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Leistungssteigerung von Safety-Kommunikation durch konvergente Ethernet TSN Netzwerke
Abstract
Als Ethernet TSN (Time Sensitive Networks) werden IEEE 802.1-Standards bezeichnet, welche den Ethernet MAC-Layer und Ethernet-Switching um Zeitsynchronisation, kleine Übertragungslatenz und höchste Verfügbarkeit ergänzen. Welche der einzelnen IEEE-Standards für welche Protokolle (PROFINET, OPC UA, EtherCAT, Modbus, Videostreams usw.) und Anwendungen (Motion Control, Process Automation, Safety, Sensor-to-Cloud) eingesetzt werden, ist z.B. Nutzerorganisationen überlassen. Für die Protokolle PROFINET und OPC UA gibt es inzwischen z.B. Spezifikationen oder Entwürfe für die Umsetzung von Ethernet TSN als Protokoll-integrierte Lösungen inkl. Systemkonfiguration. Verschiedene Ansätze sehen teilweise auch konvergente Netze vor, bei denen Protokoll-/Anwendungskonfiguration und Netzkonfiguration getrennt sind und in denen unterschiedliche Protokolle von den Ethernet TSN-Mechanismen profitieren können. Das Fraunhofer IOSB-INA hat einen Ethernet TSN-Testaufbau mit einer Safety-Anwendung aufgebaut und die Möglichkeiten der Leistungssteigerung der Safety-Kommunikation durch Ethernet TSN evaluiert. Die Messungen zeigten, dass der Jitter durch TSN deutlich reduziert wird und die maximale Latenz geringer ist. Damit lässt sich z.B. der notwendige Sicherheitsabstand zwischen sicherer Sensorik und gefährdender Aktorik reduzieren.
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Eine Plug & Work-Technologie ermöglicht ein modulares Produktionssystem, welches sich aus beliebigen Produktionsmodulen (Arbeitsschritten) zusammensetzt. Bei der Entwicklung solcher Technologien wird oftmals die funktionale Sicherheit (Safety) nicht betrachtet. Weiter muss vor Inbetriebnahme einer neuen Kombination von Produktionsmodulen die Entstehung von neuen Gefahren geprüft werden. Dies erfolgt heute händisch durch einen Safety-Experten mithilfe der Maschinendokumentation. Die notwendige Adaptivität und autonome Rekonfiguration von Produktionsmodulen, die für eine flexible Produktionsumgebung notwendig sind, werden durch die funktionale Sicherheit eingeschränkt. In diesem Beitrag wird ein Konzept vorgestellt, welches eine Plug & Work-Technologie um die funktionale Sicherheit erweitert.
Kurzfassung
Die vorausschauende Instandhaltung (engl. Predictive Maintenance) gewinnt für die produzierende Industrie weltweit an Bedeutung, da Produktionsmodernisierungen im Rahmen der Industrie 4.0 sowie die zunehmende Verwendung von heterogenen Sensoreinheiten die Instandhaltungsplanung immer komplexer gestalten. Darüber hinaus ist das ServiceKontingent, welches ein Maschinenbauer seinen Kunden im Bereich der Instandhaltung anbieten kann, durch die Ressource Mensch stark limitiert und nur ortsgebunden einsetzbar.
Durch herkömmliche Instandhaltungsprozesse entstehen somit oft hohe Kosten, sowohl für den Maschinenbauer als auch für den Anwender.
Die Themenbereiche, zu denen es jeweils reichlich Beiträge gibt:
Assistenzsysteme
Kommunikationsmodelle
Systemtechnische Methoden
AutomationML
Simulation im Lebenszyklus
Roboter Engineering
Methoden zur Digitalisierung
Virtuelle Inbetriebnahme
Kommunikations- und Infrastruktur
Safety & Security
Digital Plant
Process Industries
Jürgen Jasperneite: Industrie 4.0 Kommunikation mit OPC UA Leitfaden zur Einführung in den Mittelstand
- Christian Mosch
- Florian Pethig
- Sebastian Schriegel
- Alexander Maier
- Jens Otto
- Stefan Windmann
- Björn Böttcher
- Oliver Niggemann
Christian Mosch, Florian Pethig, Sebastian Schriegel, Alexander Maier, Jens Otto, Stefan
Windmann, Björn Böttcher, Oliver Niggemann, Jürgen Jasperneite: Industrie 4.0 Kommunikation
mit OPC UA Leitfaden zur Einführung in den Mittelstand. In: VDMA Verlag ISBN 978-3-8163-0709-9, Frankfurt 2017.
Integration von Echtzeit-Ethernet-Schnittstellen in einfachste SensorenWann ersetzen Ethernet-Switches I/O-Systeme? (Vortrag)
- Sebastian Schriegel
Schriegel, Sebastian: Integration von Echtzeit-Ethernet-Schnittstellen in einfachste SensorenWann ersetzen Ethernet-Switches I/O-Systeme? (Vortrag). In: ZVEI Industrial IT Forum 2012,
Hannover, April 2012.
Portunabhängiges PROFINET IRT, Europäischen Patentamt unter EP 2490372 B; Status: erteilt 27.03
- Gunnar Leßmann
- Sebastian Schriegel
Gunnar Leßmann, Sebastian Schriegel: Portunabhängiges PROFINET IRT, Europäischen
Patentamt unter EP 2490372 B; Status: erteilt 27.03.2017.
The goals of integration of TSN into PROFINET
- Xaver Schmidt
- Profibus Nutzerorganisation
Xaver Schmidt, PROFIBUS Nutzerorganisation: The goals of integration of TSN into PROFINET.
In: TSN/A Conference 2017 Technology & Applications, September 2017.