Moderator: Prof. Frithjof Klasen

Plug&Produce – Das konvergente TSN Netz ein elementarer Baustein
Günter Steindl, Siemens AG, Principal Engineer, IEEE802 / IEC61158 / IOWG / TSDG / OPC UA FLC TEA
 

Hinter dem Begriff Plug&Produce verbirgt sich die Anforderung der Automatisierungskunden, ihre Fertigungsmittel schnell und einfach neu kombinieren, um ihre Fertigung flexibel auf sich ändernde Produkte umstellen zu können.
Plug&Produce hat einen sehr großen Definitionsbereich, der sich vom einzelnen Gerät über Maschinen bis zu einer kompletten Fertigung erstrecken kann.
Der Vortrag konzentriert sich auch die Ebene Geräte, Maschinenmodule und Maschinen, und dort auf den Bereich Kommunikation.
Heute werden Maschinen geplant, speziell wird auch der Kommunikationsbedarf auf die Maschinenapplikation optimiert. Dieses Erstellungsmodell, bei dem Applikation und Kommunikation miteinander betrachtet werden, erlaubt die bestmögliche Optimierung, führt aber dazu, dass jede Maschinenvariante neu geplant werden muss.
Ein Ausweg aus diesem Dilemma bietet eine Trennung zwischen Kommunikation und Applikation.
Die Applikation wird weiterhin geplant, die passenden Komponenten ausgewählt, und die Kommunikationsanforderungen spezifiziert.
Die Kommunikation, genauer der geforderte quality of service, wird über das konvergente Netz verwaltet und bereitgestellt. Dazu werden die Kommunikationsschnittstellen alle an der Kommunikation beteiligten Komponenten vom Netz verwaltet. Das konvergenten Netz selbst schützt sich auch aktiv gegen Überlast von außerhalb.
Maschinenvarianten mit unterschiedlichen Komponenten, mit unterschiedlicher Anzahl von Komponenten oder Gruppen von Maschinen können so mit einer Planung / einem Automatisierungsprojekt abgedeckt werden.
PROFINET bietet ihnen ein konvergentes Netz, dass als Grundlage für Plug&Produce einsatzbar ist.

Konfiguration von Ethernet TSN-Netzwerken
Sebastian Schriegel, Fraunhofer IOSB-INA

Ethernet TSN-Netzwerke können flexibel an Anforderungen wie Netzwerktopologien, Datendurchsätze und Echtzeiteigenschaften angepasst werden. Dafür ist eine Planung und Konfiguration der Netzwerke notwendig. Für PROFINET ist eine Konfigurationslösung mit der Bezeichnung Network Management Engine (NME) definiert, welche zur Laufzeit des Netzwerkes arbeitet und neben der Konfiguration von Parametern das Netzwerk überwacht und diagnostizieren kann.
In diesem Vortrag wird dargelegt, welche Parameter für die Konfiguration beachtet und wie und wann im Lebenszyklus des TSN-Netzwerkes diese Parameter erzeugt werden müssen. Es werden die Zusammenhänge zwischen Ethernet TSN-Domänen und der Ethernet TSN-Konfiguration gezeigt und die Einbindung von bestehenden PROFINET RT-Geräten (V2.3) erklärt.

Migration von Ethernet nach TSN
Mirko Funke, Siemens AG, Promotor PROFINET-Technology

Ethernet TSN-Netzwerke versprechen viele Funktionen und Eigenschaften, die heutige Ethernet-Netzwerke nicht erfüllen können.
Es gibt eine Vielzahl an Fragen, die Planer oder Netzbetreiber haben:

• Wie kann ich TSN für meine Anlage nutzen?
• Reicht es, einen neuen Backbone einzuziehen oder muss ich warten, bis alle Teilnehmer TSN können?
• Was bedeutet das für meine installierte Basis und meine Lagerhaltung?
• Was mache ich mit meinen heutigen (PROFINET-)Geräten?

Aber auch aus Anwendersicht ergeben sich viele Fragen zum Engineering oder viel wichtiger zum Anwenderprogramm. Muss ich mein Steuerungsprogramm neu schreiben? Welche Anforderungen habe ich als Geräteentwickler?
In diesem Vortrag werden mögliche Migrationsszenarien dargestellt, wie Maschinen und Anlagen von der TSN-Technologie profitieren können. Es wird auf das Zusammenspiel von TSN-fähigen Geräten und der heutigen Ethernet-Welt eingegangen. Ziel soll es sein, Wege aufzuzeigen, wie man die Vorteile von TSN nutzen und neue Automatisierungskonzepte umsetzen kann.

