“Daten sind das neue Gold”, heißt es immer. Doch damit sie einen wirklichen Mehrwert schaffen, müssen sie erstmal dort ankommen, wo sie verarbeitet werden können. Für den Transport der Daten sind einige neue Technologien im Einsatz. Zusammen bilden sie die Kommunikation der Zukunft. Heute gebe ich euch einen kurzen Überblick zu den dafür relevanten Abkürzungen OPC UA, TSN, SPE/APL und 5G.

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.

Industrie 4.0 benötigt Daten

Um Informationen mit echtem Mehrwert zu erzeugen, sind Daten von Maschinen und Anlagen oder von Feldgeräten wie Sensoren und Aktoren nötig. Erst in Kombination mit weiteren Daten werden daraus Informationen, die dem Anwender Nutzen bringen. So kann er beispielsweise Produktionsprozesse optimieren oder Wartungen präventiv durchführen, bevor es zu Ausfällen kommt. Dazu ist eine durchgängige und effiziente Netzwerkinfrastruktur notwendig. Wo früher nur wenige Geräte über Ethernet vernetzt waren, sind heute schon große Netzwerke gewachsen. Im Zuge der Digitalisierung und Industrie 4.0 werden in Zukunft noch viel mehr Feldgeräte eingebunden. Im Folgenden findet ihr einen Überblick darüber, welche davon für die industrielle Kommunikation relevant sind.

Industrielle Kommunikation der Zukunft

OPC UA und TSN, echtzeitfähig bis ins Feld

Der Kommunikationsstandard Open Platform Communication (OPC) dient dem sicheren und zuverlässigen Datenaustausch im Bereich der industriellen Automatisierung. Er ist plattformunabhängig und gewährleistet den nahtlosen Informationsfluss zwischen Geräten verschiedener Hersteller. Die OPC Foundation ist für die Entwicklung und Pflege dieses Standards verantwortlich, der sich seit vielen Jahren in industriellen Bereichen bewährt hat. Aufgrund der stetig wachsenden Ethernet-basierten Vernetzung genügt er den technologischen Ansprüchen heute nicht mehr.

Deshalb wurde OPC Unified Architecture (UA) entwickelt. Er dient bereits heute in vielen Anlagen als übergeordneter Kommunikationsstandard. Zukünftig soll OPC UA erweitert werden, um eine einheitliche Kommunikation bis ins Feld zu ermöglichen. Dabei sollen die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Geräte und Anwendungen berücksichtigt werden. OPC UA wird damit zur einheitlichen Sprache vom Sensor bis in die Cloud. Mit der Weiterentwicklung dieses Standards für die direkte Feldkommunikation ist eine durchgängige, herstellerunabhängige Kommunikation möglich.

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 verbirgt sich eine Reihe von Standards, die das Standard-Ethernet echtzeitfähig machen sollen. TSN stellt z. B. mit der Priorisierung von Datenströmen sicher, dass eine Anwendung die andere Kommunikation weder stört noch von ihr gestört wird. In Verbindung mit OPC UA entsteht so eine echtzeitfähige und konvergente Kommunikation bis ins Feld oder zwischen Steuerungen.

SPE und APL, Ethernet-Anbindung bis zum Sensor

Gleichzeitig arbeitet man auch an der Übertragungsphysik. Ethernet ist der führende Kommunikationsstandard für Datennetze auf Unternehmens- und Betriebsebene. Mit Single Pair Ethernet (SPE) rückt diese etablierte Technologie nun auch auf die Feldebene vor. Die Entwicklung von 4- und 8-adrigen Verkabelungssystemen zu einfachen und sicheren Zweidraht-Verkabelungen hat begonnen. Ein Leitungspaar integriert die Endgeräte in das Ethernet-Netzwerk und versorgt sie gleichzeitig mit Daten und Strom. Der neue Standard erfüllt verschiedene Anforderungen an die Kommunikation der Zukunft in der Fabrik-, Prozess- und Gebäudeautomatisierung.

Die Advanced-Physical-Layer-Technologie (APL) basiert auf der SPE-Technologie. Sie kommt speziell in eigensicheren Bereichen der Prozesstechnik zum Einsatz.

Mit 5G zuverlässig und mobil kommunizieren

5G: Drahtlose Kommunikation der Zukunft

Neben der kabelgebundenen Kommunikation wird auch die drahtlose Kommunikation für eine moderne und flexible Produktion immer wichtiger. Entwicklungen im Bereich der fahrerlosen Transportsysteme (FTS), der mobilen Endgeräte (Smart Devices) und der Zusammenarbeit von Mensch und Roboter erfordern eine zuverlässige Wireless-Kommunikation. Bisherige Mobilfunkstandards bieten keine garantierte Zuverlässigkeit, keine Diagnose der Verbindungsqualität und sind länderspezifisch unterschiedlich. Das 3GPP (3rd Generation Partnership Project) erarbeitet daher in verschiedenen Arbeitsgruppen die Systemspezifikationen für die nächste Generation Mobilfunk, allgemein als 5G bezeichnet. Mit dem Ziel, 5G von vornherein industriefähig zu gestalten und in der Produktion zu etablieren, hat der ZVEI Anfang 2018 die globale Initiative 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation) gegründet. Als einer der Pioniere für den Einsatz von Wireless-Technologien in der Automatisierungstechnik haben wir dieses Projekt mit initiiert und stellen entsprechende Ressourcen in den Arbeitsgruppen zur Verfügung.

Bei all diesen Projekten ist immer auch das Thema Cyber Security zu berücksichtigen, denn sie muss laufend an die neuen Systeme und Bedrohungen angepasst werden. Alle Standards, die sich derzeit entwickeln, bilden zusammen das Grundgerüst für die Zukunft der industriellen Kommunikationstechnologie.

In meinen nächsten Beiträgen gehe ich genauer auf die einzelnen Technologien für die Kommunikation der Zukunft ein. Abonniert den Blog, um keinen Beitrag zu verpassen.

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