Industrie 4.0
04.12.2017

PI präsentiert Neuheiten von Profisafe für OPC UA bis zur TSN-Integration in Profinet

Auf der SPS IPC Drives gab PI (Profibus & Profinet International) Einblicke in aktuelle Themen, wie die Abbildung von Profinet auf OPC UA oder Profisafe für OPC UA. Auch die Integration von TSN in Profinet war ein Thema, allerdings eher mit Zukunftsaussicht. Aktuell wird weiter auf Profinet IRT gesetzt und neue Development-Kits für Profinet-IRT-Controller angeboten.

Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender von PI, erläutert die Vorteile von "Profisafe over OPC UA" (Bild: VDE VERLAG)

Viel Aufmerksamkeit hat OPC UA TSN auf der gesammten Messe erhalten. PI hatte bereits auf der Hannover Messe 2017 bekanntgegeben, TSN (Time-Sensitive Networking) für Profinet nutzen zu wollen. Nun liegen die ersten Ergebnisse der Working Group vor und eine Roadmap für die Spezifikationsarbeiten wurde erstellt. Die WG sieht es als eine wichtige Aufgabe an, zu definieren, welche der zahlreichen IEEE-802.1-Standards benötigt werden. Hier zählen die Synchronisation mittels 802.1 ASrev, TAS (time aware shaper, 802.1Qbv) und Preemption (802.1Qbu) zu den wichtigen Funktionen. Durch die frühzeitige Auswahl der zu unterstützenden Standards sollen sich Gerätehersteller somit bereits heute auf TSN vorbereiten und ihre nächste Gerätegeneration mit TSN planen können. Eine wesentliche Erkenntnis der bisherigen Arbeiten ist aber auch, dass die Konfiguration der TSN-Netzwerkparameter zu den entscheidenden Kriterien über den Erfolg und die Akzeptanz bei den Anwendern zählen wird. "Nur mittels eines Plug&Work-Ansatzes, der ein umfangreiches Einstellen überflüssig macht, wird sich TSN einfach in Anlagen integrieren lassen", ist man bei PI überzeugt. Daher wird vor allem das dezentrale Konfigurationsmodell der IEEE verfolgt, welches z. B. im Testbed des Labs Network Industrie 4.0 erprobt wird, mit dem sich flexible und leistungsfähige Anlagennetze erstellen lassen. Aufgrund der Basisarchitektur von Profinet mit der Nutzung von Standard-Ethernet bleibt die Anwendersicht auf z. B. IO-Daten, Parametrierung, Diagnose, etc. unverändert. Dies sieht PI angesichts der hohen installierten Basis von Profinet-Geräten als einen wichtigen Kompatibilitätsaspekt für seine Anwender.

Was die Roadmap anbelangt, hat PI die Veröffentlichung der Spezifikation zur Nutzung von TSN mit Profinet Mitte 2019 zum Ziel. "PI hat schon viele Kommunikationstechnologien in den Markt eingeführt, angefangen bei Profibus über Profinet bis IO-Link. Ihre Etablierung in den Markt hat jeweils rund zehn Jahre gedauert", sagte PI-Chairman Karsten Schneider auf einer Pressekonferenz während der SPS IPC Drives. "Wir gehen davon aus, dass auch TSN so lange brauchen wird, bis es sich nennenswert etablliert haben wird." Als Begründung verweist er darauf, dass eine durchgängige TSN-Kommunikation innerhalb einer Anlage nur dann möglich sei, wenn alle relevanten Komponenten TSN-fähig sind. Hierzu sei eine breite Gerätebasis erforderlich. "Hinzu kommt, dass beispielsweise die Profinet-Anwender den Plug-and-work-Ansatz gewohnt sind und diesen auch vor neuen Technologien erwarten. Hierzu benötigen wir Guidelines - also How-to-use-Dokumente. Auch diese müssen erst noch erstellt werden", so K. Schneider. "Wir werden keinen TSN-Schnellschuss machen: Mit RT und IRT können wir die Anforderungen in den Anlagen locker bedienen", lautet sein Fazit.

