Als 2016 die Kombination des M2M-Protokolls OPC UA mit Time-Sensitive Networking (TSN)-Synchronisation vorgestellt wurde, war sie von der Idee einer standardisierten und deterministischen Kommunikation der Industrie 4.0 inspiriert. Auch die Feldebene wurde unter dem Dach der OPC Foundation durch die Initiative Field Level Communications (FLC) aufgenommen, das Ergebnis sind die OPC UA FX (Field eXchange) Spezifikationen. Wir haben Elmar Zimmerling, Produktmanager für Industrial IoT Network Solutions bei der B&R Industrial Automation GmbH, Eggelsberg, gefragt, ob die Erwartungen erfüllt wurden.
Interview: Michael Corban, Chefredakteur von AUTOMATION
elektro AUTOMATION: B&R war 2016 einer der Initiatoren der sogenannten Shaper, die einen einheitlichen Kommunikationsstandard mit echtem Determinismus auf Basis von OPC UA und TSN etablieren wollen. Wo stehen wir heute aus Sicht von B&R?
Elmar Zimmerling (B&R): Ich bin sehr zufrieden mit der Richtung, in die wir uns mit OPC UA FX bewegen. Auf der SPS 2021 hätten wir durch eine Multi-Vendor-Demonstration und Fahrer-zu-Controller-Kommunikation zeigen können, was bereits möglich ist. Ich wünschte, wir wären irgendwann weiter gekommen, aber wir dürfen nicht vergessen, dass wir über nicht mehr und nicht weniger als einen disruptiven Ansatz sprechen, um die seit vielen Jahren bekannte Pyramide der Automatisierung mit ihren Speziallösungen abzulösen. . – insbesondere auf Feldebene.
Die technologische Enklave und die Synergien der TSN-Mechanismen mit dem UC UC-Framework werden schließlich im Zusammenhang mit der direkten Beteiligung und Kooperation von Wettbewerbern am Automatisierungsmarkt konzipiert und damit gültig spezifiziert – im Englischen sprechen wir von Kooperation. Nur diese „neue Normalität“ eines konvergenten IT/OT-Netzwerks cyberphysischer Systeme wird in der Lage sein, aktuelle und zukünftige Anforderungen an die Computerautomatisierung zuverlässig und konsistent zu erfüllen. Der Grund liegt auf der Hand: Ohne diese neue Grundlage wird es keine Industrie 4.0 geben und die Barrieren für den Einsatz von maschinellem Lernen und damit auch von künstlicher Intelligenz (KI) werden nicht überwunden.
Kommunikationsanforderungen für Industrie 4.0
elektro AUTOMATION: Die Entwicklung hin zu einem herstellerunabhängigen Standard wurde bewusst an die OPC Foundation delegiert, wo die Initiative Field Level Communications (FLC) gegründet wurde. Das Ergebnis ist die „Spezifikation OPC UA FX (Field eXchange)“. Entspricht dies dem Ansatz und den Erwartungen von B&R?
Zimmerling: Es war richtig und wichtig, dieser tollen Idee, diesem noch zarten Pflänzchen, ein sicheres Zuhause und den richtigen Nährboden zu geben: Dafür ist die OPC Foundation prädestiniert. Insbesondere die FLC-Initiative umfasst mittlerweile die größten Unternehmen der Automatisierungsbranche mit weltweit 27 Mitgliedern. Das heißt, an der Umsetzung, also den Spezifikationen der verschiedenen OPC UA FX Technologiemodule, sind mehr als 300 Experten beteiligt. Bei OPC UA FX gehört dazu natürlich TSN, aber auch funktionale Sicherheit, Netzwerkverbindungsmanagement, Publisher/Subscriber Messaging, Antriebstechnik, Remote I/O und mehr. Wichtig ist auch, dass der FLC nicht nur die Harmonisierung der Fabrikautomation, sondern auch die der Prozessindustrie auf seine Agenda geschrieben hat. Andererseits macht es auch deutlich, warum alles Zeit braucht: Zeit, sich kennenzulernen und Vertrauen aufzubauen. Schließlich sind wir alle Vollbluttechniker, gleichzeitig aber auch Menschen mit unseren Meinungen und Standpunkten. Aber wir sind auf dem richtigen Weg: Der Zug fährt immer schneller.
elektro AUTOMATION: Gibt es weitere Anforderungen, die Sie sich von B&R wünschen?
Zimmerling: Das OPC-UA-FX-Framework besteht aus mehreren wesentlichen Technologieblöcken. Gerade wenn es um unser innovatives Automatisierungsportfolio für beste Maschinenbaulösungen geht, spielt Determinismus eine wichtige Rolle. Zum Beispiel, wenn Sie an eine schnelle Steuerung im Bereich der Antriebstechnik oder eine integrierte kamerabasierte Bildkontrolle denken. Wenn es um die notwendige Flexibilität von Produktionsprozessen, Maschinen und darüber hinaus geht, wird auch die Sicherheit „intelligenter“ Maschinen entscheidend sein. All dies findet sich bereits in der FLC-Roadmap und wir sind selbst oder über unsere Muttergesellschaft ABB in den Expertenarbeitskreisen gut vertreten und aktiv. Zusammenfassend kann ich sagen, dass alle unsere Anforderungen berücksichtigt werden.
OPC UA FX als industrieller Kommunikationsstandard
elektro AUTOMATION: Nach vielen verschiedenen Standards für Feldbus-Datenkommunikation und industrielle Ethernet-Systeme gilt OPC UA FX als möglicher Industrie-4.0-Standard. Ziel war es auch, die parallele Entwicklung proprietärer Standards wieder zu vermeiden, die einzelnen Geräteherstellern das Leben schwer macht. Funktioniert das Überraschenderweise unterstützt beispielsweise die CC-Link IE-Welt stark TSN, aber wenn es um Profinet IRT oder Ethercat geht, würden Sie Ihre eigenen Designs bevorzugen?
