Die Zukunft von OPC UA, TSN und IE OPC UA plus TSN: Zu zweit noch universeller

Volker Goller, Analog Devices: »TSN ist kein neues Industrial-Ethernet-Protokoll, sondern eine vereinheitlichte Ergänzung von Standard-Ethernet um Echtzeiteigenschaften.«

OPC UA und TSN mittels eines Pub/Sub-Modells zu verbinden, liegt nahe, aber für die Industriekommunikation 4.0 gibt es auch andere Möglichkeiten. Volker Goller, Systems Applications Engineer in der Deterministic Ethernet Technology Group von Analog Devices, erläutert die Hintergründe.

Markt&Technik: Welche Aufgaben und Funktionen erfüllt OPC UA, welche TSN in OPC-UA-/TSN-Systemen?

Volker Goller: Um die Rolle von OPC UA zu klären, möchte ich Stefan Hoppe, Vice President der OPC Foundation, zitieren: »OPC UA is not a protocol, it is an information model«. Er will damit sagen, dass OPC UA eben zuallererst ein Informationsmodell ist. Sicher gibt es auch ein Protokoll, um Clients und Servers zu verbinden, aber die Stärke von OPC UA ist der Adressraum, und damit stellt es eine universelle Applikationsschnittstelle dar. Die Flexibilität von OPC UA lässt es zu, bestehende Anwenderschnittstellen – die „Profile“ der Industrial-Ethernet-Protokolle – in OPC UA abzubilden. Daher gibt es mittlerweile für fast jedes Profil eines Industrial-Ethernet-Protokolls auch eine Abbildung auf den OPC-UA-Adressraum oder wird an einer solchen Abbildung gearbeitet. OPC UA selbst gibt solche Profile – „IO“, „Drive“, „Safety“ etc. – bisher nicht vor, was sich aber wohl ändern wird. Im Rahmen von Industrie 4.0 wird OPC UA als „lingua franka“ gesehen, mit entsprechend großem Potenzial für die Zukunft.

TSN dagegen ist eine Erweiterung von IEEE-802.3-Ethernet um eine ganze Reihe neuer Möglichkeiten mit dem Ziel, Ethernet deterministischer und echtzeitfähiger zu machen. Weil in Zukunft TSN-fähige Hardware von vielen Herstellern erwartet wird, lässt es sich als eine Demokratisierung der Echtzeitkommunikation betrachten. Fast jedes Protokoll könnte mit TSN Echtzeiteigenschaften bekommen.

Auf dieser Basis wurde eine Arbeitsgruppe Pub/Sub (Publisher/Subscriber) gegründet, die ein echtzeitfähiges Transportprotokoll für OPC UA mit Hilfe von TSN spezifizieren will. Damit würde OPC UA echtzeitfähig und potentiell eine Alternative zu Industrial-Ethernet-Protokollen. Für die Ebene oberhalb der klassischen SPS wäre es damit sehr willkommen, könnten doch Steuerungen verschiedener Hersteller mit OPC UA in Echtzeit interagieren. TSN kann OPC UA auch eine garantierte Bandbreite im Netz geben und damit eine höhere Robustheit als derzeit möglich.

Allerdings wäre Pub/Sub nicht die einzige Möglichkeit, OPC UA und Echtzeit zu verheiraten. Ein weiteres Beispiel sind die Bestrebungen, für DDS, ein weit verbreitetes und erprobtes Echtzeitprotokoll, eine OPC-UA-Abbildung zu entwickeln. Damit wäre es möglich, verteilte Systeme mit DDS/TSN zu betreiben und OPC UA als Anwendungsschnittstelle zu benutzen.

Es bleibt spannend.

Welche Aufgaben und Funktionen verbleiben in Zukunft für die klassischen Industrial-Ethernet-Systeme und Feldbusse?

Die klassischen Industrial-Ethernet-Protokolle werden nicht verschwinden. Manche werden in anderer Form weiter existieren (als Profile oder Profil-Familie in OPC UA), andere werden in Zukunft selbst auf TSN aufsetzen. Feldbusse werden von Ethernet verdrängt werden.

Welche Aufgaben und Funktionen könnten die klassischen Industrial-Ethernet-Systeme in OPC-UA-/TSN-Systemen oberhalb von OPC UA / TSN auf der Profilebene erfüllen?

Um es nochmal ganz klar zu sagen: TSN bedingt nicht automatisch OPC UA. Es sind zwei völlig unabhängige Techniken. OPC UA kann bei der Vernetzung von Steuerungen (Controller to Controller) eine große Rolle spielen. In diesem Bereich ist Pub/Sub mit TSN von Vorteil. Ob es darüber hinaus auch auf der Feldebene eine Rolle spielen kann, muss sich erst beweisen. Denn OPC UA ist kein „kleiner Stack“, jedenfalls nicht, wenn man alle Vorteile nutzen will.