HMS Industrial Networks GmbH

Kommentar von Heinrich Munz, Lead Architect Industry 4.0 bei Kuka zu OPC UA und TSN in der Industrie 4.0.

Bild: Kuka

Kommentar über OPC UA & TSN „OPC UA & TSN macht Industrie 4.0 erst möglich“

30.04.2019

Macht OPC UA & TSN das Rennen? Mit dieser Frage hat sich Heinrich Munz, Lead Architect Industry 4.0 bei Kuka, beschäftigt. Für ihn steht fest: Von heut’ auf morgen wird das Kommunikationsprotokoll die herkömmlichen Feldbusse nicht ablösen. Überhaupt sei OPC UA & TSN mehr als nur ein weiterer Feldbus-Wettbewerber, kommentiert Heinrich Munz. Der Standard biete einiges mehr.

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Macht OPC UA & TSN das Rennen? Um diese Frage zu beantworten, muss zunächst einmal definiert werden, was „das Rennen machen“ im Zusammenhang mit industrieller Informations- und Kommunikationstechnologie eigentlich bedeutet. Fangen wir damit an, was es nicht bedeutet: Es bedeutet nicht, dass durch OPC UA & TSN von heute auf morgen alle herkömmlichen Feldbusse disruptiert werden.

Innovationszyklen in unserer Branche der Produktionsindustrie verlaufen wesentlich langsamer als in anderen Branchen. Ein Grund dafür ist, dass sowohl die Automatisierungsanbieter als auch deren Kunden – völlig zurecht – so lange wie möglich ihren Return of Invest sichern müssen. Zusätzlich ist es nahezu unmöglich, in laufenden Brownfield-Produktionsanlagen radikale Veränderungen einzuführen – schon wegen der notwendigen Interoperabilität. Selbst in neuen Greenfield-Anlagen werden unerprobte Innovationen nur in homöopathischen Dosen akzeptiert. Grund: Das hohe Risiko, dass etwas schiefgehen und dadurch die zuverlässige Produktion von Gütern gefährdet werden könnte.

Historie zu OPC UA & TSN

Wie langsam der Innovationszyklus bezüglich neuer industrieller Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) in unserer Branche verläuft, soll folgende Analyse zeigen: Die Produktionsindustrie hat ab 1970 etwa 15 Jahre für den Übergang von Parallelverdrahtung auf Feldbusse gebraucht (ab circa Mitte/Ende der 1980er), weitere 15 Jahre von diesen Feldbussen mit beliebigen physikalischen Übertragungstechnologien hin zu Ethernet-basierten Feldbussen (Anfang/Mitte der 2000er) und weitere 15 Jahre (Mitte/Ende der 2010er, also heute) bis zum Beginn der Einführung von TSN und OPC UA.

Die auf industrielle Kommunikation spezialisierte Firma HMS bringt alljährlich eine Untersuchung heraus, wie viele Knoten von welchen industriellen Kommunikationstechnologien im jeweiligen Jahr in der Fertigungsindustrie neu installiert worden sind. Im Jahre 2017 hat demzufolge erstmals die Anzahl der Ethernet-basierten neu installierten Knoten die Anzahl von herkömmlichen feldbusbasierten Neuknoten überschritten. Und dies etwa 15 Jahre nach der Einführung der Ethernet-basierten Feldbusse! Überträgt man diese Entwicklung auf das momentan an den Start gehende OPC UA & TSN – welches seine Ursprünge bereits schon 2015 hatte - wird es also bis in die 2030er hinein dauern, bis gleich viele OPC UA & TSN basierte Neuknoten pro Jahr installiert werden, wie herkömmliche Ethernet-basierte Neuknoten. „Das Rennen machen“ kann man das nicht wirklich nennen.

Hinzu kommt noch, dass die erfolgreiche Einführung von OPC UA & TSN nur gelingen kann, wenn – wie bei den Feldbussen – eine bedingungslose Inter­operabilität der Geräte untereinander sichergestellt wird. Die Interoperabilität betrifft den vermutlich wichtigsten Aspekt bezüglich der Einführung von Standards wie OPC UA in unserer Branche der produktionstechnischen Automatisierung. Eine Besonderheit unserer Branche ist es nämlich, dass Systemintegratoren (und nicht Projekt-Software-Ingenieure) darauf angewiesen sind, dass Automatisierungsgeräte unterschiedlicher Hersteller auf dem Plant Floor beziehungsweise in deren Entwicklerbüros zusammengesteckt und konfiguriert werden und dann auf Anhieb miteinander interoperabel funktionieren müssen. Es gibt keine vorherige Software-Integrationsphase durch Software-Teams mit Ingenieuren der unterschiedlichen Geräte- und Softwarehersteller wie bei Projekten aus anderen Branchen. Aus diesem Grunde ist ein sehr hohes Gut unserer Branche die kompromisslose, sofortige herstellerübergreifende Inter­operabilität aller Automatisierungsgeräte und der beteiligten Software-Komponenten.

Aufgaben der FLC-Initiative

Diese Interoperabilität lässt sich nur durch eine penible Festlegung aller technischer Details erreichen. Diese Rolle wurde in der Vergangenheit von Feldbusvereinen übernommen. Und da die OPC Foundation kein Feldbusverein ist und deshalb branchen-unabhängige und sehr umfangreiche Spezifikationen mit vielen Betriebsoptionen erstellt, bedarf es Unterorganisationen, welche aus dem großen OPC-UA-Lösungsraum durch Profilbildung die gewünschte Funktionalität und notwendige Interoperabilität sicherstellen. Diese Rolle hat für unsere Branche die auf der Nürnberger Messe SPS IPC Drives 2018 gegründete Field-Level-Communication-Initiative (FLC) übernommen.

Obwohl die FLC-Initiative ähnliche Aufgaben wie ein herkömmlicher Feldbusverein zu lösen hat, kann OPC UA & TSN trotzdem nicht als „just another Fieldbus“ und somit als Wettbewerber zu den herkömmlichen Feldbussen gesehen werden. Während OPC UA alle Anforderungen der Feldbusse ebenfalls erfüllen kann, bringt es zusätzlich einige neue „IT meets OT“-Eigenschaften mit, wodurch Industrie 4.0 erst möglich wird. Diese sind zum Beispiel:

  • Die sehr ausgeprägte und leistungsfähige Informationsmodellierung, wodurch die Kommunikationsteilnehmer semantisch Selbstauskunft über ihre Daten- und Serviceangebote abgeben können.

  • Die Fähigkeit, durch netzwerkweite Methodenaufrufe – auch in deterministischer Echtzeit – eine Service Oriented Architecture zu implementieren (SOA) und nicht nur wie bei den Feldbussen alles nur auf Daten in Form von Bits und Bytes auf dem Kabel zu reduzieren.

  • Multimaster by Design – jeder Publisher kann jedem Subscriber etwas senden.

  • Flaches IT-Netzwerk – wobei auf derselben Ethernet-Leitung sowohl echtzeitfähig gesteuert werden kann als auch, dass jeder Teilnehmer ohne Gateways oder Routing durch die Steuerungen hindurch direkt erreichbar ist.

Und schließlich ist es eine historische Neuerung, dass wirklich alle Gerätehersteller weltweit ohne politisch bedingte Vorbehalte diesen einen Standard unterstützen können. So sind in der FLC-Initiative alle globalen Anbieter vertreten, welche zusammen über 95 Prozent des weltweiten Automatisierungsmarktes ausmachen.

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