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„Mit TSN auf höchste Performance vorbereitet“ Umfrage: Ist die Performance von OPC UA über TSN notwendig?

Red Lion Deutschland TTTech Industrial Automation AG
Braucht es OPC UA über TSN - und gibt es Alternativen? Wir haben nachgefragt.

Braucht es OPC UA über TSN - und gibt es Alternativen? Wir haben nachgefragt.

Bild: iStock, simonkr
02.06.2021

OPC UA über TSN soll im Vergleich zu anderen Industrial-Ethernet-Protokollen etwa 18-mal mehr Leistung für zeitkritische Anwendungen bieten – so wird es zumindest vereinzelt angepriesen, offizielle Angaben in Spezifikation gibt es noch nicht. Doch bei welcher Echtzeitkommunikation von Robotern, Geräten in der Feldebene oder IIoT-Devices ist diese Performance überhaupt notwendig – und gibt es Alternativen? Wir haben Experten nach ihrer Meinung gefragt.

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Das sagen die Befragten:

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  • Martin Rostan, Executive Director, EtherCAT Technology Group: Die Angabe „18-mal mehr Leistung“ ist zumindest im Vergleich zu EtherCAT eindeutig falsch. Und zwar nicht nur, weil die OPC Foundation „OPC UA over TSN“ ja noch gar nicht spezifiziert hat: mit den IEEE TSN-Technologien lässt sich die Feldbus-Performance von 100-Mb/s-EtherCAT nicht toppen – auch nicht mit Gigabit-Datenrate. Dank des besonderen Funktionsprinzips bleibt die Performance von EtherCAT unerreicht, und wird nur von EtherCAT G übertroffen, der vollständig abwärtskompatiblen Gigabit-Erweiterung, die 100-Mb/s-Geräte elegant einbindet. Wozu braucht man diese zusätzliche Performance? Kürzere Zykluszeit nur in sehr wenigen Anwendungen, aber mehr Bandbreite nützt Kameras, schneller Messtechnik und anderen „datenhungrigen“ Geräten.

    Martin Rostan, Executive Director, EtherCAT Technology Group: Die Angabe „18-mal mehr Leistung“ ist zumindest im Vergleich zu EtherCAT eindeutig falsch. Und zwar nicht nur, weil die OPC Foundation „OPC UA over TSN“ ja noch gar nicht spezifiziert hat: mit den IEEE TSN-Technologien lässt sich die Feldbus-Performance von 100-Mb/s-EtherCAT nicht toppen – auch nicht mit Gigabit-Datenrate. Dank des besonderen Funktionsprinzips bleibt die Performance von EtherCAT unerreicht, und wird nur von EtherCAT G übertroffen, der vollständig abwärtskompatiblen Gigabit-Erweiterung, die 100-Mb/s-Geräte elegant einbindet. Wozu braucht man diese zusätzliche Performance? Kürzere Zykluszeit nur in sehr wenigen Anwendungen, aber mehr Bandbreite nützt Kameras, schneller Messtechnik und anderen „datenhungrigen“ Geräten.

    Bild: EtherCAT Technology Group

  • Chih-Hong Lin, Technology Partner Manager, Moxa: Einer der Hauptvorteile von TSN liegt in der Bereitstellung einer einheitlichen Kommunikationsinfrastruktur für verschiedene vertikale Märkte und industrielle Anwendungen. Für die Fabrikautomation können verschiedene Industrieprotokolle wie OPC UA oder andere die TSN-Standard-Ethernet-Infrastruktur nutzen. Die Vorteile der Erweiterung von OPC UA einschließlich TSN auf die Feldebene, das sogenannte OPC UA FX (Field eXchange), liegen nicht nur in der Unterstützung der Echtzeitkommunikation für kritische Anwendungen, sondern auch darin, dass alle Aspekte des OPC UA TSN Ökosystems - vom Sensor bis in die Cloud einschließlich Controller-to-Controller (C2C) und Controller-to-Device C2D) - in einer echten herstellerübergreifenden und interoperablen Umgebung abgedeckt werden. Auf diese Weise wird eine einheitliche Infrastruktur für die Automatisierung und das Industrial Internet der Dinge erreicht. Moxa hat sich schon immer für die Entwicklung innovativer industrieller Konnektivitätstechnologien und -lösungen eingesetzt und ist eines der ersten Mitglieder des Lenkungsausschusses der Field Level Communications (FLC) Initiative der OPC Foundation.

