Das Statement von Michael Volz, HMS

Wir leben in einer Welt, in der schneller technologischer Wandel zum Alltag gehört. Insofern liegt die Annahme nahe, dass Industrial Ethernet den Feldbus schon bald in Rente schicken wird. Allerdings weilt der Feldbus auch einige Jahre nach Einführung des Industrial Ethernet noch unter uns und gewinnt sogar weiter an Popularität, wenn auch zugegebenermaßen langsamer als das Ethernet.

Michael Volz, Geschäftsführer von HMS Industrial Networks Deutschland setzt auf die 'friedliche Koexistenz': "Mittels Gateways können Komponenten wie Roboter, Sensoren und Steuerungen in verschiedene industrielle Netzwerke eingebunden werden.

© HMS Industrial Networks

Analysen unseres Hauses und der Vergleich mit einigen renommierten Marktberichten ergeben für Industrial-Ethernet-Installationen eine Wachstumsrate von 17 % jährlich und inzwischen einen Anteil von einem Drittel an allen industriellen Netzwerken. Feldbus-Netzwerke stellen dagegen noch immer die Mehrheit der Installationen und wachsen derzeit um 7 % pro Jahr. Beide Raten liegen deutlich über der Wachstumsrate von Automatisierungs­komponenten im Allgemeinen.

Über Gateways können Komponenten wie Roboter, Sensoren und Steuerungen heute in verschiedene industrielle Netzwerke eingebunden werden, sowohl auf Feldbus- als auch auf Ethernet-Basis. Wir stellen zudem kaum Anzeichen für eine Konsolidierung der Netzwerke fest: CC-Link, Profibus und Modbus sind alle noch populär, wenn auch von Region zu Region unterschiedlich. Dabei scheint die Entscheidung für den jeweilig verwendeten Feldbus häufig durch die frühere Auswahl einer SPS vorgegeben zu sein, so dass der Entwickler in seiner Auswahl nicht frei ist.

Feldbusse eignen sich hervorragend für die Übertragung von E/A-Daten und in manchen Fällen werden sie einer Ethernet-Lösung offenbar deshalb vorgezogen, weil ihre Installation, Konfiguration und Wartung bereits bekannt ist. Dank ihres geringen Komplexitätsgrades sind sie einfach zu installieren und sehr zuverlässig. Die Entwickler sind also nicht faul oder konservativ, sondern wählen jeweils die beste Lösung für die konkrete Aufgabe.

Systementwickler und Anwender möchten natürlich immer an vorhandenen Systemen festhalten und sie an neue Anforderungen anpassen. Man kann nicht erwarten, dass sie ihre Investition in Netzwerke auf Feldebene ohne triftigen Grund abschreiben. Das gilt für Anlagenbetreiber und Hersteller/Maschinenbauer im Bereich Serienfertigung gleichermaßen.

Sie lassen sich jedoch gerne auf den Umstieg auf Ethernet ein, wenn es deutliche Vorteile bietet, beispielsweise bessere Verarbeitung von Prozess- und IT-Daten, größere Funktionalität, Flexibilität und Geschwindigkeit sowie die einfachere Einbindung in Netzwerke höherer Ebenen wie die Leitebene und Planung.

Unsere Erfahrungen zeigen einerseits, dass Feldbusse weiterhin attraktiv sind, andererseits aber auch, dass die Vernetzung von Komponenten in Produktionsumge­bungen zunimmt. Bis vor ein paar Jahren verzichteten viele Fabriken auf eine volle Integration sämtlicher Prozesse. Stattdessen wurden einige Maschinen oder Prozesse automatisiert, wobei diese 'Automatisierungsinseln' kaum oder überhaupt nicht miteinander kommunizieren konnten. Inzwischen geht der Trend zur vollständigen Integration aller Komponenten und darüber hinaus zur Anbindung an Enterprise-­Management-Systeme. Hierfür setzten sich Begriffe wie 'Machine to Machine Communications', 'industrielles Internet der Dinge' und 'Industrie 4.0' durch.

Wir sehen inzwischen, dass der Übergang zum Industrial Ethernet ein längerfristiger Prozess sein wird. Eine Vorhersage, wann Ethernet dominieren wird, ist praktisch nicht möglich. Zumindest ist es wahr­scheinlich, dass Feldbusse auch in fünf Jahren noch ihre Berechtigung haben werden.

