Als 2016 die Kombination des M2M-Protokolls OPC UA mit Time-Sensitive Networking (TSN) vorgestellt wurde, war sie von der Idee einer standardisierten, deterministischen Industrie-4.0-Kommunikation inspiriert. Auch die Feldebene wurde unter dem Dach der OPC Foundation durch die Initiative Field Level Communications (FLC) – das Ergebnis der OPC UA FX (Field eXchange)-Spezifikation – einbezogen. Wir haben Elmar Zimmerling, Produktmanager Industrial IoT Networking Solutions bei der B&R Industrial Automation GmbH, Egelsberg, gefragt, ob sich die Erwartungen erfüllt haben.
Interview: Michael Corban, Chefredakteur von Elektro AUTOMATION
elektro AUTOMATION: B&R war 2016 einer der Initiatoren der sogenannten Shaper, die basierend auf OPC UA und TSN einen einzigen Kommunikationsstandard mit echtem Determinismus etablieren wollen. Wo stehen wir heute in Bezug auf B&R?
Elmar Zimmerling (B&R): Ich bin sehr zufrieden mit der Richtung, in die ich mich mit OPC UA FX bewege. Auf der Messe SPS 2021 konnten wir anhand einer Demonstration mehrerer Anbieter und der Kommunikation zwischen Controller und Controller zeigen, was bereits möglich ist. Ich würde mir wünschen, dass wir in einigen Punkten weiter vorankommen, aber wir dürfen nicht vergessen, dass wir hier über nichts weniger als einen destruktiven Ansatz sprechen, um die Automatisierungspyramide mit ihren Speziallösungen zu ersetzen, die wir seit vielen Jahren kennen – insbesondere bei ebenerdig. .
Das technologische Zusammenspiel und die Synergie von TSN-Mechanismen mit dem OPC-UA-Framework wurden schließlich gemeinsam mit direkter Beteiligung und Kooperation zwischen Wettbewerbern im Automatisierungsmarkt konzipiert und damit valide geklärt – im Englischen sprechen wir von Coopetition. Nur eine solche „neue Normalität“ eines konvergierten IT/OT-Netzwerks aus cyber-physischen Systemen wird aktuelle und zukünftige Anforderungen an die IT-Automatisierung zuverlässig und durchgängig erfüllen können. Der Grund liegt auf der Hand: Ohne diese neue Grundlage wird es keine Industrie 4.0 geben und die Hürden für den Einsatz von maschinellem Lernen und damit auch künstlicher Intelligenz (KI) werden nicht überwunden.
Kommunikationsanforderungen für Industrie 4.0
elektro AUTOMATION: Die Entwicklung zu einem herstellerunabhängigen Standard wurde bewusst an die OPC Foundation delegiert und dort mit Blick auf die Feldebene die Initiative Field Level Communications (FLC) gegründet. Das Ergebnis ist die „OPC UA FX (Field eXchange) Spezifikation“. Entspricht dies dem Ansatz und den Erwartungen von B&R?
Zimmerling: Es war richtig und wichtig, diese großartige Idee zu geben, es ist immer noch ein sanftes Pflänzchen, ein sicheres Zuhause und ein geeigneter Nährboden – dafür ist die OPC Foundation bestimmt. Insbesondere die FLC-Initiative umfasst mittlerweile die wichtigsten Unternehmen der Automatisierungsbranche mit weltweit 27 Mitgliedern. Mit anderen Worten, mehr als 300 Experten sind an der Umsetzung beteiligt, dh. die Spezifikationen der verschiedenen OPC UA FX Technologiemodule. Bei OPC UA FX gehört dazu natürlich TSN, aber auch funktionale Sicherheit, Netzwerkverbindungsmanagement, Publisher-/Subscriber-Meldungen, Antriebstechnik, Remote I/O und mehr. Wichtig ist auch, dass FLC nicht nur die Harmonisierung der Fabrikautomation, sondern auch die der Prozessindustrie auf seine Agenda gesetzt hat. Andererseits wird auch deutlich, warum alles seine Zeit braucht – Zeit, sich kennenzulernen und Vertrauen aufzubauen. Schließlich sind wir alle reinrassige Techniker, gleichzeitig aber auch Menschen mit eigenen Meinungen und Ansichten. Aber wir sind auf dem richtigen Weg – der Zug fährt immer schneller.
elektro AUTOMATION: Gibt es weitere Anforderungen, die Sie sich von B&R wünschen?
Zimmerling: Das OPC UA FX Framework besteht aus mehreren technologischen Grundbausteinen. Gerade im Hinblick auf unser innovatives Automatisierungsportfolio für Top-Lösungen im Maschinenbau spielt Determinismus eine wichtige Rolle. Zum Beispiel, wenn Sie an eine schnelle Steuerung im Bereich der Antriebstechnik oder eine integrierte Bildsteuerung auf Basis einer Kamera denken. Wenn es um die notwendige Flexibilität von Produktionsprozessen, Maschinen und mehr geht, wird auch die Sicherheit „intelligenter“ Maschinen entscheidend sein. All dies ist nun auf der FLC-Roadmap zu finden und wir sind allein oder über unsere Muttergesellschaft ABB in den Expertenarbeitskreisen gut vertreten und aktiv. Zusammenfassend kann ich sagen, dass alle unsere Anforderungen berücksichtigt wurden.
OPC UA FX als Standard für die industrielle Kommunikation
elektro AUTOMATION: Da es viele verschiedene Standards für die Datenkommunikation in Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systemen gab, gilt OPC UA FX als möglicher Standard für Industrie 4.0. Ziel war es auch, die parallele Entwicklung eigener Standards wieder zu verhindern, was vor allem Geräteherstellern das Leben schwer macht. funktioniert es? Bemerkenswert ist, dass beispielsweise die Welt von CC-Link IE TSN sehr stark unterstützt, aber wenn es um Profinet IRT oder Ethercat geht, bevorzugen Sie Ihre eigenen Designs?
Zimmerling: Die TSN-Technologie ist grundsätzlich völlig unabhängig von OPC UA, da beide in unterschiedlichen Schichten des ISO/OSI-Modells arbeiten. TSN in den Schichten 2-3, OPC UA in Schicht 7 in der Anwendungsschicht. Daher ist die Kombination bestehender Legacy-Protokolle mit TSN nicht verwunderlich – aus meiner Sicht eine Erweiterung des bestehenden Geschäftsmodells mit vorhandener Technologie. Dank der Gigabit-Basis bietet TSN jedoch eine höhere Bandbreite oder die Möglichkeit für mehr Netzwerkteilnehmer, was eine Netzwerkkonvergenz ermöglicht. Dies allein genügt jedoch nicht den heutigen Anforderungen von Industrie 4.0 oder dem Internet der Dinge (IIoT). Doch nur solche Anwendungen versprechen Kundennutzen auf Basis wertvoller Daten.
OPC UA FX bietet entscheidende Marktvorteile. Es gibt keine Gateways zwischen Echtzeit-Ethernet-Lösungen – eines der Haupthindernisse in Data-Science-Projekten, qualitativ relevante Informationen zu erhalten. Darüber hinaus ist eine reale Semantik möglich, bei der intelligente Sensoren in Bezug auf Leistung und Anzahl in den nächsten Jahren explodieren werden. Nicht zuletzt spielt auch die Cybersicherheit eine Rolle, die seit jeher in OPC UA „eingebettet“ ist. Bei Legacy-Feldbussen sollte Security immer für jedes Protokoll einzeln mit zusätzlichem Aufwand betrachtet und finanziert werden. Aufgrund der starken Vernetzung werden Infrastrukturprojekte zunehmend „kritisch“ – es gilt, Kräfte zu standardisieren und zu bündeln bei der Weiterentwicklung von Abwehrmechanismen, Überwachung, Erkennung und Minderung von Cyber-Risiken.
elektro AUTOMATION: Am OPC UA FX führt also kein Weg vorbei …
Zimmerling: … weil es nur weiter geht. Lassen Sie mich bezüglich OPC UA FX mit anderen Entwicklungen vergleichen, etwa der Elektromobilität im Automobilbereich. Bei den Verbrennungsmotoren verfügen wir über eine ausgereifte Technik. Um jedoch bei volumetrischen Modellen CO2-Neutralität zu erreichen, müssen sie auf Elektroantrieb mit Batterien oder Brennstoffzellen umgerüstet werden. Für einen vernünftigen und „verdaulichen“ Übergang bietet die Automobilindustrie Plug-in-Hybride, dh. eine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektroantrieb, beharrt und investiert aber gleichzeitig massiv in Neuentwicklungen von reinen Elektrofahrzeugen. Natürlich gibt es noch Hürden zu überwinden – aber so wie OPC UA FX nur einen Weg nach vorne haben wird, werden sie viel schneller kommen als erwartet.
In ähnlicher Weise kann ich mir ein Übergangsszenario für OPC UA FX gegenüber der „alten Welt“ für die nächsten 5-7 Jahre vorstellen. Bis dahin wird OPC UA FX der bevorzugte Weltstandard sein. Insbesondere bei aufgegebenen Installationen wird dies dazu beitragen, den Übergang zuverlässiger und besser planbar zu machen.
Powerlink und OPC UA FX
elektro AUTOMATION: Wird B&R Powerlink in absehbarer Zeit „abschalten“?
Zimmerling: Die bewährte Powerlink-Technologie wird selbstverständlich weiterhin in unseren Geräten unterstützt – wie gesagt, eine „hybride“ Übergangsfrist mit Bestandsschutz ist für uns mit Blick auf unsere Kunden im Maschinenbau sehr wichtig. Da wir OPC UA FX bereits auf unseren Controllern und Buscontrollern implementieren, kann der Kunde entscheiden, wann er auf OPC UA FX umsteigen möchte. Je mehr IIoT-Anforderungen hinzukommen, desto interessanter wird dieser Übergang aufgrund der oben genannten Vorteile. Aber ich möchte noch einmal betonen: Der Kunde entscheidet, wann er diese Änderung vornimmt. Angesichts von Machine-Learning-Projekten wird dies jedoch eher früher als später passieren. Sowohl bei Start-ups als auch bei langjährig erfolgreichen Unternehmen scheitern immer noch mehr als die Hälfte dieser Projekte an Barrieren bei der Datenerfassung und mangelnder Datenqualität. Aber die Hauptidee hinter Industrie 4.0 ist es, verschiedene Datenströme zusammenzuführen. TSN unterstützt besonders diese Konvergenz, eine Eigenschaft, die ich für noch wichtiger halte als den oft betonten Determinismus.
OPC UA FX und TSN in der Praxis
elektro AUTOMATION: B&R hat TSN zu Beginn auf dem Gerät implementiert – wie ist der aktuelle Stand und wie sieht die zukünftige B&R Roadmap diesbezüglich aus?
Zimmerling: Wir sind ständig dabei, alle Neuentwicklungen zumindest optional mit der OPC-UA-FX-Technologie auszustatten. Alle zukünftigen Steuerungen und Buscontroller werden OPC UA FX unterstützen….
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