So werden aus den Daten strukturierte Informationen.

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Endlich Datendurchblick Profinet & OPC UA ermöglichen Informationsmodelle

29.04.2020

Die Digitalisierung der Produktion bringt eine Flut an Daten einher. Hinzu kommen neue Technologien wie OPC UA und TSN, mit der sich Anwender auseinandersetzen müssen. Welcher Weg in der industriellen Kommunikation ist nun zukunftssicher? Und wie werden aus den Daten strukturierte und nutzbringende Informationen?

Geht man in der Automatisierungstechnik ein paar Dekaden zurück, so sind wir schnell im oft zitierten „Krieg der Feldbusse“. Jeder Hersteller kochte sein eigenes Süppchen, ein unkomplizierter Datenaustausch zwischen den Feldbussen war Wunschgedanke. Über diese Zeiten sind wir – größtenteils – längst hinweg. Standards haben sich etabliert, Firmen und Organisationen einigen sich auf einen möglichst reibungslosen Datenaustausch über alle Feldebenen hinweg.

Damit ist die vielzitierte durchgängige Kommunikation vom Sensor bis hoch in die Cloud bereits sehr einfach möglich. IO-Link festigt sich auf der Sensorebene, Industrial Ethernet auf Basis des verbreiteten Standards Profinet sorgt auf Maschinenebene für eine echtzeitfähige Kommunikation. Und das industrielle Ethernet dient mit OPC UA als Schnittstellenstandard zusätzlich für die Kommunikation zwischen den Maschinen und Anlagen und hoch in die IT- und Cloud-Ebene.

Neuer Wirrwarr entflechtet

Soweit klingt alles logisch und endlich sich vereinfachend. Doch die Verwirrung und die Fragen steigen wieder: Reicht Profinet für die Echtzeitkommunikation, wann ist TSN notwendig, wieso benötige ich Profinet über TSN? Auch mit OPC UA gehen die Fragen weiter, denn die Kommunikationstechnik funktioniert auch mit Profinet, außerdem soll mit OPC UA über TSN sowieso alles möglich sein…

Was auf den ersten Blick als doppelt gemoppelt erscheint, entflechtet sich jedoch sehr schnell. Denn alle Technologien ergänzen sich in idealer Weise. Beginnt man mit Profinet, so stellt dieses echtzeitfähige Ethernet mit 30 Millionen Geräten im Feld bei einem Marktanteil von zirka 30 Prozent (laut Studie von IHS Markit | Technology) das weltweit führende Industrial Ethernet System dar.

Profinet ist prädestiniert für die Controller-Device-Kommunikation. Bei dem zyklischen Datenverkehr sind hohe Performance, geringe Latenzzeiten, festgelegte Hierarchie sowie umfangreiche und komfortable Diagnosemöglichkeiten entscheidend. Diese Infrastruktur ist in sehr vielen Maschinen, Anlagen und Fertigungsbetrieben vorhanden. Profinet kann über das Profil Profisafe gleichzeitig sämtliche Sicherheitsfunktionen übernehmen.

Nicht gegen, sondern mit OPC UA und TSN

Durch das auf Offenheit ausgelegte Profinet setzt die verantwortliche Profibus Nutzerorganisation (PNO) voll auf TSN. Denn TSN ist kein Industrial Ethernet Protokoll wie Profinet, sondern nur das Transportmittel für die Protokolle. TSN kann somit keinen Feldbus ersetzen, schließlich handelt es sich hier um die hardwarenahe Layer-2-Ebene. TSN bringt aber die Gigabit-Bandbreite der IT-Netze mit der geringen Latenz und Robustheit der Produktionsnetze zusammen. Auf einem TSN-basierenden Ethernet kann also Profinet weiterhin in Echtzeit agieren – nur künftig eben mit 1 Gbit/s Bandbreite.

Profinet als zentraler Informationsknoten

Dann wäre noch die Klärung, wie OPC UA in das Konstrukt rund um Profinet und TSN hineinpasst. Auch hier nochmal ganz deutlich: OPC UA ist ein industrielles Kommunikationsprotokoll und mehr noch ein Datenmodell, aber kein Kommunikationsbus.

Und hier kommt der entscheidende Punkt, der auch weiterhin für Profinet als Dreh- und Angelpunkt spricht: Sowohl OPC UA als auch TSN benötigen ein Industrial Ethernet als Infrastruktur. Profinet-fähige Steuerungen, Switches, Gateways, IPCs und Feldgeräte sind in unzähligen Varianten auf dem Markt. Damit lässt sich in vorhandenen Anlagen und auf der „grünen Wiese“ ideal die Vernetzung mit Industrial Ethernet realisieren – bewährt und zuverlässig. Und durch die Offenheit von Profinet setzt die PNO derzeit die für den Anwender möglichst komfortable und einfache Integration von TSN und OPC UA um. Damit wird Profinet die zukunftsfähige Basis für die Digital Factory.

Jetzt werden Informationen geliefert

Die PNO sorgt dafür, dass Sensoren und Geräte mit OPC-UA-Interface parallel die vorhandene Profinet-Infrastruktur mitnutzen können. Während also über eine Profinet-Leitung ungestört der zyklische Echtzeitdatenverkehr für die Maschinensteuerung stattfindet, werden gleichzeitig über OPC UA semantische Informationen an die Cloud übermittelt – beispielsweise für Asset Management oder Predictive Maintenance.

Und hier sind wir beim künftig noch wichtigeren Punkt: Die PNO hat es sich zur Aufgabe gemacht, diese Informationen beziehungsweise die Daten so aufzubereiten, dass sie in der Praxis einfach verwendbar sind. Die PNO arbeitet deshalb in Abstimmung mit den beteiligten Unternehmen und Organisationen daran, standardisierte Informationsmodelle für wichtige und verbreitete Applikationen zu kreieren und zu standardisieren.

Nutzerorganisation als Beschleuniger

Diese standardisierten Informationsmodelle gewinnen massiv an Bedeutung. Betrachtet man derzeit beispielsweise Lösungen für Predictive Maintenance, so schicken smarte Sensoren bereits nur noch die notwendigen Daten – wie Vibrationen oder Temperatur – hoch in das eigene Analytics-Tool.

Das funktioniert für jede Lösung an sich sehr gut. Doch wenn jeder Hersteller eine eigene Dateninterpretation verwendet, wird die anlagenweite Analyse für den Betreiber immer komplexer. Gibt es für Predicitve Maintenance aber standardisierte Informationsmodelle mit festgelegter Semantik, so kann diese ohne Konvertierung und Interpretation sofort genutzt werden. Das gilt insbesondere auch für Anwendungen wie Asset Management.

Die für Deutschland verantwortliche PNO sowie der weltweite Dachverband Profibus & Profinet International realisieren deshalb federführend diese neuen Informationsmodelle für wichtige Anwendungen.

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