Neue IRT-Basistechnologie für Profinet-Controller

Dass diese Aussage Gehalt hat, zeigt die Weiterentwicklung der Basistechnologien. So wurden auf der Messe bespielsweise neue Development Kits für Profinet-IRT-Controller vorgestellt. So bietet beispielsweise Siemens ein neues Development Kit für die Integration eines IRT-Controllers in beliebige Zielsysteme an. Herzstück dazu ist der Asic Soc1 mit dem dazugehörigen Firmware-Stack. Zur einfachen Netzwerkparametrierung in der jeweiligen Engineering-Umgebung des Zielsystems dient eine Konfigurationsbibliothek, die aus bewährten Engineering-Tools abgeleitet ist. Die notwendigen Softwarekomponenten werden in Source-Code geliefert, damit eventuell notwendige Anpassungen bzw. Portierungen für die Integration in die jeweiligen Zielsysteme vorgenommen werden können. Mit dem Evaluierungsboard CP1625 als Entwicklungsplattform ist ein einfacher Einstieg möglich. Die Schnittstelle zur Applikation zum bereits länger verfügbaren RT-Controller, der in verschiedenen Kundenprodukten im Einsatz ist, wurde um Funktionen für IRT und Taktsynchronisation erweitert.

Auch Hilscher hat sein Spektrum der Realtime-Ethernet-Protokolle für "netX" um die Profinet-IRT-Controller-Technologie komplettiert. Der Profinet-IRT-Controller ist inzwischen Standard-Lieferumfang der etablierten PC-Karten CIFX oder Embedded Modulen "netJack" und COMX. Alternativ kann der Profinet-IRT-Controller zusammen mit den "netX"-Multiprotokoll-Master-Chips von Hilscher zur Integration in Designs genutzt werden. Die Planung des IRT-Netzwerks erfolgt ausschließlich mit dem Hilscher-Konfigurations-Tool Sycon.net.

Profisafe für OPC UA

In den 1990er-Jahren entwickelte PI Profisafe mit der Idee, dass fehlersichere Kommunikation und Standard-Prozessdaten über die gleiche Verbindung übertragen werden können. "Wir hatten eine längere Durststrecke mit Profisafe zu verkraften. Mit Profinet haben wir es dann zum Erfolg geschafft: Kein anderes Safety-System verkauft mehr Knoten am Markt. Ende letzten Jahres waren rund 7 Mio. Profisafe-Knoten am Markt installiert", so K. Schneider. 

Diese Expertise und seine Erfahrungen möchte PI nun an die OPC Foundation weitergeben. "Die fehlersichere Kommunikation beschränkt sich heute auf die Variante Controller-to-Device. Eine Controller-to-Controller-Lösungen gibt es bislang nicht", sagt K. Schneider. Stattdessen kommen für die sichere Übertragung zwischen Maschinen und damit zwischen den in den Maschinen eingesetzten Steuerungen heute entsprechende Koppler zum Einsatz. Ein herstellerübergreifender Standard fehlt.

PI hat sich für Verbindungen zwischen Steuerungen in Profinet-Netzen für OPC UA entschieden. Aus diesem Grund sieht es die Nutzerorganisation als konsequent und notwendig an, die Mechanismen von Profisafe  auch auf OPC UA auszuweiten. Durch die Wiederverwendung der bekannten Mechanismen von Profisafe erwartet PI eine Vereinfachung für Hersteller, die Profisafe auf OPC UA in ihren Profinet-Controllern realisieren wollen. "Somit ist eine hohe Akzeptanz sowohl bei den Herstellern und Endkunden aber auch bei Gremien, wie Zertifizierungsstellen, sichergestellt. Außerdem profitieren die Anwender von einer offenen Technologie und damit einer herstellerübergreifenden Kommunikation auf Steuerungsebene, sowohl für Standard- als auch für sicherheitsgerichtete Daten", heißt es dazu vonseiten PI.

Tom Burke, President der OPC Foundation, bekräftigt: „Funktionale Sicherheit ist ein wesentlicher Teil industrieller Automatisierungssysteme. Mit Profisafe bietet PI eine Lösung, die alle Anforderungen der OPC Foundation für fehlersichere Controller-Controller-Kommunikation mit OPC UA erfüllt und sogar übertrifft.“

Im ersten Schritt wurde zwischen der OPC Foundation und PI im Vorfeld der SPS IPC Drives ein Memorandum of Understanding unterzeichnet. Vereinbartes Ziel ist, eine Joint Working Group aus Mitgliedern beider Organisationen zu gründen, um die Spezifikation „Profisafe over OPC UA“ für die Anwendung einer fehlersicheren Controller-Controller-Kommunikation zu erstellen. Diese Spezifikation soll dann integraler Bestandteil des OPC UA Specification Frameworks werden. Für die verschiedenen Anforderungen an die Kommunikation müssen die OPC UA Dienste Client/Server, Pub/Sub sowie künftig auch Pub/Sub mit TSN abgebildet werden.

„Damit treiben zwei starke Organisationen die Basis für eine kundengerechte und offene Lösung im wichtigen Industrie-4.0-Szenario der Maschinen-Maschinen-Kommunikation voran“, betont K. Schneider.

www.profibus.com

 

 

 

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Zum Schmunzeln

Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
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