Organisationen, die Technologien für industrielle Netzwerke unterstützen, werden trotz Vorantreiben von Ethernet auf absehbare Zeit Feldbusse weiter unter­stützen. So hat die CLPA beispielsweise dafür gesorgt, dass ihre Ethernet-Techno­logie (CC-Link IE) deutliche technische Vorteile gegenüber ihren Feldbus-Optionen bietet, vor allem die branchenführende Gigabit-Kapazität, die einen hohen und extrem schnellen Datendurchsatz ermöglicht. Da zukünftig nicht mehr nur einzelne Produktionsmaschinen und Prozesse untereinander verbunden sein werden, sondern auch mit den internen Geschäfts­systemen und über diese mit den Systemen des Vertriebsnetzes und der Lieferanten, ist Gigabit-Kapazität und Ethernet-Fähigkeit zukünftig kein Luxus, sondern absolut notwendig.

Als Fazit bleibt: Auch wenn sich der Markt für industrielle Netzwerke eindeutig in Richtung Industrial Ethernet bewegt, wird es noch viele Jahre dauern, bevor wir uns von Feldbussen endgültig verabschieden. Auf absehbare Zeit werden Feldbus und Industrial Ethernet friedlich koexistieren.

Das Statement von Heinrich Munz, Kuka

Bei der Vernetzungs-Diskussion ist zunächst zu differenzieren zwischen dem Standard – also dem IT-Ethernet und den generell unter 'Industrial Ethernet' zusammengefassten Feldbus-basierenden Ethernet-Varianten – Profinet, Ethernet/IP, Ethercat, Powerlink, CC-Link IE, Sercos 3. Es stimmt in der Tat, dass Standard IT-Ethernet heute die Echtzeit-Fähigkeit der Feldbusse und damit auch die Echtzeit-Fähigkeit des Industrial Ethernet noch nicht erfüllen und somit diese heute auch noch nicht ablösen kann.

Allerdings können alle alten und neuen Feldbus-Technologien – ob nun auf Ethernet basierend oder nicht – folgende beispielhaften Anforderungen an eine moderne Automatisierung im Sinne des Industrial IoT beziehungsweise Industrie 4.0 nicht erfüllen:

• Zero Configuration auch Zero Touch genannt: Für eine flexible Automatisierung beziehungsweise den Einsatz von Wireless-Geräten im großen Stil ist es nicht akzeptabel, vor Inbetriebsetzung der Geräte deren Kommunikationsgrundlagen konfigurieren zu müssen. Diesen Zustand haben wir aber heute in der Automatisierungsbranche bei allen Feldbus-Landschaften. Vor Inbetriebnahme sind zuerst größere Konfigurationsorgien durch ausgewiesene Feldbus-Experten zu überwinden. Ein dynamisches An-/Abmelden von Ad-hoc-Kommunikationsbeziehungen ist nur über Krückenlösungen namens HotPlug oder Hot-Connect möglich, wobei die eventuell später eingegangene Kommunikationsbeziehung vorher bereits bekannt sein und eingeplant werden muss.
• Herstellerübergreifende Interoperabilität: Es muss möglich sein, dass nach dem Vorbild der Mobiltelefon-Industrie Geräte aller Hersteller interoperabel und ohne Gateways oder ähnliche Geld- und Performance-verschlingende Notbehelfe direkt miteinander kommunizieren können. Heute ist dies nur innerhalb der jeweiligen Feldbus-Technologien der treibenden Firmen möglich, welche durch Haus- und Hofvereine den Eindruck von Offenheit erwecken und dadurch die notwendige Community erzeugen und die Anwender in der Technologiefalle halten wollen. Eine Kommunikation von Feldbus-Gruppe A zu Feldbus-Gruppe B ist nur über Gateways oder ähnliches möglich.

