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Time Sensitive Networking und Profibus/Profinet

Auf der Zielgeraden

TSN ist zwar in aller Munde, tatsächlich kennen viele Anwender den Begriff nur vom Hörensagen. Dabei eröffnet TSN neue Möglichkeiten, insbesondere können damit einheitliche Netzwerke für IT- und OT-Anwendungen geschaffen werden. PI hat sich daher schon frühzeitig mit dem Thema auseinandergesetzt. Das Ergebnis: Schon heute können Anwender in die TSN-Technologie einsteigen, ohne jedoch die installierte Technologiebasis zu vernachlässigen.

Bild: Profibus & Profinet International (PI)Bild: Profibus & Profinet International (PI)
Lange TCP/IP Frames belegen den Sendeport und verzögern Realtime-Telegramme: Dies erzeugt Jitter, der von vielen Faktoren abhängig ist.

Viele Anwender stellen sich die Frage, warum TSN (Time Sensitive Network) die Kommunikationsplattform für zukünftige Automatisierungsaufgaben ist. Bei TSN handelt es sich um einen Oberbegriff für eine Sammlung von IEEE-Standards zur Verbesserung der Robustheit und Latenz von Ethernet.

Bild: Profibus & Profinet International (PI)Bild: Profibus & Profinet International (PI)
Netzwerk Konfigurationsmodel: Der Profinet-Controller wird um eine Network Management Engine erweitert.

Bild: Profibus & Profinet International (PI)Bild: Profibus & Profinet International (PI)
Frame Preemption: RT unterbricht TCP/IP / Fragment wird gespeichert / RT wird weitergeleitet / TCP/IP wird gesendet

Die interessanteste Änderung für den Anwender ist, dass TSN unter anderem das Ziel verfolgt, konvergente und robuste Nutzung eines Ethernet-Netzwerks für IT- und OT-Anwendungen zu ermöglichen. Dies ist vor allem deshalb wichtig, weil in vielen Anlagen heute mehr Bandbreite benötigt wird. Mittlerweile werden in einer Anlage viele zusätzliche Komponenten integriert, z.B. PCs, deren Festplatten regelmäßig gesichert werden. Die Folge: Solche zusätzlichen Aktionen stressen das Netzwerk, da das Standard-Ethernet (TCP/IP) sehr große Datenpakete enthält und nicht echtzeitfähig ist. Zur Erklärung: Automatisierungs-Frames sind oft deutlich kürzer als Standard-Ethernet-Frames wie TCP/IP. "Eine Sekunde ist für Automatisierer sehr lang", bestätigt Mirko Funke, Experte für TSN bei PI (Profibus & Profinet International). Derzeit wird z.B. in Profinet die Situation so gelöst, dass Real-Time-Daten gegenüber TCP/IP-Daten bevorzugt behandelt werden. Dadurch sind Buszykluszeiten im Bereich von wenigen Millisekunden erreichbar. Auch Isochronous Real Time (IRT) kann mit solchen Situationen umgehen. Der Unterschied zur Real-Time-Kommunikation liegt im Wesentlichen im Determinismus, so dass der Beginn eines Buszyklus mit höchster Präzision eingehalten wird. Hierbei wird die komplette Pfad- und Kommunikationsplanung vorher erledigt. Insbesondere für Netze mit hohen Anforderungen, wie sie etwa in Druckmaschinen benötigt werden, bei denen eine Vielzahl von Antrieben mit hoher Präzision synchron laufen müssen, wird daher IRT verwendet. "Ich bin mir sicher, dass selbst unter Volllast mit IRT ein zuverlässiges Netzwerk zur Verfügung steht", so Funke. Es gibt aber Netzwerke, in denen die Situation anders aussieht. "Man kann die Datenübertragung durchaus mit einer Straßenführung vergleichen. Liegen größere TCP/IP-Datenpakete vor, blockieren diese die Straße und es ist für Realtime-Datenpakete nicht möglich, diese zu überholen", ergänzt Funke. Dies verzögert nicht nur die Auslieferung der Datenpakete in jedem Switch, sondern es kommt regelrecht zu einem Stau im Gerät. "Es kann also in Zukunft Szenarien geben, wo man eine bedingungslose Bandbreitenreservierung benötigt - und hier kommt TSN ins Spiel." Dabei unterscheidet sich die Technologie für viele Anwender auf den ersten Blick gar nicht so sehr von TSN. "In der Tat nutzt IRT ähnliche Mechanismen wie TSN", bestätigt Funke.

PROFIBUS Nutzerorganisation

Dieser Artikel erschien in INDUSTRIAL COMMUNICATION JOURNAL 4 2019 - 20.11.19.
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