Belden Electronics GmbH Turck – Hans Turck GmbH & Co. KG WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG

Wir haben Experten der Branche gefragt: „Werden OPC UA & TSN die klassischen Feldbusse ersetzen?“

Bild: iStock, kutubQ

Kommunikation ohne Brüche Nachgefragt: „Führt an OPC UA & TSN kein Weg vorbei?“

22.05.2019

Geht es um industrielle Kommunikation in der Produktion, so machen sofort die Schlagworte OPC UA und TSN die Runde. Die Vorteile liegen auf der Hand mit einer durchgängigen Kommunikation ohne Brüche vom Sensor bis hoch in die IT-Ebene - und dann noch in Echtzeit. Doch werden die klassischen Feldbusse den Weg frei machen?

[]
Sponsored Content

Bildergalerie

  • Dr. Guido Beckmann, Senior Management Control System Architecture, Beckhoff Automation: Sowohl OPC UA als auch TSN werden sich meiner Meinung nach in der Steuerungs- und Automatisierungswelt durchsetzen. Zumal die Field Level Communications (FLC)-Initiative innerhalb der OPC Foundation – Beckhoff zählt hier zu den Gründungsmitgliedern – die Darstellung der Informationen und den Zugriff auf die Parameter in den Teilnehmern, die Nutzung von Security-Technologien, Safety sowie das Netzwerkmanagement vereinheitlichen möchte. Hierfür sollen Profile definiert werden, wodurch Geräte unterschiedlicher Hersteller ein einheitliches Verhalten aufweisen. Das hilft unseren Kunden, den Austausch zwischen Maschinen und Steuerungen unterschiedlicher Hersteller zu vereinfachen. In der IEEE ist mittlerweile auch die Standardisierung der TSN-Spezifikationen vorangeschritten und weitere Standards wurden freigegeben. TSN ist aber nicht ein Standard oder gar ein Kommunikationsprotokoll, sondern viele Arbeitsgruppen der IEEE 802.1 definieren viele Teilfunktionen, die, wenn sie richtig eingesetzt werden, zum Beispiel eine deterministische Übertragung in einem heterogenen Layer-2 Ethernet-Netzwerk ermöglichen. Die Konfiguration solcher TSN-Netzwerke ist jedoch noch immer 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, ist weiterhin die große, noch offene Herausforderung. Für den Betrieb einer Maschine werden harte Echtzeitanforderungen benötigt, mit hervorragenden Diagnoseeigenschaften, um Störungen schnell beseitigen zu können. Und das zu möglichst geringen Kosten. Genau hierfür wurden die Feldbusse, wie EtherCAT, entwickelt und etabliert. 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 oder eines Teilsystems kann jedoch auch weiterhin sehr gut mit einem Feldbus erfolgen. Es ist insofern wichtig, die Integration der neuen Technologien in die bestehende Kommunikationswelt besonders gut zu gestalten. Es gibt keinen Grund, auf die riesige Vielfalt der EtherCAT-Geräte und entsprechender Maschinen zu verzichten. Vielmehr ist eine nahtlose Integration sinnvoll, wie sie beispielsweise mit dem EtherCAT-TSN-Koppler EK1000 von Beckhoff möglich ist.

    Bild: Beckhoff Automation

  • Oliver Kleineberg, Global CTO Industrial Networking, Belden: An der OPC UA FLC (Field Level Communication) führt in der Tat kein Weg vorbei. Ein Blick auf die teilnehmenden Firmen zeigt, das quasi die gesamte Automatisierungsbranche sich zu diesem Weg bekannt hat. Und die Offenheit der verwendeten Technologien stellt sicher, dass Interoperabilität zwischen den Geräten gegeben ist. TSN und Ethernet als universelle IEEE 802 Kommunikationsstandards wurden von Grund auf modular und skalierbar ausgelegt. Das Ziel war stets, Geräte mit unterschiedlichen Leistungsniveaus zu ermöglichen, die aber innerhalb eines Netzes kompatibel sind. So können unterschiedliche Anwendungsbereiche, vom einfachen Sensor bis zur anspruchsvollen Motion Control Anwendung, mit der OPC UA FLC und TSN Technologie abgedeckt werden.