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

Controller-Controller Kommunikation mit OPC UA Field Level Communication (OPC UA FLC)
Georg Biehler, Siemens AG, Editor FLC-Spezifikation
Markus Schlittenbauer, Siemens AG, FLC-Requirement-WG  

Die offenen OPC UA Technologien Client/Server und PubSub bieten mit einem modellierbaren objektorientierten Informationsmodell die Möglichkeit semantische Informationen sicher, herstellerübergreifend und feldbusunabhängig zwischen Steuerungen auszutauschen.

Die OPC UA Field Level Communication Initiative (OPC UA FLC)  hat sich zum Ziel gesetzt aus diesen Bausteinen die erste interoperable Echtzeitlösung zu schaffen, die im Bereich der Standard- und Sicherheitskommunikation für alle Automatisierungsanwendungen geeignet ist.

Der Vortrag gibt einen Einblick in die Kopplung von Steuerungen auf Basis OPC UA FLC.

OPC UA Safety und PROFIsafe: ein starkes Team für die funktional sichere Kommunikation
Dr. Max Walter, Siemens AG; WG-Leiter C3/PG2 PROFIsafe

Automatisierungsaufgaben werden heute immer häufiger auf Maschinen oder Module aufgeteilt, deren Steuerungen untereinander kommunizieren.

Funktional sichere Kommunikation findet daher auf zwei Ebenen statt: zum einen auf der Feldebene, d.h. zwischen Steuerung und Feldgeräten (Aktorik und Sensorik), und zum anderen auf der Maschinenebene, d.h. zwischen Steuerungen.

Auf der Feldebene ist seit vielen Jahren das Profil PROFIsafe führend, das im Rahmen der PI und IEC standardisiert wurde. Für die Maschinenebene gibt es nun  "OPC UA Part 15: Safety", das unter maßgeblicher Beteiligung von PI spezifiziert wurde. Dieses basiert technisch auf den bewährten Prinzipien von PROFIsafe. Es
gilt also weiterhin: höchste Sicherheit unter Verwendung eines einzigen gemeinsamen Kanals für Standard- und sicherheitsbezogene Kommunikation.

Zusätzlich erlaubt OPC UA Safety völlig neue Safety-Konzepte in Bereichen wie modulare Maschinen oder autonome mobile Roboter.

MQTT für IIoT Feldgeräte
Gunnar Leßmann, Phoenix Contact Electronics GmbH; WG-Leiter CB/PG6 PROFINET + CB/PG8 Fieldbus Integration
 

Der zunehmende Wettbewerbsdruck und die Einführung von Industrie 4.0 führen zur Notwendigkeit der Digitalisierung. Basis dafür ist die Verfügbarkeit von Daten. Diese Daten ermöglichen eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit durch die Konzentration auf drei Schlüsselbereiche:

1. Optimierung der Produktion
2. Erhöhung der Verfügbarkeit
3. Neue Geschäftsmodelle

Ein wesentlicher „Enabler“ für diese Anwendungen wird auch als Industrial Internet of Things (IIoT). bezeichnet. IIoT beschreibt die Kommunikationsfähigkeit jedes in einer Produktion eingesetzten Assets. Allerdings fehlt es zur umfassenden Realisierung der oben angeführten Schlüsselbereiche an geeigneten herstellerübergreifenden und skalierbaren Standards. Vielmehr gibt es rund um das Thema IIoT viele Insellösungen, aber auch Standardisierungsbestrebungen.
MQTT ist ein einfaches und sehr verbreitetes Basisprotokoll zur Realisierung von IIoT Lösungen, das aber keine Festlegungen über die transportierten Daten macht und damit ohne Weiteres nicht herstellerübergreifend genutzt werden kann.
Der Vortrag beschreibt ein mögliches Konzept von MQTT für PROFINET um den Nutzen von IIoT zu heben. Es basiert auf verbreiteten IT Standards und berücksichtigt auch die Kombination mit OPC UA.
Dieses Nutzungskonzept ist daher geeignet, um Ethernet bis zum Sensor ohne „Kommunikationsbrüche“ zu ermöglichen und ist die Basis für weitergehende Diskussionen und Standardisierungsaktivitäten.

