Bei Pub/Sub können Teilnehmer selbst entscheiden, welche Kommunikationsbeziehungen sie zu anderen Teilnehmern aufbauen möchten und welche Daten sie in welchen Zeitabständen empfangen möchten.

Bild: iStock, wissanu99

Konnektivität mit IO-Link Safety und OPC UA Offene Standards sicher gestalten

10.06.2020

Vernetzung ist ein Schlüssel zur Zukunft der Automatisierung. Wesentliche Bausteine des Zukunftsnetzwerks Industrie 4.0 sind OPC UA via TSN auf der Steuerungs- und Feldebene sowie IO-Link auf der Sensorebene. Um die Maschinensicherheit zu gewährleisten, zahlt sich das Engagement für die Safety-Integration in den Standards aus.

Welche Möglichkeiten sich ergeben, wenn künftig jedes Gerät, jede Maschine, jede Teilanlage, jedes Produkt und jede Fabrik vernetzt ist und wenn alle notwendigen Daten jederzeit in Echtzeit dort zur Verfügung stehen, wo sie gebraucht werden, lässt sich heute erst erahnen. Digitale Daten und ihr effizienter Austausch definieren künftig den Produktionsprozess und stellen den eigentlichen Wert in der Prozesskette dar.

Mit zunehmender Vernetzung steigt die Komplexität; zum Beispiel durch die Vielzahl an Kommunikationslösungen unterschiedlicher Anbieter. Die dabei eingesetzten Protokolle und Datenmodelle sind in der Regel nicht miteinander kompatibel, der Anwender findet sich somit häufig mit proprietären Systemen konfrontiert. Der Wunsch nach Standards wird immer stärker.

Eine gemeinsame Architektur

Ein möglicher Standard für die sichere, herstellerübergreifende Vernetzung für industrielle Anlagen ist OPC UA. Dieses Kommunikationsprotokoll stellt eine standardisierte (IEC 62541) Schnittstelle für die Kommunikation zwischen verschiedenen Datenquellen in der Industrie bereit. Die OPC Foundation hat aber nicht nur einen Standard festgelegt, um Daten zu transportieren, sondern um diese auch maschinenlesbar semantisch zu beschreiben.

Allerdings fehlt OPC UA bislang die notwendige Echtzeitfähigkeit für Anwendungen in der Feldebene wie zum Beispiel Motion Control. Daher hat die OPC Foundation eine Initiative gestartet, um OPC UA für Automatisierungsaufgaben bis in die Feldebene zu befähigen. Eine Basistechnologie dabei ist TSN (Time Sensitive Networking): Die unter TSN zusammengefassten Standards definieren Mechanismen zur Übertragung von Daten über Ethernet-Netzwerke. Damit wird es möglich, Anwendungen mit unterschiedlichen Echtzeitanforderungen gleichzeitig auf ein und demselben Kabel zu übertragen.

Unterstützt wird diese Initiative von Pilz. Als Mitglied der OPC Foundation sind Mitarbeiter von Pilz sowohl im Lenkungskomitee als auch in Technischen Arbeitskreisen der Field Level Communication (FLC) Gruppe aktiv. Das Augenmerk von Pilz liegt dabei auf der Arbeitsgruppe, in der es um das Thema Safety geht (Safety over OPC UA).

Safety inklusive

Besonders gefragt ist hier das Know-how von Pilz über den Einsatz der Publisher/Subscriber-Technologie (Pub/Sub) in Verbindung mit den Anforderungen von funktional sicheren Feldbusprotokollen: Im Vergleich zur klassischen Master/Slave-Architektur können Teilnehmer bei Pub/Sub selbst entscheiden, welche Kommunikationsbeziehungen sie zu anderen Teilnehmern aufbauen möchten, welche Daten sie in welchen Zeitabständen empfangen möchten. Das bedeutet eine besonders effiziente Verteilung von Daten und erlaubt es, in Verbindung mit TSN, dass „OPC UA over TSN“ auch für anspruchsvolle, verteilte Automatisierungsaufgaben eingesetzt werden kann.

