Duidelijke taal: TSN - de turbo voor PROFINET en OPC UA
Time-Sensitive Networking – Duidelijke taal: Onze toewijding aan digitalisering
Digitalisering stelt een hoge standaard voor industriële communicatie. Siemens vertrouwt nu al op de snel groeiende open-communicatiestandaard Industrial Ethernet - met PROFINET op veldniveau en OPC UA op besturingsniveau. Maar Siemens gaat nog een stap verder: met de op Ethernet gebaseerde standaard TSN (Time-Sensitive Networking) voor gereserveerde bandbreedtes, Quality of Service (QoS)-mechanismen, geringe transmissievertraging en parallelle overdracht van meerdere protocollen - inclusief protocollen geschikt voor realtime doorgifte – in industriële netwerken.
Welke toepassingen worden geïmplementeerd met OPC UA PubSub op basis van TSN?
OPC UA is ontstaan in de verticale communicatie en is nu ook ingeburgerd in de markt voor M2M-communicatie.
De behoefte aan real-time communicatie op het niveau van de controller zou zich in wezen moeten beperken tot communicatie tussen controller en controller. Om technische redenen kan alleen de OPC UA PubSub-methode worden gecombineerd met TSN. Toegang tot de client/server verloopt natuurlijk ook via het op Ethernet gebaseerde netwerk met TSN-mechanismen (een zogenaamd TSN-netwerk), maar omdat ze TCP/IP-gebaseerd zijn, is mapping in real-time streams met bandbreedtebeveiliging niet mogelijk.
(Meer FAQ's over TSN volgen nog.) De reeds gepubliceerde FAQ's kunnen worden gevonden in de sectie "Wat is TSN" verderop op de pagina.)
Duidelijke taal op weg naar de toekomst: PROFINET en OPC UA met TSN.
De toenemende digitalisering van productieprocessen vereist steeds meer openheid, robuustheid, deterministiek en flexibiliteit in industriële communicatie. Alleen een productielijn die zeer flexibel communiceert en reageert, kan zorgen voor een snelle en betrouwbare fabricage van individuele producten en tegelijkertijd voldoen aan strakke leveringstermijnen.
Duidelijke taal voor een grote stap in de richting van digitalisering
Terwijl industriële besturingssystemen afhankelijk zijn van real-time communicatie, draait het bij IT-systemen primair om open toegang tot gegevens. Daarom zijn deze netwerken in bedrijven gescheiden. In het licht van de toenemende digitalisering moet deze scheiding nu worden vervangen door open, end-to-end netwerken om flexibele en deterministische productie mogelijk te maken. TSN (Time-Sensitive Networking) creëert een gestandaardiseerde basistechnologie in het kader van IEEE 802.1 voor gegarandeerde Quality of Service (QoS) en de verhoogde eisen in het Ethernet. TSN bestaat uit een reeks individuele standaarden die uitsluitend betrekking hebben op OSI-layer 2 van communicatie. Dit betekent dat de gebruikersinterface ook bij TSN ongewijzigd blijft.
Van de automobielindustrie en machinebouw tot de levensmiddelen- en drankenindustrie: TSN biedt doorslaggevende voordelen voor de industriële productie, waaronder gereserveerde bandbreedtes, Quality of Service (QoS)-mechanismen, geringe transmissievertraging en parallelle overdracht van meerdere protocollen - inclusief real-time protocollen. Siemens zet in op TSN om de digitale transformatie van industriële netwerken te helpen vormgeven – van het veldniveau en communicatie van machine naar machine (M2M) tot het besturings- en operatorniveau.
Samen de ontwikkeling stimuleren
TSN is veelbelovend van start gegaan. Als onderdeel van de voortdurende ontwikkeling wordt het getest bij Labs Network Industrie 4.0 (LNI4.0). LNI4.0 verbindt testomgevingen en installaties door heel Duitsland om het gebruik van Industrie 4.0 te bevorderen, en Siemens is een van de oprichters. Samen met een aantal andere industriële ondernemingen doet het bedrijf er alles aan om TSN-interoperabiliteit met meerdere leveranciers te testen en doet het onderzoek in het testbed om het potentieel van TSN voor M2M-communicatie en machinenetwerken tot in de cloud te beoordelen. Indien nodig wordt de verkregen kennis beschikbaar gesteld aan standaardisatiecommissies voor gebruik in toekomstige ontwikkelingen.
Veelgestelde vragen over TSN
Wat zijn de voordelen van Ethernet met TSN in vergelijking met het huidige Ethernet?
In principe vormt Ethernet met TSN een aanvulling op de bestaande Ethernet-mechanismen op het gebied van Quality of Service (QoS), inclusief het reserveren van bandbreedte, alsmede synchronisatie, geringe vertragingstijden en zelfs naadloze redundantie.