Uniform Robot Data Interface to PLCs
Christopher Schütte, Siemens AG

Ist Ihnen eine einheitliche Sprache für Industrieroboter bekannt? Jeder Roboterhersteller bringt heute stets seine eigene Programmiersprache mit. Hier bedarf es Spezialisten, aber gerade diese stehen am Markt nicht ausreichend zur Verfügung.
Die Integration von Industrierobotern in den überlagerten, meist SPS gesteuerten Prozess, stellt zusätzlich eine beachtliche Herausforderung dar. Anwender von Industrieroboter stehen dann vor der Entscheidung, für welchen Roboter sie den Aufwand investieren. Dasselbe trifft auf Anbieter zu, welche Technologie-Bausteine für innovative Wege der Roboternutzung anbieten wollen.
Heutige Ansätze zur Integration von Robotern in die Steuerungsebene existieren, sind aber proprietär.
Zwölf der führenden Roboterhersteller haben sich auf Initiative von Siemens die Frage gestellt „Was wäre, wenn es eine einheitliche Schnittstelle zu Robotern gäbe, die auch SPS-Spezialisten verwendet können?“
Ich möchte Ihnen unsere Antwort für die vertikale und horizontale Integration von Industrieroboter präsentieren, die Schnittstellen-Spezifikation „Uniform Robot Data Interface to PLCs“.

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

Integrationsmöglichkeiten / Community Stack
Uwe Zeier, Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH

Aktuell und zukünftige Möglichkeiten der Integration von PROFINET in ihre Applikation ist der Schwerpunkt des Vortrags.

Es werden verschieden Möglichkeiten aufgezeigt, wie ein Gerät "PROFINET-tauglich" gemacht werden kann. Was sie bei den verschiedenen Wegen, der Integration beachten sollten.

Aber auch welche Vor- und Nachteile die verschiedenen Wege bringen.
Einen Ausblick sowie für neue Technologien wie z.B. PROFINET over TSN, OPC UA, PROFINET für die Prozessautomatisierung und auch der „Community Stack“ sind Bestandteil des Vortrages.

Machen sie sich eine Bild der Möglichkeiten und entscheiden sie dann, was der „richtige“ Weg für Ihre zukünftige PROFINET-Integration ist.

Zertifizierung für PROFINET over TSN: Qualität & Interoperabilität von Beginn an
Stephan Obermeier, Siemens AG, Leiter TSDG (Test System Development Group)
Sebastian Zach, Technical University of Applied Sciences OTH Amberg-Weiden

Die herstellerübergreifende Interoperabilität stellt an die Kommunikationssysteme im Feld eine besondere Herausforderung. PI stellt sich konsequent dieser Aufgabe, so dass Testverfahren automatisch und letztendlich mit vertretbaren Kosten durchgeführt werden können – und das von Anfang an.

Ein konkretes Beispiel für die aktuelle Entwicklung innerhalb der PI ist das Testkonzept für PROFINET over TSN, welches auf dem bewährten ART (Automated Realtime Tester) basiert. Das Testkonzept ist mit Einführung der neuen Technology verfügbar und die ersten Testfälle werden bereits implementiert. Die Entwicklungsstände hierzu werden regelmäßig mit der PI Community geteilt um als Anwender einen frühzeitigen Nutzen zu haben, Feedback zu sammeln und dieses in den darauffolgenden Versionen zu berücksichtigen.

Für Firmen bietet der ART-Tester erhebliche Vorteile, da Sie damit Geräte in der Entwicklung wesentlich früher testen können. Der Ablauf der Testprozeduren im ART und deren Auswertung sind dabei in einem sehr hohen Maß automatisiert. Somit ist der Qualitätsanspruch der Anwender nach Interoperabilität auch bei neuen Technologien durch entsprechende Konzepte und automatisierte Tests berücksichtigt – und das von Anfang an.

