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Embedded Cloud & TSN ebnen den Weg für IIoT

: Kontron


Laut dem „Deutschen Industrie 4.0 Index 2017“ verfolgen bereits 41 % der befragten Industrieunternehmen konkrete Einzelprojekte im Bereich Industrie 4.0. Diese Entwicklung wird weiter großen Aufschwung nehmen und sich zukünftig auch in einem ganzheitlicheren Rahmen abspielen. Nicht zuletzt aufgrund von Wegbereitern wie der Embedded Cloud, die produktionsnah und sicher alle Anforderungen der Industrie erfüllt. Das Rückgrat der Embedded Cloud bilden die aktuellen Standards OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) und TSN (Time Sensitive Networking). Sie fördern eine neue, von Anbietern unabhängige Kommunikationsinfrastruktur, die den bislang vorherrschenden Feldbussystemen mittelfristig ernsthaft Konkurrenz machen wird.

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Kontron TSN-Karte: Die Standard-Netzwerkkarte umfasst einen integrierten Switch für redundante Netzwerke mit zwei oder vier Gigabit-Ethernet-Ports. Sie erfüllt alle Spezifikationen gemäß IEEE 802.1 und ist insbesondere für raue Industrieumgebungen geeignet. (Quelle: Kontron)

Kontron TSN-Karte: Die Standard-Netzwerkkarte umfasst einen integrierten Switch...

Jedes Industrieunternehmen generiert und verarbeitet eine Fülle von Daten auf operativer und informationstechnischer Ebene. Die große Herausforderung bei der Umsetzung von Smart-Factory-Konzepten ist es, diese vielfältigen Daten zusammenzuführen und daraus neue Erkenntnisse zu gewinnen: für die schnelle Entscheidung vor Ort in OT-Systemen (Operational Technology im Fertigungsumfeld) oder für langfristige, strategische Entscheidungen in den IT-Systemen (Informationstechnologie). Um sich für die Zukunft zu rüsten, beschäftigen sich immer mehr Unternehmen mit den Möglichkeiten einer ganzheitlichen Smart Factory. Die Schwierigkeit liegt zumeist jedoch in der praktischen Umsetzung, die den Unternehmen hohe Kosten und viel Aufwand abverlangt. Das Konzept der Embedded Cloud soll nun Abhilfe schaffen.

Das Konzept Embedded Cloud

Um die Anwendungen der betrieblichen IT und der OT zusammenzuführen, werden die an der Fertigung beteiligten Systeme auf dem Firmengelände zu einem privaten Verbund zusammengeschlossen. Diese sogenannte Embedded Cloud befindet sich vor Ort, also On Premise. Im Gegensatz zu der Public und Private Cloud orientiert sich die Embedded Cloud in erster Linie an den Anforderungen der vernetzten Produktion. Dazu gehören: geringe Latenzen, schnelle Analysen und Entscheidungen vor Ort sowie hohe Sicherheit. Ziel ist es, durch die Echtzeit-Analyse aller im Unternehmen vorhandenen Daten die Fertigung zu optimieren.

Nach dem Konzept von Kontron lassen sich die Embedded-Cloud-Komponenten in drei Klassen einteilen:

(aufz)Embedded
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Kontron Embedded Cloud für Fog- und Edge-Computing mit TSN Komponenten und Microsoft Azure Certified.

Kontron Embedded Cloud für Fog- und Edge-Computing mit TSN Komponenten und...

Cloud Server: Mit einer typischen Rechenleistung von mehr als 16 Cores und einer Speicherkapazität über 100 TB sind diese Cloud Server für die Datenkoordination von Maschinen an einem Standort verantwortlich.

(aufz)Hochleistungsfähige industrielle Computer-Plattformen für Fog-Computing: Mit einer typischen Rechenleistung von vier bis acht CPU-Kernen und einer Speicherkapazität von mehreren Terabyte sorgen diese leistungsstarken Plattformen vor Ort für das Maschinenmanagement bis hin zur Steuerung von Bildgebungssystemen mit Optionen für mehrere Grafikprozessoren, FGPA-Karten, Feldbusschnittstellen und TSN Interface.

(aufz)Industrielle Computer-Plattformen für die Gerätesteuerung und als Edge-/ Gateway-Systeme mit einer typischen Rechenleistung von ein bis vier CPU Kernen: Sie übernehmen Mess- und Steuerungsaufgaben vor Ort, extrahieren und filtern Daten (Edge Analytics) und verfügen meist über proprietäre Schnittstellen, Feldbus- und/oder Schnittstellen zu Mobilfunknetzen zur Anbindung der Peripherie vor Ort.