De toepassingen melden hun communicatie-eisen op het netwerk en krijgen gegarandeerd de gevraagde QoS vanuit het netwerk. De verschillende verbindingen lopen in zogenoemde streams die bandbreedtebescherming genieten dankzij de resourcetoewijzing in het geheugen van Ethernet-switches. In principe kan elk van deze streams real-time beschikbaar worden. Als gevolg van deze ingekapselde streams maakt TSN het ook mogelijk om meerdere real-timeprotocollen tegelijkertijd in één netwerk uit te voeren (netwerkconvergentie). Dit is een fundamenteel verschil met de huidige Ethernet-gebaseerde real-timeprotocollen, waar het netwerk slechts één real-timeprotocol toestaat.
Zijn er voor TSN speciale Ethernet-processoren nodig of werken de huidige standaard Ethernet-componenten ook?
Een "TSN-compatibele" hardwarebouwsteen is nodig voor TSN; de momenteel geïnstalleerde Ethernet-bouwstenen kunnen over het algemeen niet worden uitgebreid tot TSN via software.
Het is echter te verwachten dat de standaard Ethernet-bouwsteen in de toekomst een TSN-compatibele Ethernet-bouwsteen zal zijn. Dat is de belangrijkste motivatie voor Siemens om PROFINET op TSN te zetten. Alle grote bouwsteenfabrikanten zijn al begonnen met de ontwikkeling, of hebben in ieder geval aangekondigd dat ze hardwarebouwstenen met TSN-mechanismen gaan ontwikkelen. Voor fabrikanten van apparaten ontstaan hierdoor vele mogelijkheden voor de verschillende hardware-ontwerpen van hun apparaten.
Heb ik in de toekomst OPC UA en PROFINET nodig?
Ja. OPC UA en PROFINET zijn protocollen die door het ISO-OSI model in layers 5 tot en met 7 worden gebruikt. Zowel OPC UA als PROFINET zullen TSN gebruiken als basistechnologie van layer 2.
De kracht van OPC UA ligt in verticale communicatie en bij netwerken van machines op besturingsniveau, terwijl PROFINET aan alle veldvereisten voldoet. Daarom blijft de strategie bij Siemens dezelfde:
- Besturingsniveau en hoger = OPC UA
- Veldniveau = PROFINET
Wat betekent OPC UA?
OPC Unified Architecture (OPC UA) is de standaard voor het uitwisselen van gegevens voor veilige, betrouwbare, fabrikant- en platformonafhankelijke industriële communicatie.
OPC UA is perfect geschikt voor het uitwisselen van gegevens door verschillende besturingssystemen tussen toepassingen van vele verschillende fabrikanten van automatiseringscomponenten en is gedefinieerd voor verticale communicatie.
OPC UA is beschikbaar in twee versies – client/server en PubSub (publish/subscribe).
- OPC UA-client/servercommunicatie is een soort point-to-point-communicatie waarbij een client toegang krijgt tot de gegevens van een server. Het is altijd gebaseerd op TCP/IP en kan daarom nooit real-time-compatibel worden.
- Met de OPC UA PubSub -methode gaat het hier om ”one-to-many”-communicatie. Eén publisher stelt gegevens ter beschikking, die vervolgens door een willekeurig aantal subscribers in het netwerk kunnen worden ontvangen. De OPC UA PubSub-communicatie kan, afhankelijk van de prestatie-eisen, via verschillende protocollen (bijv. UDP) worden gevoerd.
Duidelijke taal op weg naar TSN: PROFINET en OPC UA
TSN verenigt bestaande IEEE-standaarden die uitsluitend van invloed zijn op OSI-layer 2. TSN is geen communicatieprotocol, maar een basistechnologie die de komende jaren door zowel PROFINET als OPC UA als een soort "turbo" kan worden gebruikt.
Een voorbeeldmodel uit de maakindustrie
Wanneer machines via TSN communiceren – Siemens laat zien hoe het werkt
Hoe kan M2M-communicatie met TSN er in de praktijk uitzien? Siemens heeft al een beursmodel dat dit in de praktijk demonstreert met behulp van twee robots met gesynchroniseerde bewegingen, dat verder gaat dan de theorie. Elk van de robots communiceert met een SIMATIC-controller via PROFINET. Beide controllers worden gesynchroniseerd via OPC UA PubSub (publish/subscribe) op basis van TSN. Dankzij het reserveren van bandbreedte is de datatransmissie in het TSN-netwerk precies voorspelbaar, onafhankelijk van de belasting.
Om te laten zien hoe TSN-communicatie en standaard ethernet-communicatie in hetzelfde netwerk kunnen worden gebruikt, worden de gegevens in het model ook van de controller naar een cloud – zoals MindSphere – via een communicatieprocessor verzonden.
Duidelijke taal met meer informatie
Profiteer van aanvullende informatiebronnen om meer te weten te komen over TSN – de turbo voor Industrial Ethernet – met PROFINET en/of OPC UA. Brochures, informatiemateriaal, technische gegevens, FAQ's en services – hier vindt u ze allemaal!
Contact
Duidelijke taal: laat ons u adviseren over TSN
De ontwikkeling van industriële netwerken staat nooit stil. Wat doet Siemens met TSN? Hoe profiteren u en de beide toptechnologieën OPC UA en PROFINET van Time-Sensitive Networking? En hoe kunt u uw netwerk optimaliseren met TSN? Onze experts beantwoorden deze en nog veel meer vragen graag.