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

Ist Kommunikation über Bussysteme unsicher? Aus der Sicht der OT Security in der Prozessindustrie.
Erwin Kruschitz, anapur AG / NAMUR

Prozessindustrie zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass die Produktionsverfahren ein vergleichsweise hohes Gefährdungspotenzial für Mensch und Umwelt bereit halten.
Entsprechend drängt sich die Frage nach "Sicherheit" immer in den Vordergrund.
Die Digitale Transformation hält auch in der Prozessindustrie einzug. NAMUR (Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie) erarbeitet mit NOA (NAMUR Open Architecture) und MTP (Module Type Package) Konzepte für die Digitalisierung von Planung und Betrieb von automatisierten Prozessanlagen.
Bussysteme wie Profibus, Profinet, Profisafe spielen dabei eine zentrale Rolle. Auch omlox könnte sich zu einem wesentlichen Baustein zur Erhöhung der Produktivität entwickeln.
Der Vortrag beschäftigt sich mit der Frage, welche Security-Bedrohungen auf ein Bussystem wirken können und welche Gefährdungen dadurch ausgelöst werden können, sowie welche Maßnahmen diesen Risiken gegenübergestellt werden können.
Darüber hinaus werden aktuelle Entwicklungen im Zusammenhang mit dem IT-Sicherheitsgesetz 2.0 und anderen Regelwerken (z.B. Störfallverordnung) diskutiert.

PROFINET Security: Status, Anforderungen, Lösung
Joachim Koppers, WG-Leiter CB/PG10 PROFINET Security
 

Der Vortrag wird einen Überblick über den Status der Arbeiten im AK Security geben. Er wird auf dem Vortrag von PIK 2019 von Hr. Niemann aufsetzen.

Basic zu PN-Security (Zielgruppe: Anwender)
Überblick über die Dokumente die entstehen und vorhanden sind.
Überblick über die 3 Security Klassen.
Beispiele über die Anwendung der jeweiligen Klassen.

Eckpfeiler der Lösungen:

• Signierung  von GSDML Dateien
• Zugriffskontrolle (Rollen, Rechte)
• Diagnose
• Azyklische Kommunikation (IO-Controller, Supervisorzugriff)
• Frameaufbau (Aufbau, Verschlüsselung, Integritätsschutz)
• HW-Anforderungen nach Zielmärkten

Credential Management
Dr. Oliver Pfaff, Siemens AG
 

In konvergierenden Netzen - etwa IEEE 802 Time-Sensitive Networking - nutzen die Komponenten der Feldebene (Controller, Devices) multiple Middleware-Stacks; das inkludiert PROFINET, ist aber nicht darauf limitiert. Die Konvergenz produziert spezifische Herausforderungen für Security, insbesondere für das Management von kryptographischen Schlüsseln bzw. Credentials: Welche Aspekte der PROFINET-Sicherheitsarchitektur dürfen nicht auf PROFINET limitiert sein, um eine Integration zu ermöglichen? Welche Aspekte müssen hingegen PROFINET-spezifisch sein, um eine bestmögliche Fitness für PROFINET zu garantieren? Wie sind die generischen sowie spezifischen Sicherheitsaspekte aus Gesamtsicht zu orchestrieren?

Diese Präsentation skizziert die Strategie hinter PROFINET-Security im Hinblick auf die Erfordernisse von konvergierenden Netzen. Die architekturellen Elemente, die eine Integration mit den Sicherheitsfunktionen von komplementären Stacks – etwa Web (HTTP-over-TLS) – ermöglichen, werden elaboriert. Insbesondere wird das Konzept zur Bereitstellung von initialen, anlagenspezifischen kryptographischen Schlüsseln bzw. Credentials im Detail erläutert und es wird diskutiert, wie dieses die Sicherheit in konvergierenden Netzen ermöglicht.

PROFINET Security im Detail
Dirk Gebert, Siemens AG
 

Der Trend zu einer immer durchgängigeren Kommunikation in IT- und OT-Umgebungen führt dazu, dass Security-Risiken auch in der Feldebene steigen beziehungsweise durch angemessene Maßnahmen berücksichtigt werden müssen. Damit Anwender von PROFINET zukünftig mehr Möglichkeiten zum Schutz ihrer Maschinen beziehungsweise Anlagen haben, werden derzeit neue PROFINET Security Funktionen definiert.  
Diese Präsentation wird dazu einen detaillierten Einblick insbesondere in die erste der drei Security Klassen geben. Diese sogenannte Class „Robustness“ dient dazu, einen besseren Schutz gegen Störeinflüsse bereitzustellen und somit die Verfügbarkeit zu erhöhen. Die Spezifikation ist bereits verfügbar und stellt den ersten Baustein zur Erhöhung der PROFINET Security dar.

Moderator: Jörg Hähniche
 

Ein Paar ist genug – Überblick Single Pair Ethernet Protokolle und mögliche Stromversorgungskonzepte
Matthias Fritsche, HARTING Technologiegruppe

Wie in den letzten Jahren vielfach in der Fachpresse diskutiert, steht mit Single Pair Ethernet ein neuer Physical Layer bereit der statt 2- oder 4-Adernpaaren nur ein Datenpaar benötigt.

