind, erfahren Sie auf der diesjährigen SPS IPC Drives.

Sebastian Sachse ist Technology Manager Open Automation bei B&R.
Sebastian Sachse ist Technology Manager Open Automation bei B&R. (Bild: B&R)

Sebastian Sachse: Bevor diese Initiative gestartet wurde, war OPC UA bereits unaufhaltsam auf dem Vormarsch. OPC UA ist seit Jahren in vielen Produkten implementiert und in zahlreichen Anwendungen im Einsatz. Dort, wo eine zeitliche Exaktheit notwendig ist, stieß OPC UA jedoch an seine Grenzen. Also sind die ersten Ideen aufgetaucht, OPC UA mit einem echtzeitfähigen Ethernet zu kombinieren, um ein deterministisches Verhalten zu erreichen.

So richtig Fahrt hat das Thema aufgenommen, als sich mehrere große Automatisierungshersteller an einen Tisch gesetzt haben, um das Thema gemeinsam voranzubringen. Das ist ein Novum in der Branche: Die Teilnehmer wollen gemeinsam einen einheitlichen Standard entwickeln und umsetzen. Für den Kunden zeichnet sich damit ein großer Schritt ab: Eine interoperable Kommunikationslösung, die von allen Herstellern unterstützt wird und dadurch eine uneingeschränkte Produktauswahl ermöglicht.

Unter dem Dach des Industrial Internet Consortiums, kurz: IIC, hat die OPC-UA-TSN-Initiative in der kurzen Zeit bereits große Fortschritte gemacht. Von der theoretischen Spezifikationsarbeit sind wir mittlerweile bei mehreren praktischen Testbeds angelangt, in denen Prototypen zahlreicher Unternehmen aus Automatisierung und IT in einem gemeinsamen OPC-UA-TSN-Netzwerk getestet und optimiert werden. Die schnell wachsende Zahl der teilnehmenden Unternehmen zeigt, wie wichtig das Thema für die Branche ist.

Dr. Hans Krattenmacher ist Leiter Entwicklung Elektronik bei SEW-Eurodrive.
Dr. Hans Krattenmacher ist Leiter Entwicklung Elektronik bei SEW-Eurodrive. (Bild: SEW-Eurodrive)

Dr. Hans Krattenmacher: OPC UA hat sich bereits vor der TSN-Initiative in vielen Produkten und Anwendungen etabliert. Applikationen, die höhere zeitliche Anforderungen an die Kommunikation zwischen Steuerungen stellen, stoßen mit OPC UA in nicht echtzeitfähigen Ethernet-Netzwerken an ihre Grenzen. Daher ist es naheliegend, OPC UA mit einem echtzeitfähigen, möglichst deterministischen Industrial Ethernet zu kombinieren.

Wir haben mit der OPC-UA-TSN-Initiative die Grundvoraussetzungen für das Industrial Internet of Things und Industrie 4.0 geschaffen. Neben der detaillierten Spezifikationsarbeit und konsequenter Spiegelung an den Anforderungen der Automatisierungstechnik konnten mittlerweile zahlreiche praktische Erfahrungen in diversen parallel laufenden Testbeds gesammelt werden.

Originalveröffentlichung auf unserem Schwesterportal Elektrotechnik am 23.10.2017.

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