Auf die Scnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • An TSN geht kein Weg vorbei
  • Noch fehlt es TSN an Anwendungsprofilen
    Standardisierung noch nicht abgeschlossen
  • Migration für Gerätehersteller durch Modul-Ansatz
  • Mit TSN kommt auch Gigabit-Ethernet ins Feld

TSN, ursprünglich für die Echtzeit-Übertragung von Audio und Video-Daten (AVB) in Ethernet-Netzwerken konzipiert, kann viel mehr. Schnell wurde klar, dass sich TSN aufgrund seiner Echtzeit-Eigenschaften auch sehr gut für andere Bereiche eignet, zum Beispiel für die Echtzeit-Kommunikation in Fahrzeugen, im Finanzwesen (Echtzeitkommunikation für die Börse) oder eben auch für die Echtzeitkommunikation in industriellen Anwendungen.

Nicht ohne Grund haben praktisch alle Feldbusorganisationen und zahlreiche Automatisierungshersteller ehrgeizige Zeitpläne aufgestellt, was die Integration von TSN in ihre Standards und Geräte betrifft. Gerätehersteller stehen daher erneut vor der Herausforderung, die Kommunikationsschnittstelle ihrer Automatisierungsgeräte an eine neue Technologie anzupassen. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten: per Neuentwicklung oder auf Basis einbaufertiger Kommunikationsmodule.

TSN – ein Baukasten aus zehn Standards

 Mit einbaufertigen Kommunikationsmodulen lässt sich TSN in Automatisierungsgeräten einfach nachrüsten.

Mit einbaufertigen Kommunikationsmodulen lässt sich TSN in Automatisierungsgeräten einfach nachrüsten. HMS

Die Echtzeiterweiterung TSN darf man nicht als einen einzelnen Standard in Form einer Spezifikation verstehen, die Ethernet echtzeitfähig macht. Vielmehr ist TSN ein Baukasten aus aktuell zehn einzelnen Standards für jeweils unterschiedliche Mechanismen und Funktionen. Abhängig vom Anwendungsbereich und dessen Anforderungen lässt sich aus den Einzelstandards die für das Echtzeitverhalten geforderte Funktionalität zusammenstellen. Ein Problem besteht allerdings derzeit: Es sind bis dato erst drei der zehn Standards verabschiedet; die restlichen noch in der Spezifikationsphase.

TSN spezifiziert im Wesentlichen Funktionen für die Ebene 2 (Data Link Layer) des ISO/OSI-Schichtenmodells und bildet somit die Basisfunktionen für die Echtzeit-Übertragung verschiedener Anwendungsprotokolle, zum Beispiel IP, TCP, UDP, OPC UA, MQTT. Darüber hinaus kann es auch der Unterbau für Anwendungsprotokolle wie Profinet oder Ethernet/IP sein.

TSN-Mechanismen alleine sind also noch keine Lösung für einen standardisierten Datenaustausch zwischen Geräten verschiedener Hersteller. Erst in Kombination mit den passenden Anwendungsprotokollen ergibt TSN in der Automation wirklich Sinn.

Dank seiner Echtzeit-Eigenschaften kann TSN anlagenweit – sowohl in den IT-Netzwerken, als auch in der Produktion (OT, Operational Technology) – eingesetzt werden. TSN könnte somit einen wichtigen Beitrag zur systemübergreifenden Kommunikation, der sogenannten IT/OT-Integration, leisten. Nicht ohne Grund gilt TSN als eine wichtige Basistechnologie für die Realisierung innovativer Automatisierungslösungen nach Industrie 4.0-Prinzipien. Weitere Vorteile sind die Robustheit auch bei hoher Netzwerklast, geringe Latenzzeiten bei der Kommunikation sowie gute Plug&Work-Eigenschaften. Seine volle Leistungsfähigkeit wird TSN jedoch erst in Gigabit-Ethernet-Netzwerken ausspielen können.

Ohne Anwendungsprotokolle geht es nicht: Profinet integriert TSN in der Schicht 2 als Alternative zu den IRT-Funktionen, greift in die Profinet-Kernfunktionen bei der Übertragung von Prozessdaten, Alarm- und Diagnosedaten aber nicht ein.

Ohne Anwendungsprotokolle geht es nicht: Profinet integriert TSN in der Schicht 2 als Alternative zu den IRT-Funktionen, greift in die Profinet-Kernfunktionen bei der Übertragung von Prozessdaten, Alarm- und Diagnosedaten aber nicht ein. HMS

TSN Integration am Beispiel von Profinet

In der Profibus Nutzerorganisation hat man die Bedeutung von TSN als künftigen Echtzeit-Ethernet-Standard früh erkannt. Ähnlich, wie schon bei der Migration von Profibus zu Profinet, verfolgt die PNO das Ziel, die neuen Möglichkeiten in das Gesamtsystem zu integrieren, allerdings ohne die Anwendersicht auf das Netzwerk zu verändern. Aktuell arbeitet die PNO daran, TSN als Alternative zu den RT/IRT-Protokollen im Data Link Layer von Profinet zu implementieren. Der Vorteil: Anwender können TSN nutzen, ohne die Profinet-Kernfunktionen bei der Übertragung von Prozessdaten, Alarm- und Diagnosedaten zu verändern. Dass dieser Ansatz funktioniert, hat sich bereits bei der Migration von Profibus zu Profinet gezeigt.

Über die Integration von TSN hinaus, arbeitet die PNO auch daran, die Funktionen von OPC UA für geeignete Anwendungen zu implementieren, beispielsweise für die Kommunikation zwischen mehreren Controllern untereinander oder mit dem HMI.

Ähnliche Ansätze bei der Integration von TSN verfolgen auch die jeweiligen Nutzerorganisationen für Ethernet/IP, Ethercat, Powerlink und Modbus.

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