Die großen IT-Anbieter, allen voran Microsoft mit seinem Cloud-Angebot Azure IoT Edge, drängen immer weiter an die Basis der Automatisierungspyramide vor. Kontron hat sich deshalb entschlossen, viele seiner Embedded-PCs und Workstations – teilweise auch als Embedded Server – für das Fog- und Edge-Computing mit Microsoft Azure zertifizieren zu lassen. Auf der Seite der Standards setzt Kontron voll auf OPC UA und TSN.

Public Cloud ist für IIoT oft ungeeignet

Große Systeme für Business-Intelligence-
(BI) oder Big-Data-Auswertungen werden bereits heute meistens in der Cloud betrieben – entweder in der Private Cloud als Firmeneigentum oder in der Public Cloud, wie sie beispielsweise von Amazon, Google, Microsoft oder Oracle, bereitgestellt wird. BI-Systeme liefern die Grundlagen für Geschäftsentscheidungen des Managements. Ihre Zahlen und Analysen werden meist nur tages- oder wochenaktuell benötigt. Public Clouds sind aber keine Alternative für eine vernetzte Maschinensteuerung; dagegen sprechen verhältnismäßig hohe Latenzen durch Standard-Internetverbindungen und nicht ausreichend garantierte Verfügbarkeiten. Um diesen beiden Nachteilen der Public Clouds entgegen zu wirken, hat Kontron das Konzept der Embedded (Private) Cloud geschaffen.

OPC UA und TSN als Türöffner der Smart Factory

Die Anbindung an die Embedded Cloud regelt eine echtzeitfähige Datenkommunikation, beispielsweise per Industrial Ethernet. Auf der Basis von OPC UA (IEC 62541) und der entsprechenden TSN-fähigen Hardware wird nun Vieles möglich.

Der globale OPC UA-Interoperability-Standard ermöglicht den nahtlosen, sicheren und zuverlässigen Informationsfluss zwischen Geräten mehrerer Hersteller vom Sensor bis zur IT und trägt damit ebenfalls entscheidend zur Konvergenz der industriellen Infrastrukturen bei. Mit OPC UA werden die neuen Herausforderungen an Sicherheit, Datenmodellierung, Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit optimal adressiert.

Der TSN-Standard gleicht die bisher fehlende Echtzeitfähigkeit von Ethernet aus. Gemäß IEE 802.1 sind Spezifikationen wie Timing und Synchronisation, Time Aware Traffic Scheduling, Frame Preemption, Seamless Redundancy und Network Configuration enthalten. Dem TSN-Standard wird das Potenzial zugesprochen, den klassischen Feldbusspezifikationen Konkurrenz zu machen und diese mittelfristig zu ersetzen. Damit werden konvergente Ethernet-basierende Netzwerke, auf denen parallel zum regulären IT-Datenverkehr auch zeitsynchronisierte, deterministische Kommunikation abläuft, realisiert. Diese
ist bei zeitkritischen Maschinensteuerungen und Prozessen unabdingbar. Die Spezifikationen des TSN sorgen dafür, dass Datenpakete garantiert zeitgerecht und hoch verfügbar zugestellt werden. Im industriellen Umfeld kann konvergentes, Ethernet-basiertes TSN mit garantierter Latenz und Quality of Service (QoS) mit Zeitsynchronisation ohne proprietäre Feldbussysteme nahtlos bis in die IT-Ebene kommunizieren. Damit wird echtes IIoT bzw. Industrie 4.0 basierend auf Ethernet Protocol Standards möglich.

Erste marktfähige Komplettlösung

Erste serienmäßige, industriefähige Embedded Server für die Embedded Cloud und das Edge- und Fog-Computing hat Kontron soeben auf der Embedded World Messe 2018 Ende Februar in Nürnberg vorgestellt. Es handelt sich dabei um einen robusten Server mit einem Single Intel® Xeon® Prozessor in einer kompakten und kostenoptimierten Bauform mit erweiterten Storage-Funktionen. Neu ist das Starterkit für Time Sensitive Networking von Kontron, das ab April 2018 verfügbar ist. Damit können Unternehmen eine nahtlose Verbindung zwischen der Feldebene, Operational Technology (OT) und Informationstechnologie (IT) herstellen. Mit der Standard-PCI-Express-Netzwerkkarte einschließlich der dazugehörigen Netzwerk- und Switch Treiber für Linux können Industriecomputer mit einem redundanten Ring-, Linien-, Daisy-Chain- oder sternförmigen TSN-Netzwerk verbunden werden. Im FPGA lassen sich zukünftige Erweiterungen der TSN-Spezifikation durch Software-Updates integrieren. Die TSN-Netzwerkkarte ist für raue Industrieumgebungen entwickelt und kann im industriellen Temperaturbereich von -40 bis +85 Grad Celsius betrieben werden.