    Chih-Hong Lin, Technology Partner Manager, Moxa: Einer der Hauptvorteile von TSN liegt in der Bereitstellung einer einheitlichen Kommunikationsinfrastruktur für verschiedene vertikale Märkte und industrielle Anwendungen. Für die Fabrikautomation können verschiedene Industrieprotokolle wie OPC UA oder andere die TSN-Standard-Ethernet-Infrastruktur nutzen. Die Vorteile der Erweiterung von OPC UA einschließlich TSN auf die Feldebene, das sogenannte OPC UA FX (Field eXchange), liegen nicht nur in der Unterstützung der Echtzeitkommunikation für kritische Anwendungen, sondern auch darin, dass alle Aspekte des OPC UA TSN Ökosystems - vom Sensor bis in die Cloud einschließlich Controller-to-Controller (C2C) und Controller-to-Device C2D) - in einer echten herstellerübergreifenden und interoperablen Umgebung abgedeckt werden. Auf diese Weise wird eine einheitliche Infrastruktur für die Automatisierung und das Industrial Internet der Dinge erreicht. Moxa hat sich schon immer für die Entwicklung innovativer industrieller Konnektivitätstechnologien und -lösungen eingesetzt und ist eines der ersten Mitglieder des Lenkungsausschusses der Field Level Communications (FLC) Initiative der OPC Foundation.

    Bild: Moxa

  • Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender, Profibus Nutzerorganisation e.V. : In der PNO sehen wir die Anwendung von OPC UA in erster Linie für den sogenannten zweiten Kanal. Das bedeutet, dass damit parallel zur zyklischen Controller-Kommunikation, Daten zu IT-Anwendungen in der Edge oder Cloud geschickt werden können. Beispielsweise für Predictive Maintenance, die NAMUR Open Architecture oder auch Pay-Per-Use Szenarien. In diesen Anwendungsfällen brauche ich nicht hohe Zykluszeiten für OPC UA, sondern vor allem eine robuste Bandbreite, die es mir ermöglicht, viele Anwendungen im gleichen Netzwerk zu betreiben. Diesen Weg schlagen wir mit PROFINET ein und hier zeigen sich die Stärken der Kombination aus Gbit Ethernet und TSN. Dazu ist es wichtig, dass für TSN ein einheitliches Industrieprofil in der IEEE/IEC 60802 geschaffen wird. Da sind wir gemeinsam mit weiteren Feldbus-Organisationen dran. PROFINET ist somit im Zusammenspiel mit OPC UA bestens für Industrie 4.0 gerüstet.

    Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender, Profibus Nutzerorganisation e.V. : In der PNO sehen wir die Anwendung von OPC UA in erster Linie für den sogenannten zweiten Kanal. Das bedeutet, dass damit parallel zur zyklischen Controller-Kommunikation, Daten zu IT-Anwendungen in der Edge oder Cloud geschickt werden können. Beispielsweise für Predictive Maintenance, die NAMUR Open Architecture oder auch Pay-Per-Use Szenarien. In diesen Anwendungsfällen brauche ich nicht hohe Zykluszeiten für OPC UA, sondern vor allem eine robuste Bandbreite, die es mir ermöglicht, viele Anwendungen im gleichen Netzwerk zu betreiben. Diesen Weg schlagen wir mit PROFINET ein und hier zeigen sich die Stärken der Kombination aus Gbit Ethernet und TSN. Dazu ist es wichtig, dass für TSN ein einheitliches Industrieprofil in der IEEE/IEC 60802 geschaffen wird. Da sind wir gemeinsam mit weiteren Feldbus-Organisationen dran. PROFINET ist somit im Zusammenspiel mit OPC UA bestens für Industrie 4.0 gerüstet.

    Bild: PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.

  • Jürgen Grauer, Sales Director Europe, Red Lion: OPC UA TSN in Kombination mit leistungsstarken Cloud-Produkten stellt Informationen deterministisch mit einem einheitlichen Industrie 4.0 Standard sowie hersteller­übergreifend bereit. Der Vorteil ist mehr Flexibilität bei der Auswahl der Komponenten und eine zukunftssichere Investition in die performante Übertragung von Maschinen (OT) und IT Daten. OPC UA TSN wird die Wartung und die Prozessoptimierung von Anlagen und Maschinen in vielen Industrien auf einen neuen Standard setzen. Downtime kann durch verbesserte Rückverfolgbarkeit reduziert werden, der ROI erhöht sich. Ein Trend, die wir von Red Lion Controls mit unseren Automations- und Vernetzungslösungen weiterentwickeln werden.

    Jürgen Grauer, Sales Director Europe, Red Lion: OPC UA TSN in Kombination mit leistungsstarken Cloud-Produkten stellt Informationen deterministisch mit einem einheitlichen Industrie 4.0 Standard sowie hersteller­übergreifend bereit. Der Vorteil ist mehr Flexibilität bei der Auswahl der Komponenten und eine zukunftssichere Investition in die performante Übertragung von Maschinen (OT) und IT Daten. OPC UA TSN wird die Wartung und die Prozessoptimierung von Anlagen und Maschinen in vielen Industrien auf einen neuen Standard setzen. Downtime kann durch verbesserte Rückverfolgbarkeit reduziert werden, der ROI erhöht sich. Ein Trend, die wir von Red Lion Controls mit unseren Automations- und Vernetzungslösungen weiterentwickeln werden.

    Bild: Red Lion

  • Paul Brooks, Technology Manager Business Development, Rockwell Automation: Es ist eine häufige Fehlannahme, dass sich die Performance des Netzwerks durch TSN verbessern ließe. Uns gelang es in Experimenten aufzeigen, dass es keine Unterschiede hinsichtlich der Performance zwischen Anwendungen gibt, die innerhalb oder außerhalb eines TSN stattfinden. Deshalb sind wir auch davon überzeugt, dass fast jede Anwendung zur Automatisierung, die mittels TSN gelöst werden kann, auch ohne auskommt. Durch TSN lässt sich der Prozess der Netzwerkkonfiguration automatisieren, wodurch das Netzwerksdesign verschlankt wird. Darüber hinaus schützt TSN kritische Datenströme vor Änderungen am Netzwerkverkehr. Gleichzeitig wird aber auch die Möglichkeit, zusätzlichen Datenverkehr in einem Netzwerk hinzuzufügen, unterbunden. Es gibt also viele mögliche Vorteile durch OPC UA über TSN – mit der Performance des Netzwerks haben diese aber nichts zu tun.

    Paul Brooks, Technology Manager Business Development, Rockwell Automation: Es ist eine häufige Fehlannahme, dass sich die Performance des Netzwerks durch TSN verbessern ließe. Uns gelang es in Experimenten aufzeigen, dass es keine Unterschiede hinsichtlich der Performance zwischen Anwendungen gibt, die innerhalb oder außerhalb eines TSN stattfinden. Deshalb sind wir auch davon überzeugt, dass fast jede Anwendung zur Automatisierung, die mittels TSN gelöst werden kann, auch ohne auskommt. Durch TSN lässt sich der Prozess der Netzwerkkonfiguration automatisieren, wodurch das Netzwerksdesign verschlankt wird. Darüber hinaus schützt TSN kritische Datenströme vor Änderungen am Netzwerkverkehr. Gleichzeitig wird aber auch die Möglichkeit, zusätzlichen Datenverkehr in einem Netzwerk hinzuzufügen, unterbunden. Es gibt also viele mögliche Vorteile durch OPC UA über TSN – mit der Performance des Netzwerks haben diese aber nichts zu tun.

    Bild: Rockwell Automation

  • Matthias Gärtner, Produkt Portfolio Manager für Industrielle Kommunikation, Siemens Digital Industries: Derartige Performance-Vergleiche sind nicht zielführend und auch nicht das, was Kunden wirklich interessieren. Die TSN tool-box mit ihren zugrunde liegenden IEEE Standards wird die in der Automatisierung notwendigen Eigenschaften der industriellen Kommunikation bis in den hart echtzeitfähigen Motion Control Bereich bereitstellen. Viel wichtiger als die letzte Mikrosekunde Zykluszeit sind die Eigenschaften des konvergenten TSN Netzwerks, das wir zusammen mit vielen anderen Partnern in der IEC/IEEE 60802 Arbeitsgruppe standardisieren, und entsprechend der IEC 61802 zertifizieren. Der Kerngedanke dabei ist: Die Anwendungen können sich ein- und dieselbe Netzwerkinfrastruktur teilen und bekommen je nach ihrer Anforderung den Quality of Service vom Netz bereitgestellt. Diese Grundidee von Ethernet wird mit TSN konsequent auf Echtzeit-Kommunikation ausgeweitet werden. Aus unserer Sicht werden sowohl PROFINET als auch OPC UA davon profitieren.

