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INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2020

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2020

DIGITAL FACTORY I

DIGITAL FACTORY I SPECIAL Auf dem Weg zur Smart Factory Wie Sie mit TSN und OPC UA die Voraussetzung für eine durchgängige und industrielle Kommunikation schaffen Komplexe Schnittstellen zwischen IT und Betriebstechnik (OT) zogen bislang hohe Investitionskosten nach sich und erschwerten vielen Unternehmen den Weg zur digitalen Fabrik. Embedded Computing und IoT-Spezialisten bieten intelligente Erweiterungslösungen für Industriecomputer, die die Implementierung von Industrie-4.0-Technologien deutlich vereinfachen. Zeitkritische Maschinensteuerungen und Prozesse in der Fertigung erfordern eine zeitsynchronisierte, deterministische Kommunikation. Mit einem Standard wie Time Sensitive Networking (TSN) lassen sich konvergente, Ethernet-basierte Netzwerke realisieren, auf denen entsprechende Datenpakete nicht nur parallel zum IT-Datenverkehr versendet, sondern auch garantiert und hoch verfügbar zugestellt werden können. Dafür sorgen die in den TSN-Stan dards gebündelten Spezifikationen wie Timing und Synchronisation, Time Aware Traffic Scheduling, Frame Preemption, Seamless Redundancy und Network Configuration. Dank der garantierten Latenz und Quality of Service (QoS) mit Zeitsynchronisation ist TSN im industriellen Umfeld eine ideale Ergänzung zu proprietären Feldbussystemen. Vermutlich wird TSN diese mittelfristig ersetzen und nahtlos bis in die IT-Ebene kommunizieren können. Der Interoperabilitäts- standard OPC UA stellt die Geräte- und betriebssystemunabhängige Verbindung zwischen Feld- und IT-Ebene sicher. Vor allem die neue Publisher/Subscriber-Spezifikation von OPC UA nimmt die Herausforderungen hinsichtlich Sicherheit, Datenmodellierung, Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit an. Die Sammlung von Substandards, die im Zuge der IEEE 802.1-Standardisierung unter dem Label TSN zusammengefasst wurden, funktioniert wie ein Baukasten voller Funktionen für verschiedenste Anwendungsbereiche. TSN im Einsatz – vielseitig und effizient Neben Industrial Automation zählen Audio/ Video, Automotive und Medizintechnik zu den vielversprechendsten Einsatzfeldern für TSN. Bei der Anwendung in Industrienetzwerken stehen Controller-to-Controller- Communication sowie Embedded Cloud Communication im Vordergrund. In Automotive-Netzwerken kommt das Converged- Ethernet-Backbone mit seinen Echtzeitfähigkeiten vor allem beim autonomen Fahren sowie bei ADAS-Anwendungen (Advanced Driver Assistance Systems, Fahrerassistenzsystemen) zum Tragen. Einsatzbereiche in der Medizintechnik sind zum Beispiel Computertomografen. TSN vereinfacht industrielle Netzwerk- In frastrukturen und reduziert spürbar die dafür aufgewendeten Kosten: Die Vereinheitlichung der IT- & OT-Netzwerke erlaubt eine Redu zierung der Anzahl der Gateway- Funktionen und das Netzwerkmana gement wächst zusammen. In bestehenden Anlagen lohnt es sich zunächst weniger, Feldbusse auf der unteren Feldebene durch TSN-Komponenten zu ersetzen. Sinnvoller ist es in dem Fall, auf den Ebenen Controller-to-Controller oder Machine-to-Machine und oberhalb zu beginnen. Hier können TSN und OPC UA (Open Platform Communication, Unified Architecture) ihre Vorteile ausspielen. Ganz anders sieht es bei neuen Industrie-4.0-Implementierungen aus: Hier kann es bereits in naher Zukunft sinnvoll sein, auch auf den unteren Feldebenen TSN als Transport-Layer zu installieren. Damit das TSN-Netzwerk stabil läuft, sollte bei der Entwicklung auf eine saubere Funk tion der Zeitsynchroni sation geachtet werden, da es sich um die Technologie handelt, die den TSN-Standards zugrunde liegt. Einstieg in die smarte Fabrik Kontron bündelt alle erforderlichen Komponenten in einem Starterkit, um damit Unternehmen den Einstieg in das Time Sensitive Networking zu erleichtern. Das Set umfasst einen bzw. zwei wartungsfreie Industriecomputer (Embedded Box PC), die KBox vom Typ C-102 von Kontron mit integrierter TSN-Netzwerkkarte, Software für Linux, Kabel sowie eine Anleitung. Damit können Unternehmen in einer Testumgebung eine nahtlose Verbindung zwischen Feldebene, OT und IT herstellen und ohne Risiko Erfahrungen mit der Konfiguration und dem Betrieb von TSN-Netzen sammeln. Die Kontron Standard-PCI-Express-Netzwerkkarte für TSN umfasst einen integrierten Switch für redundante Netzwerke mit 4 externen GbE Ports und einem Port zur Anbindung an den Host Computer via PCI Express. Erweiterungen der TSN-Spezifikation durch Software-Updates lassen sich im FPGA integrieren. Darüber hinaus erlaubt die Kontron TSN- Netzwerkkarte Erweiterungen der Box-PCs aus der KBox C-Serie und 19"-Server, Kiss 2U/ 4U. Sie ist aber auch herstellerunabhängig 28 INDUSTRIELLE AUTOMATION 04/2020 www.industrielle-automation.net

