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INDUSTRIELLE AUTOMATION 2/2021

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 2/2021

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION Erster Release-Kandidat veröffentlicht Kommunikationsstandard auf Basis von OPC UA und TSN Mit der aktuellen OPC UA Framework war der Determinismus heutiger Feldbuslösungen nicht gegeben. Die Randbedingungen änderten sich jedoch mit der OPC UA-Erweiterung auf die Publisher/ Subscriber-Technologie und dem Aufkommen von TSN. Viele Single- und Multivendor-Demonstratoren zeigten früh, welche Möglichkeiten bis hin zu Motion Control die TSN-Technologie in puncto Synchronität und Echtzeit eröffnet. Dipl.-Ing. Robert Wilmes, System Management PLCnext, Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont Doch wenn jedes Unternehmen respektive jede Nutzerorganisation das jeweils bestehende System auf TSN hebt, bringt dies keinen Vorteil für die Automatisierungswelt. Vor diesem Hintergrund wurde zusätzlich auf der IEEE-/IEC-Normungsebene zeitig ein TSN-Standardisierungsprojekt (IEC/IEEE 60802-IA) in Angriff genommen, das auf eine Vereinheitlichung des TSN-Einsatzes in der industriellen Automatisierungstechnik abzielt. Mit der Fertigstellung eines einheitlichen TSN-Profils sollen sich Automatisierungsund IT-Protokolle ein TSN-Netzwerk mit entsprechenden Garantien teilen können. Die vorhandene Kommunikation darf dabei durch die zusätzliche neue nicht gestört werden – das „Converged Network“. Um in diesem „Converged Network“ langfristig lediglich eine Sprache zu sprechen, nämlich OPC UA, gründeten 2018 Automatisierungsanbieter, Technologie- Provider sowie Komponenten- und Switch-Hersteller aus der Fabrik- und Prozessautomation auf der Messe SPS in Nürnberg innerhalb der Nutzerorganisation OPC Foundation die Initiative Field Level Communication (FLC). Heute sind hier 27 Unternehmen aktiv. Sie haben sich verpflichtet, die FLC-Initiative aktiv zu unterstützen, damit auf Basis von OPC UA und TSN ein umfassender Kommunikationsstandard für die Automatisierungstechnik entwickelt wird. Die 27 Unternehmen geben die Richtung vor, wobei die eigentliche Spezifikationsarbeit in den Arbeitsgruppen offen für jedes Mitglied der OPC Foundation ist. Nach knapp über zwei Jahren werden jetzt die ersten Spezifikationen als Release-Kandidaten veröffentlicht. Umsetzung peu à peu Die Erarbeitung eines komplett neuen Ökosystems für die Automatisierung, mit dem sich die technologischen Entwicklungen der nächsten 20 Jahre ebenfalls umsetzen lassen, erweist sich als große Herausforderung. Bei der Spezifikation sollen die Anforderungen von der Prozesstechnik bis zu synchronen Motion- Control-Applikationen erfüllt werden. Deshalb haben sich die Mitglieder der 32 INDUSTRIELLE AUTOMATION 02/2021 www.industrielle-automation.net

