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Internet Protocol statt Feldbus

Das Jahr von OPC UA und TSN

Viele Bereiche in der Feldebene, wie Maschinensteuerung, die bis vor Kurzem für Internet-Protocol-basierte Technologien unerreichbar schienen, stehen plötzlich vor einer Zeitenwende. Um sich in einem anspruchsvollen Industrieumfeld zu etablieren, braucht es auch entsprechende Standards.  Open Platform Communications Unified Architecture (IEC62541 OPC UA) in Verbindung mit Time Sensitive Networking (IEEE 802.1 TSN) sind die beiden Standards, die sich rasant durchsetzen. TSN beginnt, den klassischen Feldbusspezifikationen Konkurrenz zu machen und hat sogar das Potenzial, diesen mittelfristig zu ersetzen. 

 (Bild: Kontron S&T AG)

(Bild: Kontron S&T AG)

Große IT-Anbieter, wie etwa Microsoft mit Azure IoT Edge, drängen immer weiter an die Basis der Automatisierungspyramide vor. Kontron hat sich deshalb entschlossen, viele seiner Embedded PCs und Workstations – teilweise auch als Embedded Server – für das Fog- und Edge-Computing mit Microsoft Azure IoT Edge zertifizieren zu lassen. Auf der Seite der Standards setzt Kontron voll auf OPC UA und TSN. Der Standard stellt die Verbindung zwischen der Feldebene und der IT-Ebene her. Um sicher zu gehen, dass der Standard erfolgreich wird, hat Microsoft die entsprechende Spezifikation öffentlich gemacht und bietet die Implementation als Open-Source-Software an. TSN ermöglicht konvergente Ethernet-basierende Netzwerke, auf denen parallel zum IT-Datenverkehr auch zeitsynchronisierte, deterministische Kommunikation möglich ist, wie sie bei zeitkritischen Maschinensteuerungen und Prozessen unabdingbar sind.

Die TSN Netzwerkkarte

Ende November 2017 zeigte Kontron die erste Version seiner Standardnetzwerkkarte (NIC), die Time Sensitive Networking (TSN) ermöglicht. Die Spezifikationen des TSN sorgen dafür, dass Datenpakete zeitgerecht und hoch verfügbar zugestellt werden. Im industriellen Umfeld kann konvergentes, Ethernet-basiertes TSN mit garantierter Latenz und Quality of Service (QoS) mit Zeitsynchronisation proprietäre Feldbussysteme beispielsweise bei der Maschinensteuerung in der Fertigung ergänzen, mittelfristig ersetzen und gleichzeitig nahtlos bis in die IT-Ebene kommunizieren. Mit der Standard-PCI-Express-Netzwerkkarte einschließlich der dazugehörigen Netzwerk- und Switchtreiber für Linux können Industriecomputer mit einem redundanten Ring-, Linien-, Daisy-Chain- oder sternförmigen TSN-Netzwerk verbunden werden. Die TSN-Netzwerkkarte von Kontron umfasst einen integrierten Switch für redundante Netzwerke mit zwei oder vier externen sowie einem internen (via PCIe) Gigabit-Ethernet-Ports. Sie erfüllt alle Spezifikationen gemäß IEEE802.1 wie Timing und Synchronisation, Traffic Scheduling, Frame Preemption, Stream Reserveration Protocol und weitere. Im FPGA lassen sich zukünftige Erweiterungen durch Softwareupdates integrieren.

2018: Das Jahr von TSN

Zur Embedded World 2018 stellt Kontron ein Starterkit auf Systembasis für TSN vor. Zudem wird die Karte mit Private Labeling angeboten, so dass Maschinenhersteller, Automatisierer und Systemintegratoren die TSN-Karte unter ihrem Brand in ihre Geräte einbauen und damit ihren Kunden Time-to-Market Vorteile für die Integration in TSN-Netze ermöglichen können. Die Feldbusse werden sicher auf absehbare Zeit nicht ganz verschwinden, TSN in Verbindung mit OPC UA wird sie aber nach und nach ablösen. Bei der Prüfung von Produktionsprozessen im Rahmen von Digitalisierungsstrategien dürfte der IP-Standard immer dann vorgezogen werden, wenn es technisch möglich ist. Mit OPC UA und der entsprechenden TSN-fähigen Hardware wird vieles denkbar.

Autor: Norbert Hauser,
Vice President Marketing,
Kontron S&T AG
www.kontron.de

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