Dieser Artikel umfasst folgende Themen:
- Die Beziehung zwischen OPC UA PubSub über TSN und 5G-Netze
- Die Vorteile, die OPC UA PubSub gegenüber der TSN-Konvergenz mit 5G für Industrieunternehmen mit sich bringt
Die Lehren, die aus den frühen Jahren der Industrie 4.0 gezogen wurden, wie die Herausforderungen der Interoperabilität und die Ermöglichung von Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, führten zur Gründung der OPC Foundation. Seit ihrer Gründung ist die OPC Foundation bestrebt, herstellerunabhängige End-to-End-Interoperabilität für jede industrielle Automatisierungsanwendung bereitzustellen und zu ermöglichen. Das Streben der OPC Foundation nach Interoperabilität hat zur Entwicklung von Standards wie OPC UA und OPC UA PubSub über TSN geführt. Mit der Hinzufügung neuer technologischer Lösungen, wie 5G, müssen diese Standards mit 5G-Netzen konvergieren, um die von der Industrie 4.0 versprochene Interoperabilität zu erreichen.
Warum OPC Unified Architecture?
Ursprünglich wurden Industrial IoT (IIoT)-Geräte, die in Fertigungs- und Industriehallen eingeführt wurden, von verschiedenen Anbietern definiert, die proprietäre Software und Hardware zur Implementierung von Industrie 4.0-Modellen anboten. Die Verwendung von proprietären Lösungen führte aufgrund der Schwierigkeiten bei der Konzeption verbundener Systeme natürlich zu Chaos.
Um die Konnektivitäts- und Interoperabilitätsprobleme zu beseitigen, die verschiedene proprietäre Geräte und Kommunikationsprotokolle mit sich brachten, wurde das Protokoll Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) entwickelt. Damit sollte sichergestellt werden, dass eine offene und unabhängige IoT-Architektur mit offenen Hardware- und Softwarelösungen aufgebaut werden kann. OPC UA wurde entwickelt, um für kontinuierliche Verbesserungen offen zu sein, und die Publish/Subscribe (PubSub)-Initiative wurde weiter integriert, um ein Mittel für eine schnellere Kommunikation im Vergleich zu herkömmlichen Client/Server-Netzwerken bereitzustellen.
Der Erfolg von OPC UA führte dazu, dass die großen Anbieter Lösungen nach den einschlägigen Standards entwickelten, was die Umsetzung von Industrie 4.0-Initiativen erleichterte.
Warum OPC UA über TSN?
Die Standard-IT-Netzwerkausrüstung versteht nicht die Notwendigkeit, dass Daten zu bestimmten Zeitpunkten geliefert werden müssen. Dies ist wichtig für die industrielle Echtzeit-Automatisierung und führte zur Notwendigkeit von TSN. Obwohl OPC UA die Interoperabilität garantierte, bot es nicht das deterministische Netzwerk, das für die Übertragung zeitkritischer Daten erforderlich ist. Hier ist ein zeitsensibles Netzwerk (TSN) wichtig, um eine garantierte Latenzzeit innerhalb einer garantierten Zeitspanne zu erreichen.
OPC UA über TSN stellt sicher, dass IIoT-Netzwerke sowohl die allgemeinen Daten als auch zeitkritische Datenpakete, die über ein gemeinsam genutztes Netzwerk übertragen werden, korrekt verarbeiten können. Dadurch können IIoT-Geräte bei Bedarf Datenpakete empfangen und die industrielle Automatisierung vorantreiben. OPC UA über TSN bietet im Vergleich zu anderen Optionen etwa 18 mal mehr Leistung für zeitkritische Anwendungen. Daher beschleunigt OPC UA PubSub über TSN die Automatisierung von Robotersystemen und die Echtzeitkommunikation für Geräte der Feldebene oder IIoT-Geräte.
Warum 5G-Netzwerke?