Aus diesen Gründen wird es für eine Industrie 4.0 geprägte Automatisierungslandschaft zunächst zusätzlich zu den herkömmlichen Feldbussen eine weitere Lösung geben müssen. Diese Lösung zeichnet sich mit OPC UA und der Erweiterung des IEEE-802.1-Ethernet-Standards um die Echtzeit-Fähigkeit ab, die sich derzeit unter dem Schlagwort TSN (Time Sensitive Networks) in der Normung befindet. Hauptziele des neuen TSN-Standards sind neben deter­ministischen Datenübertragungen im Sub-­Millisekundenbereich die beiden genannten Anforderungen Zero Config und herstellerübergreifende Interoperabilität.

Die bis dato gerne genannten Wachstumsraten des Industrial Ethernet (17 %) und der Feldbusse (7 %) berücksichtigt selbstverständlich noch nicht die kommende Einführung der Time Sensitive Networks (TSN), weil es TSN noch gar nicht gibt. Wir sprechen also aus Anwendersicht bei den Feldbus- und Ethernet-Varianten immer noch von einem Vergleich zwischen Pest und Cholera.

Hinzu kommt, dass eine aus Anwendersicht notwendige Konsolidierung der Netzwerke nicht stattfindet. Dies liegt daran, dass Technologien, welche in unserer Branche erst einmal eingeführt und halbwegs erfolgreich sind, über einige Jahrzehnte bestehen bleiben. Schon aus diesem Grunde werden wir es mit den Altlasten der herkömmlichen Feldbusse selbst nach flächendeckender Einführung von OPC UA und TSN noch viele Jahre zu tun haben. Darum ist es nicht das Ziel von OPC UA, TSN oder Industrie 4.0, die herkömmlichen Feldbusse von einem Tag auf den anderen zu ersetzen, sondern zunächst zusätzlich zu den bestehenden proprietären Lösungen eine Möglichkeit zu schaffen, herstellerübergreifende M2M-Kommunikation – auch echtzeitfähig – betreiben zu können.

Das RAMI-4.0-Modell der Industrie-4.0-Plattform berücksichtigt dies durch den so genannten Integration-Layer, worauf die herkömmlichen Feldbusse angesiedelt sind und den Communication Layer, welcher zur M2M-Kommunikation ausschließlich OPC UA vorsieht. Nach und nach kann OPC UA mit TSN den einen oder anderen Einsatzfall herkömmlicher Feldbusse ablösen. Wann dies geschieht, entscheidet der System­integrator beziehungsweise Anlagenbetreiber.

Das Bild der ETG zeigt den Weg, welcher allen Feldbussen in einem Industrie-4.0-Szenario bevorsteht: Northbound in das Produktionsnetz hinein, herstellerübergreifend OPC UA. Southbound in die Maschine bzw. ins lokale Feld, herkömmliche Feldbusse.

© Ethercat Technology Group

Zur SPS IPC Drives 2015 hatten vier Feldbus-Vereine angekündigt, eine OPC-UA-Companion-­Spezifikation für ihre proprietären Feldbusse zu erstellen. Dadurch wird es möglich, dass die Datenmodelle und Profile der Feldbusse – in welche ebenfalls bereits sehr viel Geld und Aufwand investiert worden sind – auf OPC-UA-Ebene weiterleben. Die Ethercat Technology Group (ETG) hat dazu ein treffendes Bild veröffentlicht, wonach von einem Industrie-4.0-konformen Steuerungsgerät aus 'nach unten' hin (Southbound) Ethercat EDP beziehungsweise EAP zum Einsatz kommen, 'nach oben' hin (Northbound) jedoch durch die Industrie-4.0-konforme Verwaltungsschale über OPC UA kommuniziert wird. Diese Architektur wird sinngemäß auch von den anderen Feldbus-Anbietern übernommen werden. Northbound, also Peer-to-Peer-Steuerung zu Steuerung, Steuerung zu MES oder Steuerung zur Cloud wird sich OPC UA – und wenn bezüglich harter Echtzeit notwendig, auf TSN – durchsetzen.

Pikantes Detail am Rande: Bei einem ähnlichen ETG-Bild, welches zur Hannover Messe 2015 veröffentlicht worden ist, war das Ethercat Automation Protokoll (EAP) noch northbound zusätzlich zu OPC UA eingezeichnet. EAP ist nun dem alleinigen Northbound-Standard OPC UA gewichen. So schnell kann ein Strategie-Wechsel zum Wohle des Anwenders vonstattengehen. Nachahmer erwünscht!