„Pub/Sub ist eine sehr leistungsfähige Methode der Nachrichtenübermittlung. Pilz besitzt hier besondere Expertise, da unser SafetyNET p, das einzige sichere, auf Ethernet basierende Feldbussystem ist, das von Beginn an Pub/Sub unterstützt“, so Harald Wessels, im Produktmanagement bei Pilz für Netzwerke verantwortlich. „Damit bietet sich jetzt die Chance eines industrieweit einheitlichen Kommunikationsstandards. Das wäre in der Tat historisch, denn das ist es was Maschinenbauer und auch Betreiber wollen!“

Der Maschinenbauer spart künftig Engineering-Aufwand, weil er seine Maschinen nicht für unterschiedliche Protokolle auslegen muss. Seine Maschine kann ohne Systembrüche wie beispielsweise Gateways und damit ohne Verluste mit anderen Teilnehmern kommunizieren, wovon insbesondere die Betreiber profitieren.

IO-Link als offener Marktstandard

Auf Sensorebene wird dagegen IO-Link mit integriertem Safety-Protokoll zu dem offenen Marktstandard für die sichere Sensor-Kommunikation werden – Feldbus- und System-unabhängig. IO-Link ist eine leistungsfähige und ebenfalls standardisierte (IEC 61131-9) Anschlusstechnik für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation. Vorteile von IO-Link sind Vereinfachungen bei der Installation (zum Beispiel durch standardisierte Verkabelung und den Wegfall von Parallel-Verdrahtungen), eine automatisierte und toolunterstützte Parametrierung sowie erweiterte Diagnosemöglichkeiten. Sie ist damit eine ideale Ergänzung zu OPC UA over TSN.

Die IO-Link Safety System Extension gibt es bereits in der Version 1.1. Als aktives Mitglied der Arbeitsgruppe entwickelt Pilz momentan die notwendigen Softwarestacks für die Kommunikation zwischen Master (wie etwa Auswertegeräte und Steuerungen) und Devices (Sensoren/Aktuatoren). Hand in Hand mit den Prüfbehörden werden parallel dazu die Testspezifikation und Testsysteme sowie die Zertifizierung dieser Kommunikations-Stacks vorbereitet.

Einfache Konnektivität ist der Anspruch

Einfache Konnektivität wird immer mehr zum Erfolgsfaktor für praktikable Automatisierungslösungen. „Unsere Kunden sollen heute und morgen ihre Maschinen und Anlagen erfolgreich auf dem Weltmarkt verkaufen bzw. möglichst effizient betreiben, indem wir Automatisierer für eine einfache Konnektivität sorgen“, erklärt Wessels.

Auch cloudbasierte Dienste werden durch Standards einfacher umsetzbar sein, weil sich bei einheitlichen Datenformaten und einheitlicher Semantik, Daten leichter interpretieren und auswerten lassen. Automatisierungslösungen werden sich künftig noch stärker über ihre Funktionalitäten differenzieren: Wie gut sind die Benutzeroberflächen, wie einfach die Bedienung, welchen Zusatznutzen bieten sie? Hier liegt eine starke Innovationskraft und es entsteht großes Potenzial für neue Anwendungen.

Bei Pilz sind Offenheit und Anwenderfreundlichkeit wesentliche Kennzeichen des Portfolios. Das Engagement von Pilz besteht darin, den Kunden Produkte anzubieten, die immer auf dem Stand der Technik sind, einfach in der Handhabung bleiben und sich in jede Automatisierungsarchitektur einfügen. Dabei betrachtet Pilz die Konnektivität der Produkte bis hin zu ERP-Systemen und Cloud Netzwerken.

Das Wissen dazu schöpft Pilz aus verschiedenen Quellen: Die langjährige, intensive Zusammenarbeit mit Kunden, die aktive Mitarbeit in Normengremien und nicht zuletzt die Arbeit in systemübergreifenden Arbeitskreisen. Pilz setzt auf herstellerübergreifende Initiativen wie aus der OPC Foundation, oder dem ZVEI, um die notwendigen Standards industrieweit und unternehmensübergreifend zu entwickeln.

Firmen zu diesem Artikel
Verwandte Artikel