Die Einführung des IIoT in der Fertigungsindustrie führte zu Netzwerken, die die Zuverlässigkeit bei der Übertragung großer Datensätze garantierten. Diese Netzwerke müssen über eine große Bandbreite verfügen, die die von Industrie 4.0 geforderte Download- oder Datenübertragungsgeschwindigkeit bietet. Die 5G-Funkverbindung wurde entwickelt, um die Bandbreite und Geschwindigkeit bereitzustellen, die für Industrie 4.0-Anwendungen erforderlich sind, was sie eher zu einem industriellen Funknetzwerk als zu einem zellularen Netzwerk macht.
Es wird erwartet, dass die 5G-Angebote mit erhöhter Bandbreite und Verarbeitung mit niedriger Latenzzeit auch auf dem Weg zur vollständigen industriellen Automatisierung eine Vorreiterrolle spielen werden. 5G bringt eine erhöhte Flexibilität, 5G-Mesh-Netzwerke und Geräte mit sich, die die verkabelten Verbindungen oder Netzwerke in den Fertigungsbereichen ersetzen werden.
OPC UA über TSN und seine Konvergenz mit 5G
Es ist wichtig zu beachten, dass der OPC UA-Protokollstandard für ein kontinuierliches Upgrade ausgelegt ist, wie die Einbeziehung eines Publish/Subscribe-Modells und die Konvergenz mit TSN gezeigt hat. Heute ist 5G der neue Stern am Himmel, und es wird erwartet, dass sich im Laufe der Zeit eine symbiotische Beziehung zwischen beiden Protokollen entwickeln wird.
Die Offenheit, die OPC UA über TSN bietet, bedeutet, dass 5G und TSN in intelligenten Fabriken eingesetzt werden können und gleichzeitig ihre primären Anwendungsfälle abdecken. Beispielsweise wird 5G Flexibilität beim Zugriff auf Daten innerhalb von IIoT-Bereitstellungen ermöglichen, während TSN das für die Handhabung zeitkritischer Daten erforderliche deterministische Netzwerk bereitstellen wird. So führt die Integration von 5G mit OPC UA PubSub über TSN zu der nahtlosen Konnektivität, die IIoT-Anwendungen benötigen, um optimal zu funktionieren.
Die Kombination beider Technologien wird eine deterministische End-to-End-Konnektivität ermöglichen. Ein Beispiel ist die Konnektivität zwischen digitalen Ein- und Ausgabegeräten und einem Controller. Der Controller könnte sich in einem Edge-Gerät befinden, und die Anwendung beider Technologien ermöglicht es dem Edge-Gerät, große Datenpakete zu bestimmten Zeiten zu empfangen.
Wenn 5G in ein TSN-fähiges Netz integriert wird, dienen die 5G-Systeme als TSN-Brücke, die dann über die zeitempfindliche Netzübersetzungsfunktion (TT-Funktionalität) den Betrieb der Ein- und Ausgangsports ermöglicht. Die Kombination verbessert die Netzzuverlässigkeit und ermöglicht eine umfassende Kontrolle von Industrienetzwerken.
Die Designkonfiguration von 5G-Systemen erfordert die ausschließliche Verwendung von 5G-Geräten, da 4G-fähige Geräte nicht mit 5G-Netzen funktionieren. OPC UA PubSub über TSN bietet einen Weg, die Integration von 5G-Geräten in Netzwerke zu prüfen, die aus Geräten mit älteren Netzwerktechnologien bestehen. Die von OPC geförderte einheitliche Architektur wird auch sicherstellen, dass 5G-Geräte verschiedener Hersteller angeschlossen werden können, um Interoperabilität für IIoT-Anwendungen zu erreichen.
Schlussfolgerung
Die Konvergenz von OPC UA über TSN und 5G-Systeme ist eine ausgezeichnete Option, um die fortgeschrittenen Netzwerkanforderungen eines vollständig verbundenen, interoperablen und automatisierten Fertigungsbereichs zu erfüllen. Die Integration beider Technologien wird einen gemeinsamen Punkt und Zeitpunkt für industrielle Endpunkte und IIoT-Anwendungen liefern. Es wird erwartet, dass die Konvergenz für 36 % der 13,2 Billionen Dollar verantwortlich ist, die die 5G-Industrie voraussichtlich schaffen wird.
