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2021
Journal Article
Titel
Migrationskonzept zur Einführung von Ethernet TSN in die Feldebene
Alternative
Migration concept for the introduction of Ethernet TSN to the field level
Abstract
Anwendungen, wie z. B. eine datengetriebene Prozessüberwachung oder eine für die Fertigung kundenindividueller Produkte notwendige wandlungsfähige Produktionstechnik, erzeugen neue und zusätzliche Anforderungen an die Industrielle Kommunikation. Die Kommunikation muss stoßfrei rekonfiguriert werden können, um Plug-and-Play-Dienste zu ermöglichen und so skalierbar und sicher sein, dass eine vertikale Kommunikation vom Sensor bis zur Cloud möglich wird. Als Basis für ein skalierbares Kommunikationsnetzwerk, welches von verschiedenen echtzeitfähigen oder nicht-echtzeitfähigen Protokollen konvergent genutzt werden kann und so die bisher harte Grenze zwischen IT und Feldebene durchlässig macht, soll Ethernet TSN verwendet werden. Um auch einfache Sensoren ohne Gateways anzuschließen, sollen neue physikalische Übertragungstechnologien, Single Pair Ethernet (SPE) eingesetzt werden. Lange Lebenszyklen von Produktionsanlagen und Automatisierungstechnik führen allerdings dazu, dass die Einführung und Verbreitung neuer Technologien nur langsam erfolgt. Dabei unterliegt die Einführung der genannten Technologien unterschiedlichen Einflüssen: So ist die Einführung von TSN als Netzwerktechnologie gegenüber einer Physical Layer-Technologie, wie Single Pair Ethernet, oder einer Protokolleinführung, wie OPC UA, besonders schwer, da TSN nur dann genutzt werden kann, wenn alle Geräte eines Netzwerkes TSN auch unterstützen. Migrationsstrategien für Feldgeräte sind heute häufig unzureichend. Ein neuer Ansatz für eine verbesserte Migrationsstrategie für Feldgeräte, der die Einführung von Ethernet TSN in die Feldebene ermöglicht, ist der Ethernet Bridge-Modus "Time Aware Forwarding". Time Aware Forwarding vereinfacht die Umsetzung von TSN in Feldgeräte mit zwei Ports. Bestehende PROFINET-Hardware und -Geräte erlangen mit diesem Verfahren die geforderten Funktions- und Leistungsmerkmale, wie Synchronität und geplanter Datenverkehr, um mit TSN-Netzwerken zusammenarbeiten zu können.
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Applications such as data-driven process monitoring or lot size one manufacturing generate additional requirements for industrial communication. The idea of vertical sensor-sensor-to-cloud communication and plug-and-play services require scalability and seamless reconfiguration of communication systems. As the basis for a scalable communication network that can be used of different real-time capable or non-real-time capable protocols, Ethernet TSN should be used in the future. To enable connectivity between sensors without gateways, new physical transmission technology like Single Pair Ethernet (SPE) should be utilized. However, long life cycles of production plants and automation technology lead to a slow introduction and diffusion process of new technologies. The introduction of the aforementioned technologies is influenced by different factors: The introduction of TSN as a network technology compared to a physical layer technology such as Single Pair Ethernet or a protocol implementation such as OPC UA becomes especially difficult as TSN can only be used if all devices in a network also support TSN. Migration strategies for brownfield devices of today often prove insufficient. A novel approach to improve migration strategies for field devices and simultaneously introduce Ethernet TSN to the field level is the Ethernet bridge mode "Time Aware Forwarding". Time Aware Forwarding simplifies the implementation of TSN in field devices with two ports. Existing PROFINET hardware and devices achieve features such as synchronicity and scheduled traffic that the cooperation with TSN networks requires.