Industrie 4.0 ist bereits in vielen Unternehmen Realität. In intelligenten Automatisierungssystemen sind immer mehr Sensoren, Maschinen, Steuer- und Regeleinheiten miteinander vernetzt. Das führt nicht nur dazu, dass immer größere Datenmengen anfallen. Auch müssen die Daten speziell auf dem Gebiet der Steuer- und Sensor-/Aktorebene immer zeitgenauer fließen – nicht selten in Echtzeit. Zahlreiche Hersteller von industriellen Endgeräten und Switches sind aktuell dabei, ihre Geräte TSN-fähig zu machen. Denn die in der industriellen Automatisierungstechnik weit verbreitete Netzwerktechnologie Ethernet ist durch Latenzzeiten und nichtdeterministische Verzögerungen in Überlastsituationen nicht für harte Echtzeitübertragung ausgelegt. Das Fraunhofer IPMS unterstützt Unternehmen dabei mit einem so genannten IP-Core.
»Unser TSN IP-Core hilft Herstellern und Betreibern von Anlagen der Fertigungs- und Prozessautomatisierung, die ihre Netzwerkgeräte so erweitern wollen, dass sie die Standards des Time Sensitive Networking (TSN) erfüllen«, erläutert Dr. Frank Deicke, Leiter der Forschungsgruppe am Fraunhofer IPMS. »Ethernet-TSN hat den Vorteil, dass Datenpakete mit Echtzeitanforderungen gegenüber weniger zeitkritischen Nachrichten priorisiert und über Standard-Ethernet-Hardware über weit verzweigte Netzwerke zeitgesteuert und deterministisch übertragen werden können. Hersteller-spezifische Echtzeit-Feldbusse, die eine spezielle Hardwareunterstützung benötigen, nicht zu den IEEE Standards 802.1 und 802.3 konform sind und sich zudem häufig gegenseitig beeinflussen, werden somit überflüssig.«
Der vom Fraunhofer IPMS entwickelte TSN IP-Core beinhaltet Hardware-Module für die Zeitsynchronisierung (IEEE 802.1AS) und das Datenstrommanagement (Traffic Shaping) nach Standard IEEE 802.1Qav und 802.1Qbv sowie einen dedizierten Ethernet-MAC für geringe Latenzzeiten. Der IP-Core nutzt Standard-AMBA®- oder Avalon®-Schnittstellen, um die Integration in eigene Schaltkreise und FPGA-Lösungen zu erleichtern. Der IP-Core ist als synthetisierbarer Quellcode oder als Netzliste verfügbar.
Auf der internationalen Fachmesse für intelligente Automation »SPS IPC Drives« in Nürnberg vom 27. - 29. November 2018 präsentieren die Entwickler des Fraunhofer IPMS den TSN IP-Core zusammen mit industrietauglichen Lösungen und Customer Evaluation Kits zur drahtlosen optischen Datenübertragung (Li-Fi) für kleinere und größere Reichweiten. Weiterhin wird der Einsatz wartungsfreier und batterieloser RFID-Sensor-Transponder demonstriert. Besucher der SPS IPC Drives finden die Ausstellung des Fraunhofer IPMS am Stand 246 in Halle 7a. Außerdem präsentiert das Fraunhofer IPMS TSN-fähige Endgeräte auf Basis des TSN IP-Cores in Halle 6 an der »Demo-Wall« Industrial Internet Consortium (IIC) am Stand 360 sowie in Halle 5 an der Demo-Wall des Labs Network Industrie 4.0 (LNI) am Stand 347.
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme