Der echtzeitfähige Kommunikationsstandard für Industrie 4.0
Die intelligente Fertigung ist vernetzt und basiert auf offenen Standards. OPC UA ist ein Kommunikationsstandard, der als einheitliche Sprache vom Sensor bis in die Cloud in Industrie-4.0-Anlagen Anwendung findet. Mit TSN wird das Ganze echtzeitfähig und damit richtig interessant für die Fertigung. Im Blogbeitrag erkläre ich euch das mal genauer.
Industrie 4.0 – das ist die Produktion der Zukunft. Alles wird „smart“, nicht nur das „phone“ und die „watch“, auch unser Arbeitsalltag verändert sich im Rahmen der Digitalisierung rasant. Wir halten euch auf dem Laufenden darüber, was die vierte industrielle Revolution eigentlich bedeutet. Anhand von praxisnahen Beispielen, erklären wir, wie wir den Weg der digitalen Transformation Richtung Zukunft beschreiten.
Der Kommunikationsstandard OPC UA (Open Platform Communication Unified Architecture) wurde als offene Lösung für die industrielle Kommunikation entwickelt. Er dient als einheitliche Sprache vom Sensor bis in die Cloud und macht eine durchgängige, herstellerunabhängige Kommunikation möglich. Egal, wer eine Anwendung erstellt hat, in welcher Sprache die Software programmiert wurde und auf welchem Betriebssystem die Anwendung läuft – Produkte verschiedener Hersteller haben ein einheitliches Verständnis der Informationseinheiten und können untereinander kommunizieren. In dem einminütigen Erklär-Video seht ihr den Unterschied zur heutigen Kommunikation über Feldbusse.
Mit OPC UA ist der standardisierte Austausch von Daten über Unternehmensgrenzen und Branchen hinweg möglich. Der Standard schafft also die Voraussetzung für Industrie 4.0. Daten werden nicht nur kommuniziert, sie sind auch für Maschinen lesbar. Der Austausch der OPC-UA-Nachrichten erfolgt entweder über ein OPC-spezifisches binäres Protokoll auf TCP/IP oder als Web-Service.
Hier findet ihr eine deutsche Veröffentlichung der OPC Foundation, die übersichtlich die Technologie und deren Bedeutung für Industrie 4.0 erklärt sowie auf Details zu horizontaler und vertikaler Kommunikation eingeht.
Wer bist du?
Kommunikationsteilnehmer können sich untereinander fragen: „Wer bist du?“ Dazu nutzt man das Informationsmodell. Ein OPC-UA-Client kann einen OPC-UA-Server anfragen und erhält als Antwort dessen vollständiges Informationsmodell. Dieses sowohl für Menschen als auch für Maschinen lesbare Konstrukt teilt mit, um welche Art von Gerät es sich handelt und welche Daten oder Dienste es zur Verfügung stellen kann. Das ist notwendig, wenn Maschinen untereinander „sprechen“ wollen, z. B. wenn eine Fertigungsstraße automatisch Rohmaterial nachbestellen soll.
Modelle für allgemein gültige Information (z. B. Alarme oder Automatisierungsdaten) sind bereits durch den Kommunikationsstandard OPC UA spezifiziert. Andere Informationsmodelle leiten sich davon ab, um die allgemeinen Definitionen weiter zu spezialisieren. So entstehen derzeit z. B. herstellerübergreifende Beschreibungen von Geräten und ihren Funktionen unter dem Dach des VDMA (Verein Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer).
Für diese offene Kommunikation ist auch unsere PLCnext Technology aufgestellt. Sie ist thematisch in zwei Bereiche geteilt, in die überlagerte Bedienebene und die darunter liegenden Kommunikationsnetzwerke. Zum einen kann der Anwender im Programmier-Tool PLCnext Engineer eine HTML5-basierte Visualisierung erstellen, die auf dem in die Steuerung eingebauten Webserver abläuft und über einen Browser auf dem jeweiligen Bedien-Terminal angezeigt wird. Zum anderen besitzt die Steuerung einen OPC-UA-Server, sodass von überall auf die Steuerung zugegriffen werden kann. Der OPC-UA-Server bildet sämtliche Informationen ab, der Zugang gestaltet sich vollkommen transparent. Schaut doch mal bei YouTube, wie ein OPC UA-Server auf der PLCnext Steuerung eingerichtet und verbunden wird.
OPC UA over TSN: Datenpakete in definierten Zeitspannen senden
OPC UA kommt bereits in vielen industriellen Anwendungen zum Einsatz. Mit dem Ethernet-Standard Time Sensitive Networking (TSN) wird daraus ein echtzeitfähiger Kommunikationsstandard.
Der technische Begriff „Echtzeit“ meint, dass Daten innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zur Verfügung stehen. Echtzeit hat in diesem Fall nichts mit Schnelligkeit zu tun, was häufig falsch interpretiert wird. Gesendete Daten müssen den Empfänger lediglich in einer genau definierten Zeit erreichen.
Am Beispiel einer Fertigungsanlage kann man sich das gut vorstellen. Hier müssen Steuerungsaufgaben abgearbeitet werden im Bereich von Milli- oder Mikrosekunden oder sogar schneller. Erst wenn eine Bewegung vollendet ist, kann der nächste Arbeitsschritt beginnen. Diese Abläufe sind exakt einzuhalten, der Vorgang ist deterministisch. Am Beispiel eines Schokokuchens kann man sich das in einem YouTube-Video erläutern lassen.
Die jeweiligen Aufgaben bzw. Arbeitsschritte müssen in vorgegebenen Zeiten abgearbeitet sein. Mit der Einführung des Time Sensitive Networking (TSN) wird das möglich. Es entsteht ein offenes, auf OPC UA basierendes Industrie-4.0-Netzwerk, das echtzeitfähig und damit praxistauglich ist.
Um sicherzustellen, dass die Kommunikation trotz des zunehmenden Datenverkehrs im Netz zuverlässig funktioniert, sind verschiedene Anforderungen zu erfüllen, z. B. reservierte Bandbreiten. Die Steuerung der Datenströme entsprechend der jeweiligen Anforderungen ist mit Time Sensitive Networking (TSN) möglich. Dahinter verbergen sich eine Reihe von Standards. TSN stellt z. B. mit der Priorisierung von Datenströmen sicher, dass eine Anwendung die andere Kommunikation weder stört noch von ihr gestört wird.
Im nächsten Blog zum Thema Kommunikation wird es um SPE, APL und 5G gehen. Einen kleinen Einblick bekommt ihr schon in meinem letzten Blogbeitrag: Kommunikation der Zukunft.
Im Corporate Marketing kümmere ich mich um Innovationen. Seit einigen Jahren dreht sich dabei alles um die Digitalisierung. Was das genau für unsere Industrie und unsere Arbeitsplätze bedeutet, ist ein extrem spannendes Thema. Darüber möchte ich mit vielen Beispielen aus der Praxis berichten. Privat lasse ich nicht so viel Digitalisierung in mein Leben in Lemgo, ein vernetzter Kühlschrank kommt (erstmal) nicht ins Haus. Besucht mich auf LinkedIn.
0 Kommentare