Dieser Vortrag führt in das Thema SPE ein und stellt die unterschiedlichen IEEE802.3 Protokolle inklusive der möglichen Stromversorgungskonzepte wie Power over Date Line (PoDL) vor.

Dabei werden alle SPE Protokolle von 10Mbit/s bis 10Gbit/s mit ihren wesentlichen Eigenschaften vorgestellt. SPE wird auch bei der PNO als Weg gesehen PROFINET bis in die Feldebene zu bringen. In diesem Sinne spielt nicht nur die Datenübertragung sondern auch die Stromversorgung mit kompakten und günstigen „Einkabellösungen“ eine Rolle. Dementsprechend werden auch clevere Kombinationen von Fernspeiselösungen mit passenden SPE Protokollen vorgestellt. Zum Abschluss erfolgt ein Ausblick auf die laufenden weiteren SPE Projekte bei IEEE802.3.

Ethernet-APL: Ethernet to the Field of Process Plants

Benedikt Spielmann, Endress+Hauser Digital Solutions
Stefan Lüder, Siemens AG

Ethernet ist der De-facto-Standard für die drahtgebundene digitale Kommunikation. In verfahrenstechnischen Anlagen wird Ethernet hauptsächlich in den höheren Ebenen der Automatisierungspyramide eingesetzt, kaum in der Feldebene. Dabei bietet Ethernet mit seiner Top-Performance viele Vorteile im Rahmen der Digitalisierung und Industrie 4.0 für einen umfassenden Datenzugriff. Was sind also die Hürden für den Einsatz von Ethernet im Bereich der Prozessanlagen? Wie sieht eine Lösung für integrierte Netzwerktechnik aus?
Dieser Vortrag gibt Antworten auf diese Fragen und zeigt, wie die Ethernet-Technologie mit dem Advanced Physical Layer for Ethernet für den Bereich der Prozessanlagen genutzt werden kann, der den Anforderungen von Prozessanlagen entspricht.
Zusätzlich wird ein Überblick über das internationale APL-Projekt gegeben, das die Ethernet-APL-Technologie spezifiziert.

Moderator: Jörg Hähniche
 

Ethernet-APL, Design Aspects of Infrastructure Products
Gunther Rogoll, Pepperl+Fuchs SE
 

In der Vergangenheit wurde Ethernet überwiegend in Anwendungen eingesetzt, bei denen der Ex-Schutz nicht im Vordergrund stand. Aus Sicht des Produktdesigns basieren Ethernet- und Ex-Lösungen auf bewährter Technik mit meist standardisierten Hardware-Konzepten. Leider sind diese Konzepte teilweise widersprüchlich und erfordern daher neue Designkonzepte. Industrielle Ethernet-Switches sind meist verwaltet und unterstützen viele Protokolle und Funktionen, während die Feldinstrumentierung in der Prozessindustrie relativ einfach zu verstehen und zu verwalten ist.

Design aspects of field device products and future bandwidth extension
Harald Müller, Endress+Hauser Temperature + System Products
 

Dieser Vortrag diskutiert einige der Probleme, mit denen Produktdesigner während der Spezifikations- und Implementierungsphase von Ethernet-APL-Infrastrukturprodukten konfrontiert sind.

2-wire Ethernet Implementierung für Geräte - ein PHY macht noch kein APL
Volker Goller, Analog Devices GmbH

Mit der Verfügbarkeit von PHY-Bausteinen für den APL zugrunde liegenden Standard 10BASET1L wird eine konkrete Implementation von APL erst ökonomisch und praktisch möglich. Allerdings ist der PHY eben auch nur ein, wenn auch essenzieller, Baustein einer APL-Lösung. Neben der speziellen analogen Anschaltung ist hier besonders das Systemdesign, das Zusammenspiel von Hard- und Software zu betrachten. Welche Eigenschaften von PROFINET werden gebraucht? Welche Protokolle sind neben PROFINET noch relevant? Wie kann die notwendige Netload-Klasse erreicht werden? Wie sieht die System-Architektur aus? Nach welchen Kriterien kann ein Prozessor ausgewählt werden? Welche Freiheitsgrade habe ich als Geräteentwickler?
Der Vortrag führt in das „APL Gerätedesign“ ein und gibt Anregungen für zukünftige Entwicklungen.

