PI wird OPC auf der Contoller- und TSN auf der Feldebene einsetzen. Außerdem ist die IO-Link Safety Spezifikation freigegeben.

Mit TSN (Time-sensitive Networking) bahne sich eine vielversprechende neue IEEE-Technologie für Ethernet an, welche die Bandbreite der IT-Netze (IT – information technology) mit der Latenz der OT-Netze (OT – operational technology) verbindet. TSN besteht aus einem Baukasten von standardisierten Mechanismen, die in Ethernet-basierten Netzen genutzt werden können. Im Arbeitskreis „Industrie 4.0“ von PI (Profibus & Profinet International) wurden nun die Anforderungen und Ziele für die künftige Nutzung von TSN in Profinet erarbeitet.

Die Ziele der Integration von TSN in Profinet
Zuallererst liegt der Fokus der Arbeit laut Schneider in einer einfachen Handhabung für die Anwender von Profinet. Diese sollen die neue Technologie einfach in ihren Geräten oder Anlagen einsetzen können, ohne das vorhandene Wissen aufgeben zu müssen. Dazu sollen die Dienste wie Diagnose, Parametrierung usw. identisch zur heutigen Welt sein. Auch das Engineering, also die Konfiguration des Netzwerks, soll in gewohnter Weise erfolgen. Dadurch ermöglicht PI einen einfachen Übergang in die neue Ethernet-Welt und sorgt für breite Akzeptanz bei den Anwendern.
Darüber hinaus setzt PI auf Standard-­Ethernet-Technologie, um zum einen auf ein breites Angebot an Ethernet-Chips für die Realisierung der Profinet-Schnittstelle auf Geräten zurückgreifen zu können, und zum anderen von den Weiterentwicklungen der IEEE-Technologie, wie z. B. Gbit-Bandbreite, profitieren zu können. Zudem können mit TSN durchgängige synchrone Netzwerke für taktsynchrone Anwendungen realisiert werden. Bisher mussten Netzwerke separiert realisiert und in den Geräten dedizierte Chips integriert werden. So wird gewährleistet, dass Profinet nicht nur weiterhin zukunftssicher für die Anwender ist, sondern auch einfachere Aufbauten möglich sind.
Ein weiteres entscheidendes Ziel für die Nutzung der Technologie sind neben einer einfach integrierbaren und skalierbaren Stack-Architektur hohe Deterministik und Robustheit gegenüber IP-basierten nicht echtzeitfähigem Traffic. Die Ausfallsicherheit steigt, da durch TSN Bandbreite im Netz für einzelne Aufgaben reserviert werden kann und so nicht durch anderen Traffic gestört wird. Dies ist insbesondere wichtig, da in Industrie 4.0-Netzen künftig vielfältige Protokolle nebeneinander genutzt werden. So berücksichtigt PI von Anfang an die parallele Kommunikation mittels OPC UA zwischen Stationen auf der Anlagenebene oder auch von Geräten in der Feldebene bis in die Cloud. OPC ist ein Kommunikationsstandard zwischen zwei Programmen, der auf dem Object Linking and Embedding Protokoll OLE basiert (OPC = OLE for Process Control).

Plug&Work-fähige Netze als Ziel
Mit der Einführung von TSN muss aber auch noch das Engineering des Netzwerkes bei komplexeren Anlagen vereinfacht werden, bis hin zu Plug&Work-fähigen Netzen, die Umkonfigurationen im laufenden Betrieb zulassen. Die neben den Echtzeitprotokoll-Verfahren entstehenden TSN-Mechanismen bieten dazu die Möglichkeiten, die von PI konsequent verfolgt werden.
„PI wird Profinet um die Mechanismen von TSN im Layer 2 erweitern unter Beibehaltung der Applikationssicht auf den höheren Schichten. Dadurch lässt sich eine einfache, schrittweise Migration der Anwendungen auf die neue Technologie erreichen und gleichzeitig die Vorteile einer offenen, global standardisierten IT Technologie nutzen“, fasst Schneider die Vorteile der Herangehensweise zusammen.

IO-Link Safety Spezifikation freigegeben
Mit der Freigabe und Veröffentlichung der IO-Link Safety Spezifikation durch die IO-Link Community sowie der erfolgreichen Konzeptbeurteilung durch den TÜV Süd steht der Umsetzung in Systeme und Geräte nichts mehr im Wege. Der Vorstandsvorsitzende der Profibus Nutzerorganisation, Karsten Schneider (Siemens), rechnet damit, dass entsprechende Geräte ab dem Jahr 2018 verfügbar sein werden.
So wie IO-Link ist auch IO-Link Safety Feldbus- und Systemunabhängig. Erreicht wird dies durch die Umsetzung der vielen am Markt verfügbaren Safety Protokolle zu IO-Link Safety im Master. Die IO-Link Safety Devices bleiben damit weltweit einheitlich. Bedenkt man, dass es bereits heute mit den 4.000 Device-Typen wesentlich mehr gibt als IO-Link Master, so liegen die Vorteile auf der Hand. Soll ein neuer Markt oder ein neues System für IO-Link Safety erschlossen werden, so muss nur ein entsprechender IO-Link Safety Master entwickelt werden. Alle vorhandenen IO-Link Safety Devices können unverändert verwendet werden.
Der Konfigurationsaufwand für IO-Link Safety ist gering. Die Authentifizierung ergibt sich aus der Zuordnung zum Master-Port und die Überwachungszeit je Device wird automatisch eingestellt. Wie bei IO-Link können Devices ohne den Einsatz eines Engineering Tools ausgetauscht werden. Ein ausgetauschtes Device erhält nach Wiederanlauf automatisch die gespeicherten Parameter seines Vorgängers. Zudem sorgt die Authentifizierung dafür, dass Verwechselungen aber auch Manipulationen ausgeschlossen werden.

Offene und sichere Parametrierung von Safety Devices
Eine große Herausforderung ist die offene und sichere Parametrierung von Safety Devices. IO-Link Safety Devices besitzen immer eine Gerätebeschreibung IODD, die die Kommunikationseigenschaften, die Identifikation, die Parametrierung und die Diagnose vollständig enthält. Die einschlägigen Normen verlangen aber ein „Dedicated Safety Tool“, um Manipulationen auszuschließen. Daher gibt es eine Software-Schnittstelle zur Integration der zu den Devices gehörenden Dedicated Tools in die IO-Link Engineering Tools. Das Device Tool Interface (DTI) ist sehr einfach gehalten und stellt somit sicher, dass die Integration in die vorhandenen IO-Link Engineering Tools kein Problem darstellt.
Wichtig hierbei ist, dass das Paket aus IO-Link Safety Device, IODD und „Dedicated Tool“ unverändert weltweit in allen Systemumgebungen eingesetzt werden kann. Damit können Anwender auf ein großes Spektrum an Geräten zugreifen – gleich welches Automatisierungssystem sie verwenden oder in welcher Branche und Region sie tätig sind.
Auf Basis der vorliegenden Spezifikation können jetzt die Hersteller beginnen, IO-Link Safety in ihre Systeme zu integrieren. Hand in Hand werden parallel dazu die Testspezifikation und Testsysteme sowie die Zertifizierung vorbereitet. So ist zwar 2017 voraussichtlich noch nicht mit Produkten zu rechnen – im Anschluss wird jedoch ein zügiges Rollout weltweit, besonders in Asien und Europa, erwartet.