    Bild: Belden

  • Stefan Bina, Product Manager IoT Network Solutions, B&R: OPC UA over TSN erweitert den Anwendungsbereich von OPC UA für hoch performante 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 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.

    Bild: B&R Industrial Automation

  • Thomas Heuwinkel, Head of Business Development, Moxa: OPC UA & TSN bieten viele Vorteile im Vergleich zu den diversen etablierten Kommunikationsprotokollen. Hier ist insbesondere die Interoperabilität zu nennen. Ein herstellerneutraler Standard ist wichtig für die Umsetzung der Industrie-4.0-Idee. Den ersten Durchbruch von TSN und OPC UA wird es mit der Etablierung von Edge-Cloud in der Produktion geben. In großen produzierenden Unternehmen wird später auch 5G eine wesentliche Rolle spielen. Durch das zukünftige Ersetzen der heutigen SPSen durch „distributed control“ (dezentrale Steuerung; Smart I/O + Edge-Cloud) wird TSN in die Feldebene vordringen können und heutige Feldbusse wie Profinet, Ethernet-IP nach und nach ablösen. Der wesentliche Parameter für die Verbreitung von TSN und OPC UA sind die Kosten für die Umsetzung. „TSN Chips“ sind aktuell teuer und nur in wenig Varianten verfügbar. Die Vielfalt an Herstellern ist gering. Die Hersteller von Automatisierungskomponenten sind aber in jedem Fall bereit, TSN & OPC UA in ihre Produkte zu integrieren.

    Bild: Moxa

  • Lucian Dold, General Manager, Product & Solution Marketing, EMEA Region, Omron: Hinter der oft prominenten technologischen Diskussion, welche Standards und Protokolle die besten Lösungen für die durchgängige digitale Transformation wären, versteckt sich die wichtige Frage, wie Bestandsanlagen wirtschaftlich in eine Infrastruktur integriert werden. Auch ist es wichtig, die gesamte Investition mit maximalem Kosten-Nutzen zu realisieren. OPC-UA und TSN werden diesen Spagat allein nicht meistern können. Aber sie sind prädestiniert, zusätzliche Dienste für prädikative Strategien in Produktion und Wartung zu realisieren. Klassische Feldbusse für die Performance in Technologie-Steuerungen als auch einfache Sensor/Aktor-Interfaces werden in Kombination mit OPC-UA und TSN für digitale Dienste wirtschaftliche Lösungen für die Zukunft hervorbringen.

    Bild: Omron

  • Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender, Profibus & Profinet International (PI): OPC UA mit TSN ist auf jeden Fall eine vielversprechende Lösung, die das Potential hat, den Feldbus der Zukunft zu stellen. Es reicht jedoch nicht, einfach einen ebenbürtigen Feldbus zu entwickeln. Das neue System muss mehr können, als die heutigen Feldbusse zu leisten vermögen. Dafür bieten wir unsere Zusammenarbeit an, und zeigen mit der Entwicklung von Safety over OPC UA auf Basis von PROFIsafe, wie das möglich ist. Allerdings wird es noch einige Zeit dauern, bis alles bereit ist. Selbst 15 Jahre nach der Einführung von Profinet sind immer noch ein Drittel der neu installierten Knoten Profibus-Geräte. Daher konzentrieren wir uns in der PNO auch darauf, wie durch eine Kombination von OPC UA und Profinet der beste Nutzen für unsere Anwender geschaffen werden kann.

