Paradigmenwechsel in der Industriekommunikation
TSN als Feldbusersatz
Heute genutzte Feldbusse bringen typischerweise Vorgaben zur möglichen Netztopologie mit. Das führt zu Einschränkungen bei Anordnung und Verdrahtung der Teilnehmer und damit erhöhtem Projektierungsaufwand. Weiter sind ggf. geforderte redundante Verbindungen nicht wahlfrei möglich. Mit der Nutzung von TSN-Ethernet als Transportschicht fallen derartige Einschränkungen weg. An dieser Stelle sei noch angemerkt, dass die etablierten Feldbusse natürlich mehr mitbringen, als die Übertragungs-/Sicherungsschicht. Hier ist vor allem die Profillandschaft von Bedeutung, welche eine systematische Einordnung unterschiedlicher Geräteklassen vornimmt und für sich genommen vom Übertragungskanal unabhängig ist. Hier bietet es sich an, entsprechende Profile auch über TSN-Ethernet zu nutzen, unter Wegfall der Beschränkung auf das jeweilige Übertragungsmedium. Es ist damit auch denkbar, dass eine Steuerung Feldgeräte mit verschiedenen Profilen über eine einzige physikalische Schnittstelle bedient.
Wie geht es weiter?
Mit OPC UA steht bereits ein Kommunikationsprotokoll bereit, welches für Transport und Beschreibung von Daten auf sehr unterschiedlichen Ebenen großes Potential und zunehmende Verbreitung aufweist. Die bisher mangelnde Eignung für Echtzeitdaten ist ein Aspekt, der sich mit TSN schnell ändern könnte. Insgesamt ist aufgrund der herstellerunabhängigen Standardisierung und der branchenübergreifenden Bedeutung mit einem raschen Zuwachs kompatibler Chipsätze und Protokolle zu rechnen. Die innerhalb von TSN standardisierten Mechanismen sind vielfältig und müssen für einzelne Anwendungen nicht zwingend in ihrer Gesamtheit genutzt werden. Sobald jedoch eine entsprechende Anzahl von Netzwerkkomponenten TSN-fähig ist, ergeben sich hier auch für die Automatisierungstechnik eine Vielzahl neuer Möglichkeiten und Herausforderungen.
Proof of Concept
Mit der Verfügbarkeit von echtzeitfähigem Standard-Ethernet fällt eines der wesentlichen Argumente für den klassischen Feldbus weg. Das ISW der Universität Stuttgart hat sich deshalb die Frage gestellt, wie Echtzeitkommunikation in der Automatisierungstechnik zukünftig aussehen könnte. Eine mögliche Antwort hat das Institut auf der SPS IPC Drives an einem Beispielszenario vorgestellt: Zwei Antriebsregler, basierend auf einer offenen FPGA-Plattform werden über industrielle Switche der Firma Hirschmann hinweg synchron mit Sollwerten aus einen NC-Kern (ISG-kernel) versorgt. Die Priorisierung der Echtzeittelegramme mittels 802.1Qbv garantiert, dass gleichzeitig im Netzwerk auftretender normaler IP-Traffic die zyklische Versorgung der Antriebe mit Sollwerten nicht beeinflusst. Für eine einheitliche Zeitbasis wird ein Stack der ZHAW eingesetzt. Hiermit wird gezeigt, wie sich eine auch für anspruchsvolle Motion-Anwendungen ausreichende Synchronisation der Achsen erreichen lässt.
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