In großen Schritten zur Smart Factory

Für die unkomplizierte Umsetzung eines IIoT Projekts bietet sich eine integrierbare, skalierbare und vernetzbare On Premise Lösung an. Kontron bietet bereits heute alle wesentlichen Komponenten für die Embedded Cloud. Das bedeutet in der Praxis, dass die Rechen- und Speicherleistung von Cloud Servern und die Robustheit
von Industrial Servern kombiniert werden müssen.

Im Verbund mit S&T bietet Kontron seinen Kunden mit der Embedded Cloud auf Basis von Standards wie OPC UA und TSN das Fundament für die Smart Factory aus einer Hand. Das Hardware-Portfolio von Kontron wird sukzessive durch immer mehr Software ergänzt, die den Weg zur vernetzten Produktion maßgeblich erleichtert. Die S&T Technologies übernimmt im Konzern dabei als Schwesterunternehmen der Kontron die Aufgabe, u. a. Leistungen zu den Themen Virtualisierung und Embedded Cloud Computing anzubieten. So kann Kontron auf mehr als 1.000 erfahrene Software Ingenieure zurückgreifen und verfügt damit bereits über mehr Software- als Hardware-Kapazitäten. Ein Trend der anhält, denn die Wertschöpfung bei „connected“ Systemen ist mittlerweile größer als bei „stand alone“ Systemen.

Datenverarbeitung in Echtzeit und die uneingeschränkte Sicherheit von Fertigungs- und Produktionsdaten sind eine wichtige Voraussetzung für den Erfolg im digitalisierten Industrie-Umfeld. Die Embedded Cloud ist ein wichtiger Meilenstein zur endgültigen Etablierung des Industrie-4.0-Konzepts auf breiter Flur.

Kontron TSN-Karte: Die Standard-Netzwerkkarte umfasst einen integrierten Switch für redundante Netzwerke mit zwei oder vier Gigabit-Ethernet-Ports. Sie erfüllt alle Spezifikationen gemäß IEEE 802.1 und ist insbesondere für raue Industrieumgebungen geeignet. (Quelle: Kontron)
Kontron Embedded Cloud für Fog- und Edge-Computing mit TSN Komponenten und Microsoft Azure Certified.

  • flag of de Kontron Embedded Computers GmbH
  • Brunnwiesenstrasse 16
  • D-94469 Deggendorf
  • Tel. +49 991-37024-0
  • www.kontron-em.de


Bericht in folgenden Kategorien:
IPC, Ind Kommunikation, Automation aus der Cloud

Special Automation aus der Cloud

cloud.JPG Immer mehr Teile der industriellen Automatisierung sollen in die Cloud verlegt werden. Nicht nur die in rapide steigenden Mengen generierten Daten, sondern neben Auswerte-, Überwachungs- und Kontrollmechanismen auch Steuerungs-, Regelungs- und sogar Safety-Algorithmen. Wozu eigentlich? Was lässt sich vernünftig in die Cloud verlegen? Was sollte man dabei beachten? Und was ist das überhaupt, die Cloud?
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Im Gespräch

/xtredimg/2018/Automation/Ausgabe223/16046/web/g_lifecycle_robotics_de_2011_11_neu.jpgUnterstützung von A wie Applikationsanalyse bis CE
Pilz gilt seit jeher als „sichere“ Adresse, wenn es um kompetente Unterstützung bei der korrekten Umsetzung relevanter Normen und Richtlinien geht. Auf Wunsch werden die Kunden bis zur fertigen CE-Konformitätserklärung begleitet. Das angebotene Dienstleistungsportfolio umfasst u. a. Applikationsanalysen, Risikobeurteilungen und die Erstellung von normgerechten Sicherheitskonzepten bzw. technischen Dokumentationen. Genaueres dazu verrät der Certified Machinery Safety Expert Ing. Bernhard Buchinger, der bei Pilz als Senior Manager Consulting Services für Westösterreich tätig ist. Das Gespräch führte Sandra Winter, x-technik
Interview lesen >>

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