    Bild: Profibus Nutzerorganisation

  • Paul Brooks, Business Development Manager, Rockwell: OPC UA und TSN lösen unterschiedliche Probleme. Einige Anwendungen benötigen garantierte Latenzzeiten, für die TSN eine Voraussetzung ist; um TSN zu ermöglichen, muss EtherNet/IP weiterentwickelt werden. OPC UA unterstützt bereits Sensor-to-Cloud-Kommunikation und wird mit Feldlevel- auch Sensor-to-​Controller-Kommunikation ermöglichen. Dafür ist TSN ebenso nötig wie EtherNet/IP. TSN erhöht jedoch die Komplexität und Kosten (und ist nicht in bestehende Systeme integrierbar), sodass Lösungen, die dies erfordern, nur eingeschränkt einsetzbar sind – ebenso wie die, die komplett darauf verzichten. TSN muss ebenso vermeidbar wie implementierbar sein. Letztlich entscheiden nicht die Hersteller, sondern die Anwender, ob OPC UA bestehende Lösungen ersetzt – je nachdem, welchen Wert sie daraus ziehen.

    Bild: Rockwell Automation

  • Olaf Ophoff, Geschäftsbereichsleiter Automation Systems, Turck: OPC-UA und TSN sind wesentliche Bausteine für Industrie 4.0 und für den Schulterschluss von IT-Welt und OT-Welt. Gerade im Bereich der Kommunikation zwischen Steuerungen oder von Steuerungen zu SCADA- und Cloud-Systemen gilt es, eine technologische Lücke zu schließen. Auf der Feldebene hingegen existieren bereits hervorragende, performante und etablierte Ethernet-basierte Protokolle. Insofern ist mit einer schrittweisen Adaption und dem zunächst ko­operativen Betrieb zu bestehenden Technologien zu rechnen. Über die Geschwindigkeit und Tiefe der Integration werden wie immer die Anwender entscheiden, abhängig von den sich ergebenden Vorteilen in der jeweiligen Applikation.

    Bild: Hans Turck

  • Jürgen Gorka, Product Manager Product Line Coupler & I/O, Wago: Ziel muss eine umfassende und durchgängige Kommunikation vom Sensor bis in die IT-Ebene sein. Mit TSN wird der Einsatzbereich der OPC-UA-Kommunikation bis in die Feldebene erweitert. Alle wesentlichen internationalen Unternehmen der Automatisierungsbranche haben sich öffentlich zu OPC UA über TSN bekannt und arbeiten gemeinsam an dem Ziel, OPC UA mit TSN für den Einsatz in der Feldebene zu ertüchtigen. Der entstehende gemeinsame Kommunikationsstandard, der alle Feldgeräte, Motion, Safety und die IT-Ebene einschließt, leistet mehr als die Feldbusse heute bieten können. Die Akzeptanz für proprietäre Lösungen wird mit der Verfügbarkeit von Geräten und Systemen, die auf OPC UA über TSN basieren, erheblich abnehmen. Der Kunde wird über die Attraktivität der unterschiedlichen Kommunikationssysteme entscheiden. Es wird jedoch noch einige Zeit den Bedarf und die Notwendigkeit für Migration und Integration der klassischen Feldbusse geben. Lösungen, die auf einem einheitlichen Standard wie OPC UA basieren, werden deutlich im Vorteil sein.

    Bild: Wago

  • Sebastian Hilscher, Development Division Manager, Hilscher Gesellschaft für Systemautomation: Der Idealfall für IIoT-Gerätehersteller besteht darin, dass alle „alten“ Technologien eingestellt werden, während sich eine neue herauskristallisiert und diese von heute auf morgen eingesetzt wird. Aus der Historie heraus lässt sich schlussfolgern: Nicht alle Hersteller werden sich auf eine einzige Technologie einigen. Der Umstieg wird nicht von heute auf morgen passieren. Und die Spezifikationen werden sich nahezu monatlich ändern. Wie sieht also die perfekte Hardware-Plattform für die nächsten Jahrzehnte aus? Im Idealfall bietet sie die Unterstützung aller heutigen Kommunikationsstandards und neuer Technologien wie TSN, Hardware Beschleunigung für Security und genug Performance sowie Ressourcen für IT-Protokolle wie OPC UA. Mit der netX Technologie unterstützt Hilscher bereits heute die Anforderungen der industriellen Kommunikation in der Produktion von morgen.

    Bild: Hilscher

Verwandte Artikel