Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Industrie 4.0 braucht vertikale Kommunikation
  • Rückwirkungen auf die SPS darf es nicht geben
  • OPC UA und TSN
    sind die Schlüssel
  • Verschiedene Lösungen
    werden nebeneinander
    koexistieren
  • Edge-Gateways übernehmen die Rolle des Enablers
  • Gerätehersteller brauchen
    native TSN-Lösung

Die industrielle Kommunikation findet auf zwei Ebenen statt, die weitgehend parallel existierten: Im Bürobereich verlight
netzt die Informationstechnologie (IT) Server, Desktop-Rechner und Notebooks über Ethernet-basierte LAN- und WLAN-Netze.

Dagegen geben in der Operational Technology (OT) Feldbus- und Realtime Ethernet-Systeme den Ton an. Sie verbinden die Feldgeräte mit Steuerungen, die wiederum über Industrial Ethernet mit den Scada- und Prozessleitsystemen kommunizieren.

Für die Umsetzung von Industrie 4.0 ist es allerdings notwendig, IT und OT zu vereinen. Hier gilt das Referenz-Architekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) als Basis für eine künftige industrielle Kommuni­kationsstruktur, die IT und OT zu einem integrierten Gesamtmodell vereint. Ein Bestandteil davon ist die Kommunikationsebene. Sie stellt das entscheidende Bindeglied dar zwischen der physikalischen Feldebene und der darüberliegenden Informationsebene. Eines der Ziele dieser Referenzarchitektur ist eine ganzheitliche Kommunikations-Infrastruktur, die vom einzelnen Feldgerät bis in die Cloud reicht. Das Internet of Things (IoT) zieht damit in die Industrie ein, IT und OT verschmelzen, Systeme werden so auch frei von räumlichen Grenzen.

OPC UA (OPC Unified Architecture) und TSN (Time Sensitive Networking) gelten dabei als zukünftige Standard-Technologien. Sie setzen nahtlos auf die vorhandenen Kommunikations-Infrastrukturen auf und ermöglichen eine zusätzliche vertikale Kommunikation, die neue Anwendungen erschließt.

Bewährte Technik mit neuen Fähigkeiten

Drei Wege führen in die IT-Welt

Drei Wege führen in die IT-Welt Hilscher

Die industrielle Kommunikation der Zukunft verlangt nicht nur eine erheblich höhere Bandbreite – und damit den Einsatz von Gigabit-Ethernet. Die Kommunikations­infrastruktur muss auch eine hohe Servicequalität bieten, um die Industrie 4.0-Zielsetzungen zu ermöglichen.

OPC UA TSN ist hier das Zauberwort, das die Vergangenheit mit der Zukunft verbindet: Durch TSN wird der gute alte Ethernet-Standard ertüchtigt, die erhöhten Anforderungen an geringe Latenz, garantierte Zykluszeiten und verbesserte  Zuverlässigkeit zu erfüllen. Und OPC UA ermöglicht eine durchgängige Semantik von den Feldgeräten bis in die virtuellen Beschreibungen.
Parallel dazu läuft im Bereich des Industrial WLAN die Weiterentwicklung des Standards IEC 62948, um die Latenz und Zuverlässigkeit der drahtlosen Übertragung sicherzustellen. Beides ist für eine Echtzeit-Kommunikation auf der Ebene von Maschinen oder Produktionszellen Voraussetzung.

OPC UA fügt ein Informationsmodel hinzu, welches die bisherige Geräte-spezifische Interpretation der Bits und Bytes überwindet. Hinzu kommt eine Kommunikationsinfrastruktur zum Austauschen und Browsen der Informationen. Zusätzlich beinhaltet es ein Security System gemäß den aufkommenden Standards wie die IEC 62443.

Alte Kommunikationswelt mit der Neuen verbinden

netX SoC als igrationspfad

netX SoC als igrationspfad Hilscher

Die Kombination von TSN und OPC UA führt zu einer nahtlosen Konvergenz mit den bestehenden TCP/IP-basierten Kommunikationsnetzen wie Profinet, Ethernet/IP oder auch Ethercat. Denn OPC UA mit TSN ist kompatibel mit der weltweit bewährten und extrem robusten Ethernet-Technologie, für die es bereits ein breites Hard- und Software-Ökosystem gibt.

Die Ergänzung der gängigen Realtime Ethernet-Systeme mit TSN-Funktionalität erlaubt eine direkte und taktsynchrone horizontale Kommunikation zwischen den Controllern unterschiedlicher Maschinen oder Produktionszellen. Darüber hinaus ermöglicht die entsprechend ausgestattete TCP/IP-Internet-Kommunikation erstmals eine zusätzliche vertikale Kommunikationsebene, welche die Informationen einzelner Komponenten eines Produk­tionssystems über das vorhandene Unternehmensnetzwerk zur Verfügung stellen kann – lokal, regional oder auch global.

Man kann davon ausgehen, dass mithilfe von OPC UA TSN über die vorhandenen Netzwerkstrukturen sowohl vertikale als auch horizontale Informationsströme fließen werden. Und das bei minimaler Latenz, maximaler Bandbreite, hoher Servicequalität und insgesamt robuster Funktionalität.

3 Szenarien für die Cloud-Anbindung

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