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION FLC-Initiative zur Realisierung eines sukzessiven Konzepts entschieden. Der erste Schritt fokussiert sich auf den Datenaustausch von Steuerung zu Steuerung. Im Rahmen der initialen Arbeiten wurden Anwendungsszenarien adressiert, in denen beide Steuerungen aufeinander abgestimmt beidseitig konfiguriert werden. Die IP-Adressen sind schon vergeben und eine Parametrierung des Kommunikationspartners ist nicht notwendig. Integration eines Gerätetyps in das Engineering anderer Anbieter Hardwareunabhängige Funktionalitäten Das FLC-Gerätemodell der Kommunikationsteilnehmer wurde ebenfalls neu aufgesetzt. Die Kommunikationsteilnehmer heißen nun Automation Components (AC). Egal ob Steuerung oder Sensor: Alle Geräte sind in ihrer Grundstruktur identisch aufgebaut. Dabei ist strikt zwischen dem Asset und der Funktion getrennt worden. Durch diese Trennung wird ermöglicht, dass Funktionalitäten zukünftig hardwareunabhängig betrachtet und z. B. einfach in neuen Produkten kombiniert werden können. Erzielte Erfolge und Ausblick Mit dem ersten Schritt haben die Mitglieder der FLC-Initiative einen reduzierten Funktionsumfang definiert, der für die sichere Übertragung von Standard- und Safety-Daten zwischen zwei Steuerungen ausreicht. Ein erster Release Candidate wurde im November 2020 veröffentlicht. Er dient der Umsetzung von Prototypen, der Validierung der Spezifikation und der Entwicklung von Tests, die Bestandteil des CTT werden. Im zweiten Schritt erfolgt eine Beschreibung der fehlenden Funktionalitäten, die für die Kommunikation zwischen Controller und Device notwendig sind. Außerdem entstehen erste Arbeitsgruppen, die auf der Grundlage dieses Modells funktionsspezifische Informationsmodelle zum Beispiel seit Mitte 2020 für Motion-Applikationen erarbeiten. Mehr über die Aktivitäten der FLC-Initiative lesen Sie im vollständigen Artikel unter bit.ly/FLC-Initiative Heutige Gerätebeschreibungs-Lösungen aus dem Feldbusbereich beschäftigen sich mit der Integration eines Gerätetyps eines bestimmten Sensors oder Aktors in das Engineering eines Systemanbieters. Ist das Gerät einmal instanziiert, wird die Datei oftmals nicht mehr aktiv verwendet. Anders bei FLC: Die Gerätebeschreibung kann nur Typinformationen beinhalten, lässt sich allerdings um Instanzinformationen erweitern. Wenn bekannt, lassen sich im Vorfeld also ebenfalls Adressinformationen oder spezifische Konfigurationen festlegen, bevor sie dann in das andere Engineering-System eingebunden werden. Damit wird die Gerätebeschreibungsdatei automatisch zum digitalen Zwilling des Kommunikationspartners. Jeder Anwender kann die Informationen hinzufügen, die er im Rahmen seiner Engineering-Aufgaben schon kennt. Die Datei wächst folglich inhaltlich mit dem Projektfortschritt. Gelöst wird das über einen Ansatz auf Basis der Beschreibungssprache AML (Automation Markup Language), die FLC-spezifische ebenso wie weitere Informationen in einem Paket zusammenfasst. Bidirektionale Kommunikation Beim Verbindungsaufbau hat die FLC-Initiative ein einfaches Modell favorisiert. Dabei initiiert der Datenempfänger den Verbindungsaufbau und der Sender überträgt die Daten gemäß der Anforderung des Empfängers unidirektional. Hinter diesem Modell steckt der Gedanke, dass bei zwei Kommunikationsteilnehmern der Empfänger am besten weiß, wann seine Applikation die Daten benötigt. Soll ein bidirektionaler Datenaustausch aufgebaut werden, müssen somit beide Seiten die Datenübertragung anstoßen können. Dieser Ansatz wird derart spezifiziert, dass er auch auf bidirektionale Kommunikationsmodelle erweitert werden kann. Der Auslöser für diese Entwicklung, nämlich TSN, wurde in der Zwischenzeit über OPC-Arbeitsgruppen als optionale Funktion in die PubSub-Spezifikation integriert. Ob letztendlich TSN mit seinen Zeitgarantien eingesetzt wird, hängt von den Determinismus-Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Die Aktivitäten der FLC-Initiative im Hinblick auf die Feldtauglichkeit von OPC UA laufen somit auf Hochtouren und zeigen erste Ergebnisse. In der feldnahen Kommunikation wird sich ein großer Schritt mit viel Innovationspotenzial eröffnen, wenn dann die für die OT entwickelten Geräte zukünftig mit OPC UA eine Sprache sprechen und gleichzeitig mit TSN auf einer echtzeitfähigen Ethernet- Hardware basieren. Bild: Funtap/shutterstock.com www.phoenixcontact.de

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