Internet Protocol statt Feldbus
2018 wird das Jahr von OPC UA und TSN
Die strikte Trennung zwischen Operational Technology an der Basis und Information Technology an der Spitze der Automatisierungspyramide beginnt zu verschmelzen. Viele Bereiche in der Feldebene, wie Maschinensteuerung, die bis vor Kurzem für Internet Protocol basierte Technologien unerreichbar schienen, stehen plötzlich vor einer Zeitenwende. Verantwortlich für den unaufhaltsamen Trend sind unter anderem die rasante Weiterentwicklung von Embedded Hardware zu IoT-Devices und Technologien wie Cloud Computing. Doch 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 Feldbus-Spezifikationen Konkurrenz zu machen und hat sogar das Potential, diese mittelfristig zu ersetzen.
Bild: Kontron S&T AGUm einen Standard zu etablieren, braucht es immer Player auf Hersteller- und Anwenderseite, die mit aller Kraft daran arbeiten, den Markt dafür zu bereiten. Die großen IT-Anbieter, allen voran Microsoft mit seinem Cloud-Angebot Azure IoT Edge, dringen 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 Services zertifizieren zu lassen. Auf der Seite der Standards setzt Kontron voll auf OPC UA und TSN. Der OPC UA Foundation, die den Standard weiterentwickelt und definiert, gehören mittlerweile mehr als 300 renommierte Unternehmen an, darunter auch Kontron. Der Standard, den Microsoft mitentwickelt hat, 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.
Bild: Kontron S&T AGHighlight: Die Kontron 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 garantiert 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 und mittelfristig ersetzen und gleichzeitig nahtlos bis in die IT-Ebene kommunizieren. Mit der Standard-PCI-Express-Netzwerkkarte einschließlich der dazugehörigen Netzwerk- und Switch-Treiber für Linux können Industriecomputer mit einem redundanten Ring-, Linien-, Daisy-Chain- oder sternförmigen TSN-Netzwerk verbunden werden. So lassen sich beispielsweise die Kontron Box PCs, 19-Zoll-Server und Workstations der KBox C-Serie, ZINC19 und HPW Produktfamilien problemlos für TSN erweitern. 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 IEEE 802.1 wie Timing und Synchronisation, Traffic Scheduling, Frame Preemption, Stream Reserveration Protocol und weitere. Im FPGA lassen sich zukünftige Erweiterungen durch Software-Updates integrieren. Die TSN-Netzwerkkarte ist für raue Industrieumgebungen entwickelt und kann im industriellen Temperaturbereich von -40 bis +85°C betrieben werden.
2018: Das Jahr von TSN
Mit der Netzwerkkarte und Microsoft Azure Cloud Unterstützung wird Kontron seinen Beitrag zur schnellen Verbreitung von TSN und des OPC UA Standards leisten. Seit der Embedded World 2018 ist ein Starterkit auf Systembasis für TSN erhältlich. 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. 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. Und mit OPC UA und der entsprechenden TSN-fähigen Hardware wird plötzlich vieles denkbar. Im Verbund mit S&T ist Kontron nicht nur gut aufgestellt, entsprechende Hardware zu liefern, sondern auch vorintegrierte Cloud-Lösungen beispielsweise für Microsoft Azure IoT Edge Services sowie weitere Software, Services und Beratungsleistungen.
Die strikte Trennung zwischen Operational Technology an der Basis und Information Technology an der Spitze der Automatisierungspyramide beginnt zu verschmelzen. Viele Bereiche in der Feldebene, wie Maschinensteuerung, die bis vor Kurzem für Internet Protocol basierte Technologien unerreichbar schienen, stehen plötzlich vor einer Zeitenwende. Verantwortlich für den unaufhaltsamen Trend sind unter anderem die rasante Weiterentwicklung von Embedded Hardware zu IoT-Devices und Technologien wie Cloud Computing. Doch 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 Feldbus-Spezifikationen Konkurrenz zu machen und hat sogar das Potential, diese mittelfristig zu ersetzen.
Bild: Kontron S&T AGUm einen Standard zu etablieren, braucht es immer Player auf Hersteller- und Anwenderseite, die mit aller Kraft daran arbeiten, den Markt dafür zu bereiten. Die großen IT-Anbieter, allen voran Microsoft mit seinem Cloud-Angebot Azure IoT Edge, dringen 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 Services zertifizieren zu lassen. Auf der Seite der Standards setzt Kontron voll auf OPC UA und TSN. Der OPC UA Foundation, die den Standard weiterentwickelt und definiert, gehören mittlerweile mehr als 300 renommierte Unternehmen an, darunter auch Kontron. Der Standard, den Microsoft mitentwickelt hat, 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.
Kontron S&T AG
Dieser Artikel erschien in Industrial Communication Journal 1 2018 - 28.03.18.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
