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OPC UA over TSN - Von der Vision zum weltweit einheitlichen Standard

Mit der Etablierung einer offenen Kommunikationslösung für Automatisierungsanwendungen in der Industrie hat die Komplexität der Schnittstellen ein Ende. Maschinenbauer müssen Maschinen nicht mehr länger in Varianten mit unterschiedlichen Steuerungs- und Bussystemen designen und anbieten.

Herstellerabhängige Industrial-Ethernet-Protokolle gerieten immer mehr an ihre Grenzen: Neben der Bandbreite und den Zykluszeiten waren es besonders die Anforderungen des Industrial IoT, die eine neue Technologie erforderten. Darüber hinaus stellten die Heterogenität der Protokolle und das Fehlen eines weltweit gültigen, einheitlichen Standards große Herausforderungen dar. Mit OPC UA over TSN kann aus einer Vielzahl an Protokollen ein einziges mit nur einer Schnittstelle werden. Dadurch wird die Entwicklung maßgeblich vereinfacht.

Ein Standard für das IoT

B&R und der Netzwerkspezialist TTTech ergriffen im September 2016 die Initiative: Gemeinsam mit weiteren Automatisierungsherstellern und IT-Unternehmen wurde die Entwicklung eines weltweit gültigen, einheitlichen Standards gestartet. Im Zuge dessen entstand die OPC-UA-TSN-Initiative, die später unter dem Namen Shapers bekannt wurde.

Mit der Gründung der Shapers begann die Entstehung eines 100% offenen Standards auf der Basis von OPC UA und der Ethernet-Erweiterung TSN. Maschinenbauer und –betreiber müssen damit nicht mehr mit der Parallelexistenz zahlreicher unterschiedlicher Kommunikationsprotokolle kämpfen.

Auf der SPS IPC Drives 2016 stellten die Shapers erstmals ihre Pläne eines einheitlichen Kommunikationsstandards auf der Basis von OPC UA und TSN vor.

Schnittstellenfreie Kommunikation

Die Vision war eine offene, schnittstellenfreie Kommunikation vom Sensor zur Cloud – inklusive der notwendigen Echtzeiteigenschaften für hochsynchrone Antriebstechnik. Darüber hinaus galt eine Performancesteigerung bis zu einem Faktor 18 im Vergleich zu allen bestehenden Technologien als großes Ziel, welches bereits 2017 in Form von Prototypen demonstriert werden konnte. OPC UA over TSN bietet als einheitlicher Kommunikationsstandard 18x mehr Performance im Vergleich zu anderen Protokollen und erfüllt damit die gegebenen Anforderungen.

Die Gruppe der Shapers wurde regelmäßig erweitert und parallel dazu wurden die technischen Details erarbeitet. Bis 2018 traten der Initiative viele große Hersteller von Automatisierungstechnik bei und setzten auf OPC UA over TSN als gemeinsamen Standard.

Auf der SPS IPC Drives 2018 gaben Vertreter aller großer Automatisierungsunternehmen bekannt, dass sie auf OPC UA over TSN als einheitlichen Standard für die Kommunikation im Industrial IoT setzen. Bildquelle: OPC Foundation

Die Rolle der OPC Foundation

Mit November 2018 erklärte die OPC Foundation ihren Einstieg in den Bereich der Feldebene (FLC-Initiative) mit OPC UA over TSN. Innerhalb der Organisation wurde ein dediziertes Steering Committee bestehend aus 24 Branchenschwergewichten für die neue Technologie eingerichtet. Zudem wurden drei weitere Global Player der Automatisierung in das Board der OPC Foundation aufgenommen: Schneider Electric, Rockwell und die B&R-Konzernmutter ABB.

Die ersten Produkte

Mittlerweile sind die grundlegenden Spezifikationen für den Publish-Subscribe-Mechanismus von OPC UA und die wesentlichen Sub-Standards für TSN abgeschlossen. Dazu gehören die Standards IEEE802.1AS für die Zeitsynchronisation und IEEE802.1Qbv für die garantierte Laufzeit der Daten im Netzwerk. Auf der SPS IPC Drives 2018 wurden die ersten funktionsfähigen Geräte mit OPC UA over TSN vorgestellt. Als einer der ersten Hersteller brachte B&R im Jahr 2019 ein umfangreiches Produktportfolio für die Kommunikation mit der offenen und echtzeitfähigen Kommunikationslösung auf den Markt. Die Produktpalette umfasst hochperformante X20-Steuerungen, Buscontroller, Industrie- und Panel-PCs und einen TSN-Maschinenswitch.

Maschinen werden zukünftig nur noch mit OPC UA over TSN ausgeliefert werden. Die Vernetzung von Maschinen und Anlagen und die Umsetzung des Industrial IoT wird für Maschinenbauer und -betreiber dadurch wesentlich einfacher. Mit Companion Specifications, zum Beispiel zwischen POWERLINK und OPC UA, verläuft die Übergangsphase völlig problemlos. Bestehende Maschinen und Anlagen können damit einfach in neue Netzwerke integriert werden.

Als einer der ersten Hersteller brachte B&R im Jahr 2019 ein umfangreiches Produktportfolio für die Kommunikation mit der offenen und echtzeitfähigen Kommunikationslösung auf den Markt.

OPC UA over TSN - Die Entstehungsgeschichte auf einen Blick

  • September 2016: Gründung der OPC-UA-TSN-Initiative auf Einladung des Netzwerkspezialisten TTTech und des Automatisierungsherstellers B&R. Die beteiligten Firmen werden später unter dem Namen Shapers bekannt.
  • April 2017: Belden/Hirschmann und Phoenix Contact treten den Shapers bei.
  • November 2017: Pilz, Hilscher und Wago treten den Shapers bei.
  • April 2018: Rockwell Automation gibt seinen Beitritt zu den Shapers bekannt.
  • November 2018: Die OPC Foundation erklärt ihren Einstieg in den Bereich der Feldebene mit OPC UA over TSN.
  • November 2018: ABB, Schneider und Rockwell werden Mitglied des Boards der OPC Foundation.
  • November 2018: Vorstellung des Steering Committees zu OPC UA over TSN für die Feldebene bestehend aus: ABB, Beckhoff, Bosch-Rexroth, B&R, Cisco, Hilscher, Hirschmann, Huawei, Intel, Kalycito, KUKA, Mitsubishi Electric, Molex, Omron, Phoenix Contact, Pilz, Rockwell Automation, Schneider Electric, Siemens, TTTech, Wago, Yokogawa.
  • November 2018: Auf der SPS IPC Drives werden die ersten funktionsfähigen Geräte mit OPC UA over TSN vorgestellt.
  • November 2019: B&R stellt ein umfangreiches Produktportfolio für die Kommunikation mit OPC UA over TSN vor. Die Produktpalette umfasst X20-Steuerungen, Buscontroller, Industrie- und Panel-PCs sowie einen TSN-Maschinenswitch.

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