Zimmerling: Die TSN-Technologie ist grundsätzlich völlig unabhängig von UC OPC, da beide in unterschiedlichen Schichten des ISO/OSI-Modells arbeiten. TSN in den Schichten 2-3, OPC UA in Schicht 7 in der Anwendungsschicht. Daher ist die Kombination bestehender Legacy-Protokolle mit TSN aus meiner Sicht nicht überraschend eine Erweiterung des bestehenden Geschäftsmodells mit bestehender Technologie. Dank der Gigabit-Basis bietet TSN jedoch eine höhere Bandbreite bzw. die Möglichkeit mehr Teilnehmer im Netz, ermöglicht Konvergenz im Netz. Dies allein genügt jedoch noch lange nicht den aktuellen Anforderungen von Industrie 4.0 oder dem Internet der Dinge (IIoT). Doch nur diese Anwendungen versprechen Kundennutzen auf Basis wertvoller Daten.
OPC UA FX bietet dem Markt entscheidende Vorteile. Es gibt keine Gateways zwischen Echtzeit-Ethernet-Lösungen, eines der Haupthindernisse in Data-Science-Projekten, um qualitativ aussagekräftige Informationen zu erhalten. Zudem ist eine echte Semantik bis in die Feldebene möglich, wo smarte Sensoren in den nächsten Jahren an Leistung und Anzahl explodieren werden. Nicht zuletzt spielt auch die bei OPC UA schon immer „integrierte“ Cybersecurity eine Rolle. Bei Legacy-Feldbussen sollte Security immer für jedes Protokoll einzeln mit zusätzlichem Aufwand betrachtet und finanziert werden. Aufgrund der starken Netzanbindung erhalten Infrastrukturprojekte zunehmend den Status „kritisch“: Es gilt, Kräfte zu standardisieren und zu bündeln bei der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Abwehrmechanismen, Überwachung, Erkennung und Minderung von Cyber-Risiken.
ELEKTRO AUTOMATION: An OPC UA FX führt also kein Weg vorbei …
Zimmerling: … weil es nur vorwärts geht. Was OPC UA FX angeht, lassen Sie mich einen Vergleich zu anderen Innovationen ziehen, etwa zur Elektromobilität im Automobilbereich. Bei den Verbrennungsmotoren haben wir eine ausgereifte Technik. Um bei Volumenmodellen CO2-Neutralität zu erreichen, müssen sie allerdings auf Elektroantrieb mit Batterie oder Brennstoffzelle umgerüstet werden. Für den sensiblen und „bekömmlichen“ Übergang bietet die Automobilindustrie Plug-in-Hybride, eine Kombination aus Verbrennungsmotor und elektrischer Traktion, treibt und investiert aber gleichzeitig massiv in Neuentwicklungen von reinen Elektrofahrzeugen. Natürlich gibt es noch Hürden zu überwinden, aber da es bei OPC UA FX nur einen Weg gibt, werden viele Dinge schneller eintreffen als erwartet.
Ebenso könnte ich mir ein Übergangsszenario für OPC UA FX gegenüber der „alten Welt“ in den nächsten 5-7 Jahren vorstellen. Bis dahin wird sich OPC UA FX als bevorzugter globaler Standard etabliert haben. Insbesondere bei verlassenen Flächeneinrichtungen wird dies dazu beitragen, den Übergang zuverlässiger und besser planbar zu machen.
Powerlink und OPC UA FX
elektro AUTOMATION: Wird B&R in absehbarer Zeit auch Powerlink „abschalten“?
Zimmerling: Natürlich ist die bewährte Powerlink-Technologie weiterhin mit unseren Geräten kompatibel; wie gesagt, eine „hybride“ übergangszeit mit bestehendem staatlichem schutz ist uns in den augen unserer kunden im maschinenbau sehr wichtig. Da wir OPC UA FX bereits zeitgleich auf unseren Treibern und Bustreibern implementieren, kann der Kunde selbst entscheiden, wann er auf OPC UA FX umsteigen möchte. Je mehr IIoT-Anforderungen hinzukommen, desto interessanter wird dieser Übergang aufgrund der oben genannten Vorteile. Aber ich möchte noch einmal betonen: Der Kunde entscheidet, wann er diesen Wechsel durchführt. Mit Blick auf Machine-Learning-Projekte wird dies jedoch eher früher als später der Fall sein. Sowohl bei Start-ups als auch bei langjährig erfolgreichen Unternehmen scheitern immer noch mehr als die Hälfte dieser Projekte an Datenbeschaffungsbarrieren und mangelnder Datenqualität. Doch der Kerngedanke von Industrie 4.0 ist gerade das Zusammenführen unterschiedlicher Datenströme. Insbesondere TSN unterstützt diese Konvergenz, eine Eigenschaft, die meiner Meinung nach noch wichtiger ist als der oft betonte Determinismus.
OPC UA FX und TSN in der Praxis
elektro AUTOMATION: B&R hat TSN von Anfang an auf dem Gerät implementiert: Wie ist der aktuelle Stand und wie sieht diesbezüglich die zukünftige Roadmap von B&R aus?
Zimmerling: Wir sind ständig dabei, alle Neuentwicklungen zumindest optional mit der OPC-UA-FX-Technologie auszustatten. Alle zukünftigen Treiber und Bustreiber werden mit OPC UA FX kompatibel sein….