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

Neue Cabling Guideline, "geht nicht" gibt´s bei PROFINET Verkabelung nicht mehr
Andreas Huhmann, Harting KGaA; WG-Leiter CB/PG1 Passive Network Components

Durch Einführung der neuen PROFINET Cabling and Interconnection Technology Guideline betritt die PNO neue Wege in der Verkabelung. Neben den Vorzugs-Komponenten bei der Verkabelung (RPC) werden jetzt auch applikationsspezifische Komponenten (APC) definiert. Um den Lebenszyklus zu vervollständigen bieten die Legacy Komponenten (LPC) die dritte Gruppe der Komponenten. Die Einordnung der Komponenten wird zukünftig jährlich überprüft. Diese finden immer angelehnt an konkrete Applikationen statt, deren Relevanz durch Anwender und Gerätehersteller bestätigt werden. Im ersten Schritt wurden hier für die miniaturisierte Schaltschrankverkabelung Komponenten ergänzt. Auch wird für ein vereinfachtes Handling ein M12 Push Pull Steckverbinder eingeführt. Für spezielle Roboter-Verkabelungen stehen ebenfalls geeignete Komponenten zur Verfügung. Momentan wird über die Integration von IoT Devices über SPE nachgedacht. Bei aller Breite an PROFINET Applikationen ist dabei höchstes Ziel, bei der Verkabelung immer eine weitestgehende Vereinheitlichung herbeizuführen. Daher werden für PROFINET nur spezielle Komponenten akzeptiert, wenn nachgewiesen wurde, dass die RPC Komponenten nicht einsetzbar sind. Es besteht also eine klare Hürde, die sicherstellt, dass PROFINET Verkabelung durch wenige für den industriellen Einsatz perfekt geeignete Steckgesichter bestimmt wird, die universell eingesetzt werden.

Update Netzwerkplanung: Neue Richtlinien zu EMV, Redundanz und  Ethernet-APL
Prof. Dr. -Ing. Karl-Heinz Niemann, HS Hannover; WG-Leiter CB/PG3 Installation Guides PROFIBUS und PROFINET

Der Arbeitskreis CB / PG3 befasst sich mit den Planungs- und Installationsrichtlinien für PROFIBUS und PROFINET.

Der Beitrag liefert ein Update in Bezug auf die laufenden Arbeiten des Arbeitskreises.

Hierzu gehören:

•    Erweiterung der Richtlinie Funktionspotentialausgleich und Schirmung PROFIBUS und PROFINET für Anwendungen in der Prozessindustrie. Hierbei geht es insbesondere um den Einsatz im Ex-Bereich.
•    Neues zur Planungsrichtlinie Redundanz.
•    Vorstellung der Engineering-Guideline für Ethernet-APL (Zweidraht-Ethernet für die Prozessindustrie)

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

5G on the way to Industrial 5G
Sander Rotmensen, Siemens AG

Industrial Wireless Communication ist oder kann der entscheidende Faktor für alle sein, die die Chancen der Digitalisierung oder des Industrial Internet of Things in Zukunft voll ausschöpfen wollen. Sind neue Technologien wie 5G und auch WiFi 6 eine Option für drahtlose digitale Konnektivität oder industrielle Anwendungsfälle? Wird Industrial 5G die Art und Weise verändern, wie wir Entscheidungen treffen, Produkte herstellen und Fabriken warten? Was sind die Vorteile von 5G? Was ist der Unterschied zwischen öffentlichen und privaten 5G-Netzen? Was ist der Unterschied zwischen nicht-autonomen und autonomen 5G-Netzwerken? Was macht 5G zu "industriellem" 5G? Welche industriellen Anwendungen werden von 5G profitieren? Oder ist WiFi 6 auch eine gute Option für industrielle Anwendungsfälle?

Die Architekturen privater 5G Netze
Tim Simon Leßmann, PHOENIX CONTACT Electronics GmbH

5G verspricht viele Neuerungen für den Einsatz im industriellen Umfeld. Es wird jedoch noch dauern bis alle Neuerungen spezifiziert und in Form von industriellen Produkten verfügbar sind. Schon heute gibt es erste industrielle 5G Router und andere Endgeräte, die auf 3GPP Release 15 basieren und hohe Breitbandverbindungen ermöglichen. Auch private 5G Netze sind verfügbar, können aufgebaut und getestet werden. Allerdings gibt es verschiedene Arten und Architekturen private Netze aufzubauen und zu betreiben. Hinzu kommt die Wahl des passenden Anbieters für Ihr Unternehmen. Welches Modell passt zu Ihnen? Welche Vorteile hat es schon heute ein privates 5G Netz zu betreiben? Und kann ich überhaupt ein privates Mobilfunknetz betreiben? Dieser Vortrag wird Ihnen eine Grundlage verschaffen diese Fragen zu beantworten und Ihnen einen Ausblick geben, wie Sie neue Konzepte für die Kommunikation in industriellen Anlagen für Ihr Unternehmen entwickeln können.

Erste Erfahrungen und Messungen von Profisafe über 5G Campusnetze
Thomas Schildknecht, Schildknecht AG
 

Im Rahmen des Forschungsprojekts 5GANG (5G Anwendungen in der Industrie) beschäftigte sich die Schildknecht AG mit der Aufgabe zu untersuchen wie sich Profisafe über ein 5G Campusnetz übertragen lässt. Teil der Projekts war es u.a. erste Messungen der Latenz und des Jitters durchzuführen. Diese Messungen wurden am 5G Campus der RWTH Aachen zusammen mit den Projektpartnern WZL und Ericsson durchgeführt. Der Vortrag zeigt die Messergebnisse und den Vergleich zu WLAN und Bluetooth Übertagungen von Profisafe. Anwendungen von Profisafe via 5G ist der Einsatz z.B. in AGV (Fahrerlose Transportfahrzeuge).

Moderator: Prof. Frithjof Klasen

5G in der Produktion, Vision und erste Applikationen
Arjen Kreis, AUDI AG
Dr. Henning Loeser, AUDI AG
 

In der Präsentation wird es um das Thema 5G im industriellen Umfeld gehen.
Den Konferenzteilnehmern wird die Vision der Audi AG für dieses Thema näher gebracht. Er erhält mittels einer animierten Darstellung einen Einblick in die Produktionssysteme der Zukunft. Er erfährt aber auch etwas über die Herausforderungen, die der Einsatz der 5G Technologie mit sich bringt. Schlussendlich wird er interessante Informationen über aktuelle Entwicklungen innerhalb der Audi AG erhalten.

Use Cases and Challenges for 5G in Process Automation
Dr.-Ing. Pietro Valsecchi, Covestro Deutschland AG, Leiter des Arbeitskreises 4.15 "mobile automation"
*Dieser Vortrag wird auf englischer Sprache gehalten.

Durch eine wachsende Zahl von Test- und Showcases in Fertigung macht sich 5G auf den Weg in die Produktionshalle. Neben den traditionellen industriellen Anwendungsfällen für drahtlose Konnektivität wie "mobile Arbeiter", "Remote Assistance" und "dynamische Sensorik" machen die von 5G versprochene zusätzlichen Funktionen die Tür zu neuartigen industriellen Anwendungen auf. "Slicing" kann beispielsweise in Kombination mit der erweiterten Sicherheit mehrere Netzwerkebenen (ERP, MES, DCS) auf demselben physischen Netzwerk hosten. Ein weiteres Beispiel: Die massive Erhöhung der Bandbreite und der Anzahl der angeschlossenen Geräte ermöglicht die Erweiterung des IoT auf der Produktionsfläche, aber auch die Verlagerung von komplexen Berechnungen von einem zentralen HPC auf "distributed Edge computing".
Neben der begrenzten Reife der 5G-Technologie ist jedoch zu bemerken, dass die Zurückhaltung der Branche, diese Technologie über Tests und Showcases hinaus zu nutzen, auf den Mangel an überzeugenden ROI zurückzuführen ist. Die größte Herausforderung der Digitalisierung in Produktionsanlagen ist heute Kosteneffizienz und kurzfristige Einsparungen. Während die von 5G versprochene Verbesserungen die Fertigung langfristig verbessern werden, ist es bisher nicht gelungen, beispielsweise die Herausforderung der Minimierung von Investitionen in die Digitalisierung oder die Festlegung eines "Minimum Viable Product" anzugehen.
Und gerade die Versprechen der 5G-Technologie heben auch strukturelle Herausforderungen der Digitalisierung hervor. Obwohl es sich um eine weltweit neuartige Technologie handelt, wird der Einsatz von 5G-Frequenzen in jedem Land unterschiedlich gehandhabt, was die Entwicklung einer langfristigen Vision für seine industrielle Anwendung behindert. Die Anzahl der kritischen Services, die mit 5G ausgeführt werden können, hängt von der Kontrolle ab, die ein Unternehmen über seine Infrastruktur hat. Das 5G-Protokoll wird noch entwickelt und die wichtigsten Eigenschaften für industrielle Anwendungen sind nach wie vor nur Vorschläge. Die derzeit begrenzt verfügbare Hardware erlaubt daher keine vollständige Evaluierung innovativer Anwendungsfälle.

