OPC UA TSN und Sercos ergänzen sich OPC-UA-Kommunikation auch über Sercos

Der Sercos-TSN-Demonstrator auf der Messe SPS IPC Drives 2016
Der Sercos-TSN-Demonstrator auf der Messe SPS IPC Drives 2016

Der künftige Echtzeit-Ethernet-Standard TSN hat gegenüber den klassischen Industrial-Ethernet-Systemen zwei Vorteile: Er erfordert keine spezifischen Hardware-Lösungen und ermöglicht Bandbreiten von 1 GBit/s und mehr. Als Basis für die OPC-UA-Kommunikation können aber auch die Etablierten dienen.

Peter Lutz, Geschäftsführer der Nutzerorganisation Sercos International, erläutert die Hintergründe.

Markt&Technik: Die Kombination von OPC UA und TSN (Time-Sensitive Networking) wird von vielen als optimale Lösung für den Datenaustausch in der Industrieproduktion 4.0 betrachtet. Welche Aufgaben und Funktionen bleiben dann für die klassischen Industrial-Ethernet-Systeme wie Sercos?

Peter Lutz: Anspruchsvolle Anwendungen in der Automatisierungstechnik erfordern Bussysteme mit höchster Protokolleffizienz und sehr niedrigen Zyklus- und Durchlaufzeiten. Solchen Anforderungen können auch weiterhin nur darauf optimierte Feldbussysteme wie etwa Sercos III in vollem Umfang gerecht werden. Aus diesem Grund sind OPC UA TSN und Sercos komplementäre Technologien, die sich sehr gut ergänzen.

Welche Aufgaben und Funktionen können die klassischen Industrial-Ethernet-Systeme wie Sercos in OPC-UA-/TSN-Systemen oberhalb von OPC UA / TSN auf der Profilebene erfüllen? Gibt es schon entsprechende Lösungen?

Ganz unabhängig davon, ob OPC UA mit einem unterlagerten Echtzeit-Kommunikationssystem wie Ethernet TSN oder ohne ein solches eingesetzt wird, lassen sich die von den Industrial-Ethernet-Systemen definierten Geräte- und Funktionsprofile mit OPC UA kombinieren und somit weiterverwenden. Denn um Automatisierungsgeräte herstellerübergreifend im Sinne von Plug & Play kombinieren zu können, ist eine festgelegte Semantik unabdingbar. Und diese wird weder von OPC UA noch von TSN definiert. Sercos International hat eine OPC UA Companion Specification erarbeitet, die die Abbildung von OPC UA auf Sercos und vice versa beschreibt. Hier gibt es bereits eine Umsetzung des klassischen OPC UA – also ohne TSN – auf Sercos über entsprechende Steuerungs-Gateways. Denkbar ist jedoch auch, dass auf die Gateways verzichtet wird und die Feldgeräte direkt über OPC UA kommunizieren können.

Der Sercos-TSN-Demonstrator hat auf der Messe SPS IPC Drives 2016 gezeigt, dass Sercos-Geräte über TSN miteinander kommunizieren können. Lassen sich das Sercos- und das TSN-Protokoll parallel übertragen?

Der Sercos-TSN-Demonstrator hat als Proof-of-Concept aufgezeigt, dass sich das Sercos-Protokoll gemeinsam mit beliebigen anderen Ethernet-Protokollen, etwa Video-Streams, über eine einheitliche Netzwerkinfrastruktur auf TSN-Basis übertragen lässt. Das Sercos-Protokoll muss dazu nicht verändert werden, weil die Ethernet-TSN-Komponenten so konfiguriert sind, dass das Sercos-Protokoll hochprior in einem festen Zeitraster oder Timeslot quasi als Daten-Stream übertragen wird.

Die Untersuchung des Echtzeitverhaltens hat ergeben, dass sich – trotz bzw. wegen TSN – die Fehler in der Zeitsynchronisation auf einen zweistelligen Nanosekundenbereich beschränken. Somit werden weder Funktionalität noch Echtzeitcharakteristik von Sercos eingeschränkt. Sercos-III-Geräte können unverändert und auch gemeinsam mit anderen Ethernet-Geräten in ein TSN-Netzwerk integriert werden und über TSN miteinander kommunizieren. Zudem lassen sich bestehende Tools, wie etwa der Sercos Monitor als Diagnose- und Analysewerkzeug, weiterhin vollumfänglich verwenden.