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Analog Devices: OPC UA und TSN im Duo noch flexibler

OPC UA bildet durch seinen Adressraum eine universelle Anwendungsschnittstelle, wohingegen TSN Standard-Ethernet um Echtzeiteigenschaften ergänzt und Datenübertragungsraten im Gigabit-Bereich zulässt. Es liegt deshalb nahe, die beiden Techniken miteinander zu verbinden.

Analog Devices Goller volker.jpg Bildquelle: © Analog Devices

Volker Goller, Analog Devices: "1 GBit/s ermöglicht neue Applikationen und die Überwindung heutiger Performance-Engpässe bei datenintensiven Applikationen."

Volker Goller, Systems Applications Engineer in der Deterministic Ethernet Technology Group von Analog Devices, erläutert die Hintergründe.

Welche Merkmale prädestinieren OPC UA und TSN für die Industriekommunikation 4.0?

Goller: OPC UA ist zuallererst ein Informationsmodell. Sicher gibt es auch ein Protokoll, um Clients und Servers zu verbinden, aber die Stärke von OPC UA ist der Adressraum, und damit stellt es eine universelle Applikationsschnittstelle dar. Die Flexibilität von OPC UA lässt es zu, bestehende Anwenderschnittstellen - die “Profile” der Industrial-Ethernet-Protokolle - in OPC UA abzubilden. Daher gibt es mittlerweile für fast jedes Profil eines Industrial-Ethernet-Protokolls auch eine Abbildung auf den OPC-UA-Adressraum oder wird an einer solchen Abbildung gearbeitet. OPC UA selbst gibt solche Profile - ‘IO’, ‘Drive’, ‘Safety’ etc. - bisher nicht vor, was sich aber wohl ändern wird. Im Rahmen von Industrie 4.0 wird OPC UA als ‘lingua franka’ gesehen, mit entsprechend großem Potenzial für die Zukunft.

TSN dagegen ist eine Erweiterung von IEEE-802.3-Ethernet um eine ganze Reihe neuer Möglichkeiten mit dem Ziel, Ethernet deterministischer und echtzeitfähiger zu machen. Weil in Zukunft TSN-fähige Hardware von vielen Herstellern erwartet wird, lässt es sich als eine Demokratisierung der Echtzeitkommunikation betrachten. Fast jedes Protokoll könnte mit TSN Echtzeiteigenschaften bekommen.

Was bringt es konkret, die beiden Techniken miteinander zu verbinden?

Goller: Die Arbeitsgruppe Pub/Sub der OPC Foundation spezifiziert für OPC UA ein echtzeitfähiges Transportprotokoll auf Basis eines Publisher/Subscriber-Modells zur Verknüpfung mit TSN. Damit wird OPC UA echtzeitfähig und potentiell eine Alternative zu Industrial-Ethernet-Protokollen. Für die Ebene oberhalb der klassischen SPS wäre es damit sehr willkommen, könnten doch Steuerungen verschiedener Hersteller mit OPC UA in Echtzeit interagieren. TSN kann OPC UA auch eine garantierte Bandbreite im Netz geben und damit eine höhere Robustheit als derzeit möglich.

Welche Aufgaben verbleiben in Zukunft für die klassischen Industrial-Ethernet-Systeme und Feldbusse?

Goller: Die klassischen Industrial-Ethernet-Protokolle werden nicht verschwinden. Manche werden in anderer Form weiter existieren (als Profile oder Profil-Familie in OPC UA), andere werden in Zukunft selbst auf TSN aufsetzen. Feldbusse werden von Ethernet verdrängt werden.

Welche Aufgaben könnten die klassischen Industrial-Ethernet-Systeme in OPC-UA-TSN-Systemen auf der Profilebene erfüllen?

Goller: Um es nochmal ganz klar zu sagen: TSN bedingt nicht automatisch OPC UA. Es sind zwei völlig unabhängige Techniken. OPC UA kann bei der Vernetzung von Steuerungen (Controller to Controller) eine große Rolle spielen. In diesem Bereich ist Pub/Sub mit TSN von Vorteil. Ob es darüber hinaus auch auf der Feldebene eine Rolle spielen kann, muss sich erst beweisen. Denn OPC UA ist kein ‘kleiner Stack’, jedenfalls nicht, wenn man alle Vorteile nutzen will.

Inwieweit spielt bei TSN der Wunsch, Übertragungsraten von 1 GBit/s und höher umzusetzen, eine Rolle?

Goller: 1 GBit/s (und darüber hinaus) ist eine logische Weiterentwicklung der heutigen Vernetzung. Wird es 100 MBit/s verdrängen? Nicht überall, aber 1 GBit/s ermöglicht neue Applikationen und die Überwindung heutiger Performance-Engpässe bei datenintensiven Applikationen.