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25. - 27. Februar 2020 // Nürnberg, Germany

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Projekt: Echtzeit-Netzwerk (OPC UA PubSub über TSN)

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Projekt: Echtzeit-Netzwerk (OPC UA PubSub über TSN)

Der Ethernet-Standard bzw. die Weiterentwicklung dieser unteren Kommunikationsschicht stellt heute einen wichtigen Standard für interoperable Netzwerkkommunikation dar - und zwar vom Sensor über die Steuerung bis zum Server. Nach allgemeiner Auffassung besteht kein Zweifel daran, dass dies in naher und ferner Zukunft auch so bleiben wird. Allerdings besteht großer Zweifel daran, dass die höheren Kommunikationsschichten so bleiben werden, wie sie zur Zeit sind. Denn auch für diese sollte es eigentlich nur ein einziges Protokoll geben - statt wie zur Zeit mehr als fünfzig verschiedene, von denen keines mehr als 50 % Marktanteil erreicht hat. Außerdem werden Verfahren benötigt, die echtzeitfähig und deutlich ressourcenschonender sind als heutige Protokolle, damit die zu erwartende große Anzahl zukünftiger Netzwerkknoten bewältigt werden kann. Die genannten Zweifel waren offensichtlich mehr als gerechtfertigt; denn 21 namhafte Automatisierungsfirmen, die zusammen wohl mehr als 95 Prozent des Marktes abdecken, haben sich anlässlich der SPS IPC Drives 2018 für ein einheitliches echtzeitfähiges Kommunikationssystem auf der Basis von OPC UA mit Publish/Subscriber-Erweiterungen (PubSub) und Time Sensitive Network (TSN) ausgesprochen. Und es war naheliegend, der OPC Foundation Aufgabe und Verantwortung zu übertragen, Standardisierung und Implementierung des neuen weltweit verbindlichen Protokolls zu organisieren.

Neben der Standardisierung von OPC UA PubSub über TSN ist es aber auch erforderlich, frei zugängliche und uneingeschränkt verwendbare Software-Implementierungen bereitzustellen, um eine allgemeine Akzeptanz der Verfahren zu erzielen. Dies kann am besten dadurch erreicht werden, dass für die Implementierung eine solche Open Source-Lizenz verwendet wird, die es gestattet, von proprietären Applikationen eingebunden zu werden. Da dies zunächst nicht der Fall war, wurde eine erste Version von OPC UA zunächst ohne PubSub und ohne TSN im Rahmen des Projektes "open62541" ins Leben gerufen. Die Weiterentwicklung einschließlich Bereitstellung von PubSub und ersten Tests mit TSN erfolgte dann in einem OSADL-Community-Projekt. Als Entwicklungspartner agierten dabei ein Team am Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (Fraunhofer IOSB) und der in Indien beheimatete Software-Integrator und Consultant Kalycito Infotech. Nach Abschluss dieser Projektphase stand erstmals OPC UA mit PubSub unter einer für Industrieprodukte geeigneten Open Source-Lizenz zur Verfügung. Allerdings fehlten noch mindestens die folgenden Komponenten:

  1. Konfiguration von TSN-Endpunkten
  2. Generisches Interface zu TSN
  3. Verbesserung der Echtzeiteigenschaften
  4. Unterstützung bei der Zertifizierung einzelner Geräte
  5. Erweiterung um einen Security-Layer

Um die Entwicklungstätigkeit für diese Komponenten wiederum im Rahmen eines Community-Prozesses zu realisieren, wurde eine weitere Projektphase organisiert, die Ende 2019 erfolgreich abgeschlossen wurde. Als herausragendes Ergebnis ist zu nennen, dass im Sommer 2019 ein mit der open62541-Software realisierter Beispielserver von der OPC Foundation erfolgreich zertifiziert wurde. Dabei wurde Compliance mit dem "micro embedded device server"-Profil bestätigt. Diese Eigenschaften sind ab der Version 1.0 der open62541-Software verfügbar und können von der Projektseite www.open62541.org heruntergeladen werden. Bei der Verwendung in Produkten sind die Open Source-Lizenzbedingungen der Mozilla Public License v2.0 zu erfüllen.

Entwicklungstätigkeit und Organisation des Projekts

  • Fraunhofer IOSB
  • Kalycito Infotech
  • Open Source Automation Development Lab (OSADL)

Projektteilnehmer

  • Balluff GmbH
  • Heidelberger Druckmaschinen AG
  • Intel Corporation
  • iss innovative software services GmbH
  • Kontron Europe GmbH
  • Linutronix GmbH
  • Nestfield Co., Ltd
  • Pepperl+Fuchs AG
  • Pilz GmbH & Co. KG
  • Sick AG
  • Siemens AG
  • TQ-Systems GmbH
  • WIKA Mobile Control GmbH & Co. KG
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