Die TSN-Integration am Beispiel von Profinet
Bild 2: Je nach Anwendungsfall, wie bei Profinet über TSN, gilt es, ein Subset aus der umfangreichen TSN-Spezifikation zu bilden (Quelle: HMS, basierend auf dem aktuellen PI-Spezifikationsstand) (Quelle: HMS Industrial Networks GmbH)
Bild 3: Profinet integriert TSN als Alternative zu den IRT-Funktionen in der Schicht 2 und behält die Profinet-Kernfunktionen bei (Quelle: HMS, basierend auf dem aktuellen PI-Spezifikationsstand) (Quellle: HMS Industrial Networks GmbH)
Profibus & Profinet International [1] hat die Bedeutung von TSN als zukünftigem Echtzeit-Ethernet-Standard früh erkannt. Ähnlich wie bei der Migration von Profibus auf Profinet verfolgt PI das Ziel, die neuen Möglichkeiten in das Gesamtsystem zu integrieren, ohne die Anwendersicht auf das Netzwerk zu verändern. So arbeitet die Nutzerorganisation derzeit an der Integration von TSN als Alternative zu den RT/IRT-Protokollen im Data Link Layer von Profinet. Dadurch kann Profinet die Vorteile von TSN nutzen, ohne die Profinet-Kernfunktionen bei der Übertragung von Prozessdaten, Alarm- und Diagnosedaten zu verändern. Wie erfolgreich dieser Ansatz ist, hat sich bei der Migration von Profibus auf Profinet gezeigt. Auch hier ist es PI gelungen, die Sicht der Anwendungsprogramme auf das Netzwerk zu erhalten, ohne auf die neuen Möglichkeiten der Ethernet-Kommunikation zu verzichten. Über die Integration von TSN hinaus, arbeitet PI auch daran, die Funktionen von OPC UA für geeignete Anwendungen wie HMI und die Controller-to-Controller-Kommunikation in die Profinet-Spezifikation zu integrieren. Ähnliche Ansätze bei der Integration von TSN verfolgen auch die jeweiligen Nutzerorganisationen rund um Ethernet/IP, Ethercat, Powerlink und Modbus.
Die Möglichkeiten der TSN-Implementierung
Die vielversprechenden neuen Möglichkeiten von TSN, OPC UA, MQTT lassen sich jedoch erst dann nutzen, wenn die neuen Protokolle auch in der Kommunikationsschnittstelle des Automatisierungsgeräts implementiert wurden. Dabei ist die Implementierung der komplexen Funktionen nicht trivial und erfordert Expertenwissen. Während OPC UA und MQTT sich – sofern genügend Speicherplatz vorhanden ist – meist als Software-Update realisieren lassen, ist im Fall der TSN-Integration ein komplettes Hardware-Redesign der Kommunikationsschnittstelle im Automatisierungsgerät erforderlich. Der Hauptgrund dafür liegt in den Synchronisations- und Scheduling-Mechanismen von TSN, die ohne spezielle Hardwarelösungen (Protokoll-Chips) nicht realisiert werden können. Zudem nutzt TSN auch Gigabit-Ethernet, während die heutigen industriellen Ethernet-Protokolle überwiegend auf 100-Mbit/s-Technologie basieren. Für einen Gerätehersteller ist der Übergang in die neue Kommunikationslandschaft entweder mit einem Hardware- und Software-Entwicklungsprojekt verbunden, oder er entscheidet sich für eine modulare Lösung auf Basis einbaufertiger Kommunikationsmodule.