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION einsetzbar und wird mit Private Labelling angeboten, sodass Maschinenhersteller, Automatisierer und Systemintegratoren die TSN-Karte unter ihrem eigenen Markennamen in ihre Geräte einbauen können. Lösungen auf der Höhe der Zeit 01 Mit der Standard-Express-Netzwerkkarte vom Typ PCI für TSN lassen sich Industrie-PCs mit einem TSN-Netzwerk verbinden 02 TSN-Starterkit: Industriecomputer vom Typ KBox C-102 mit integrierter TSN-Netzwerkkarte und Software für Linux 03 Das nur 82 × 50 mm große Embedded- Computing-Modul ist mit bis zu fünf TSN-fähigen 1-GB-Ethernetports verfügbar Mit OPC UA over TSN und seinen Eigenschaften sind viele Anwendungen auch auf der Feldebene bereits heute gut abgedeckt. Parallel arbeitet Kontron an Lösungen, die die neue OPC-UA-Pub/Sub-Spezifikation mit Real-Time-Möglichkeiten über TSN erweitern. Denkbar wäre der Betrieb der TSN- Switches im „cut through mode“, um Latenzzeiten zu minimieren und höchste Anforderungen in der Steuerungstechnik erfüllen zu können. Kontron Technologies, das Schwesterunternehmen von Kontron, ergänzt die Hardware-Komponenten für IoT und Embedded Computing durch das IoT-Software-Framework Susietec, das Sensoren, Aktoren, Endgeräte und Embedded, Public oder Hybrid Clouds verbindet. Susietec hebt damit Grenzen zwischen Datenerfassung, -Verarbeitung und -Bereitstellung auf und ermöglicht die Integration von IT und OT. Darüber hinaus ist die Software optimal auf die Edge Computing, Gateway-, und Server-Plattformen von Kontron abgestimmt. Für die Einbindung in die Cloud setzt das Unternehmen auf zahlreiche eigene Hardware-Komponenten, die „ Microsoft Azure certified for IoT“ sind. Mit allen Services erreichen die Anwender die nahtlose Skalierbarkeit der Rechenleistung zwischen Computing-Ressourcen am Device, in der Embedded Cloud, im On-Premises-Rechenzentrum oder in der Public Cloud. Sie entscheiden individuell, je nach Sicherheits- oder Leistungsniveau, wo die Datenanalyse, Bildanalyse oder das Machine Learning über Künstliche Intelligenz (KI) stattfinden soll. OT und IT verschmelzen immer mehr. Technologiekonzepte, die bisher nur für IT- Umgebungen verfügbar waren, wie das Cloud Computing, halten nun auch Einzug in die Feldebene. Bilder: Aufmacher PopTika/Shutterstock.com, sonstige Kontron www.kontron.de 03 01 02 Your Global Automation Partner Alles im Blick! Die Schaltschrankwächter Einfach installier- und nachrüstbares Condition Monitoring für Schaltschränke und Schutzgehäuse in Ex- und Nicht-Ex-Bereichen IMX12-CCM (ATEX, IECEx, HART) und IM12-CCM (IO-Link, CAN-Bus) melden Türschluss, Temperatur und Innenraumfeuchte an Steuerungen und Leitsysteme IM18-CCM erlaubt spezifische OEM-Lösungen: Es erfasst zusätzlich Daten externer Sensoren und leitet diese via Ethernet an übergeordnete Systeme zur Auswertung www.turck.de/ccm

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