    Matthias Gärtner, Produkt Portfolio Manager für Industrielle Kommunikation, Siemens Digital Industries: Derartige Performance-Vergleiche sind nicht zielführend und auch nicht das, was Kunden wirklich interessieren. Die TSN tool-box mit ihren zugrunde liegenden IEEE Standards wird die in der Automatisierung notwendigen Eigenschaften der industriellen Kommunikation bis in den hart echtzeitfähigen Motion Control Bereich bereitstellen. Viel wichtiger als die letzte Mikrosekunde Zykluszeit sind die Eigenschaften des konvergenten TSN Netzwerks, das wir zusammen mit vielen anderen Partnern in der IEC/IEEE 60802 Arbeitsgruppe standardisieren, und entsprechend der IEC 61802 zertifizieren. Der Kerngedanke dabei ist: Die Anwendungen können sich ein- und dieselbe Netzwerkinfrastruktur teilen und bekommen je nach ihrer Anforderung den Quality of Service vom Netz bereitgestellt. Diese Grundidee von Ethernet wird mit TSN konsequent auf Echtzeit-Kommunikation ausgeweitet werden. Aus unserer Sicht werden sowohl PROFINET als auch OPC UA davon profitieren.

    Bild: Siemens

  • Thomas Rummel, Senior Vice President Engineering & Product Management, Softing Industrial Automation: Im Gegensatz zu OPC UA über TSN ist PROFINET IRT eine schon lange am Markt verfügbare Lösung. Für Anwendungen mit bis zu 200 Geräten am Controller bei 100 Mbit Ethernet bietet sie vergleichbare Performance wie OPC UA über TSN. PROFINET unterstützt seit 2020 auch TSN und Ethernet Transferraten bis zu 10 Gbit und ist damit eine generell gleichwertige Alternative. In der Prozessautomatisierung wird diese Performance bis auf weiters nicht benötigt. Aktuell wird dort mit APL eine auf 10BASE-T1L basierende 10 Mbit Ethernet Kommunikation eingeführt. Für IIoT-Lösungen ist die Kommunikation hin zur Anwendung über OPC UA oder MQTT in einer Industrial Edge Architektur zu favorisieren.

    Thomas Rummel, Senior Vice President Engineering & Product Management, Softing Industrial Automation: Im Gegensatz zu OPC UA über TSN ist PROFINET IRT eine schon lange am Markt verfügbare Lösung. Für Anwendungen mit bis zu 200 Geräten am Controller bei 100 Mbit Ethernet bietet sie vergleichbare Performance wie OPC UA über TSN. PROFINET unterstützt seit 2020 auch TSN und Ethernet Transferraten bis zu 10 Gbit und ist damit eine generell gleichwertige Alternative. In der Prozessautomatisierung wird diese Performance bis auf weiters nicht benötigt. Aktuell wird dort mit APL eine auf 10BASE-T1L basierende 10 Mbit Ethernet Kommunikation eingeführt. Für IIoT-Lösungen ist die Kommunikation hin zur Anwendung über OPC UA oder MQTT in einer Industrial Edge Architektur zu favorisieren.

    Bild: Softing

  • Georg Stöger, Director Training & Consulting, TTTech Industrial: Einzelne industrielle Anwendungen benötigen nicht mehr Bandbreite und Echtzeit als derzeit mit üblichen Ethernet-basierten Feldbussen bei 100 Mbit/s verfügbar beziehungsweise circa 100-125 Mikrosekunden (8-10 kHz) möglich sind. Warum dann Gigabit (oder mehr) und TSN-Features für präzise Latenzkontrolle und noch kürzere Zykluszeiten? Durch Konvergenz von Feldebene und Steuerungsebene und Kommunikation für M2M und IoT-Anwendungen steigen die Anforderung an Skalierbarkeit und Flexibilität des Netzwerks, das nun gleichzeitig mehrere industrielle Anwendungen sowie IT-Datenströme bedienen muss. Hierfür ist die höhere Bandbreite, mehr Performance und die Kombination aus zuverlässigem Echtzeitverhalten und nahtloser Unterstützung von „Standard Ethernet“ notwendig – also TSN.

    Georg Stöger, Director Training & Consulting, TTTech Industrial: Einzelne industrielle Anwendungen benötigen nicht mehr Bandbreite und Echtzeit als derzeit mit üblichen Ethernet-basierten Feldbussen bei 100 Mbit/s verfügbar beziehungsweise circa 100-125 Mikrosekunden (8-10 kHz) möglich sind. Warum dann Gigabit (oder mehr) und TSN-Features für präzise Latenzkontrolle und noch kürzere Zykluszeiten? Durch Konvergenz von Feldebene und Steuerungsebene und Kommunikation für M2M und IoT-Anwendungen steigen die Anforderung an Skalierbarkeit und Flexibilität des Netzwerks, das nun gleichzeitig mehrere industrielle Anwendungen sowie IT-Datenströme bedienen muss. Hierfür ist die höhere Bandbreite, mehr Performance und die Kombination aus zuverlässigem Echtzeitverhalten und nahtloser Unterstützung von „Standard Ethernet“ notwendig – also TSN.

    Bild: TTTech Industrial

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