Moderator: Jörg Hähniche

Ethernet APL: Topologien für die Prozessindustrie und funktionale Sicherheit
Dr.-Ing. Kai Krüning, BASF SE

Der Vortrag beschreibt die Erwartungen aus Sicht der Anwender aus der chemischen Prozessindustrie an den neuen Ethernetstandard Advanced Physical Layer (APL).
Zunächst werden dazu die Anforderungen und besonderen Gegebenheiten in der chemischen Prozessindustrie geschildert. Im Anschluss werden daraus einige Empfehlungen abgeleitet, die in der NAMUR erarbeitet wurden: Die NAMUR Standardtopologien für Ethernet im Level 1.
Aufbauend auf diesen Topologien wird mit der Nutzung von Ethernet APL im Safetybereich ein Konzept für einen neuen Anwendungsbereich vorgestellt, in dem bisherige Feldbussysteme nicht eingesetzt wurden.
Zuletzt werden die Anforderungen an das Protokoll auf Anwendungsebene, z.B. PROFINET, bzw. die Hersteller der Automatisierungstechnik und Standardisierungsgremien formuliert.
Die wichtigsten Anforderungen sind hierbei:

• Einfacher Feldgerätetausch (vgl. mit 4...20mA) ohne weitere Systemkenntnis auch bei unterschiedlichen Feldgeräteversionen und Herstellern.
• Unterstützung der Digitalisierung und der NAMUR Open Architecture durch einfache Integration und Nutzung der Parameter der Ethernetteilnehmer im Feld durch konsequente Nutzung von FDI, Profil 4.0 und OPC UA.

APL im Anwendertest - erste Erfahrungen und Ergebnisse
Ronny Becker, Bilfinger Engineering & Maintenance

Im Jahr 2019 starteten Pepperl&Fuchs und das Prüflabor einen ersten Test von Ethernet APL. Ziel des Tests war, die Technologie selbst, aber auch den damit verbundenen Technologiesprung, an den Anforderungen der Anwender speziell in der Prozessindustrie zu spiegeln. Die verfügbaren APL-Infrastrukturprototypen von Pepperl&Fuchs wurden dazu an ein aktuelles PLS per Profinet konektiert. An diesem Testaufbau wurden verschiedene Anwendungsfälle aus dem gesamten Lifecycle eines Automatisierungssystems durchgespielt. Beispiele dafür sind u.A. Montage, Geräteinbetriebnahme aber auch Robustheit der Kommunikation bei Störungen auf dem APL-Layer. Außerdem das generelle Handling der verschiedenen neuen Infrastrukturkomponenten wie Field- und Powerswitches oder dem bekannten Kabeltyp an einem neuen Physical Layer.
Die dabei gewonnenen Erkenntnisse und zukünftigen Anforderungen an Ethernet-APL sollen hier präsentiert werden.

Anwendungsfälle für Single Pair Ethernet: Die Vorteile von SPE in der industriellen Kommunikation
Simon Seereiner, Weidmüller Interface GmbH & Co. KG

Der zunehmende Digitalisierungsgrad industrieller Anlagen und Fertigungsprozesse erfordert die Weiterentwicklung bestehender Ethernet Kommunikation. Single Pair Ethernet bietet deutliche Miniaturisierung bei gleichzeitiger Kostenminimierung für Einsatzgebiete in komplexen, industriellen Anwendungen und zukünftigen IIoT-Lösungen. Dies geht einher mit einem Paradigmenwechsel in der Erzeugung, Verteilung und Handling von digitalen Daten bis hin zur Optimierung von Prozessen und Abläufen. In diesem Vortrag werden die Vorteile der Single Pair Ethernet Technologie anhand von Anwendungsbeispielen aus dem Bereich der Maschinenverkabelung, der Feldgerätekommunikation, der Gebäudeautomatisierung und von Multidrop-Anwendungen aufgezeigt.