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Kommunikationsprotokoll 4 Anwendungen für TSN in der Fertigung

Redakteur: Katharina Juschkat

TSN steckt noch in den Kinderschuhen. Vier exemplarische Beispiele zeigen, welchen Nutzen die Technologie für verschiedene Industriezweige bringt.

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TSN ermöglicht das Echtzeit-Ethernet und schafft damit für viele Branchen neue Möglichkeiten.
TSN ermöglicht das Echtzeit-Ethernet und schafft damit für viele Branchen neue Möglichkeiten.
(Bild: CLPA / sompong_tom)

Das „Time Sensitive Networking“ – oder kurz TSN – steht bisher noch ganz am Anfang und findet erst in wenigen Unternehmen Anwendung. TSN ist die standardisierte Erweiterung des OPC-UA-Protokolls und erweitert das Ethernet um die Echtzeitübertragung der Daten, wodurch es eine Grundlage für Industrie 4.0 bildet.

Erstes offenes Industrial Ethernet, das eine Gigabit-Bandbreite mit TSN kombiniert, ist CC-Link IE TSN und stammt von der „CC-Link Partner Association“ (CLPA). Die Organisation widmet sich der Weiterentwicklung offener Automatisierungsnetzwerke aus der CC-Link-Familie.

Im Folgenden zeigen vier Beispiele, bereitgestellt von der CLPA, welchen Nutzen TSN in verschiedenen Industriezweigen haben kann.

1. Exakte Synchronisation in der Verarbeitungsindustrie

TSN schafft es, alle Netzwerkgeräte sehr präzise zu synchronisieren. Für zeitkritische Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie Motion-Control-Anwendungen kann eine deterministische Kommunikation sichergestellt werden.

TSN-fähige Netzwerke können in der Verarbeitungsindustrie beispielsweise viele Maschinenachsen genau synchronisieren. Produktqualität und Prozess verbessert sich dadurch, dass viele verschiedene Achsen zeitgleich gesteuert werden. Obwohl Produktionsmaschinen weniger komplex ausgeführt sind, können sie flexibler konstruiert werden. Das Resultat: Kürzere Umrüstzeiten.

2. Rückverfolgbarkeit in der Lebensmittelindustrie

Die TSN-Technologie bietet eine sehr präzise Zeitsynchronisation – was in Branchen wichtig ist, die transparent und rückverfolgbar sein müssen. Beispiel dafür ist die Lebensmittelindustrie: Hier müssen alle relevanten Prozessdaten protokolliert, überwacht und gespeichert werden. Das gewährleistet Produktqualität und wird von Vorschriften eingefordert.

Diese Daten müssen mit einem exakten Zeitstempel versehen werden. Lücken dürfen dabei nicht entstehen. TSN-Netzwerke, die synchronisiert sind, unterstützen die exakte Zeitstempelfunktion. So sorgt das Netzwerk für eine lückenlose Rückverfolgbarkeit.

3. Produktionslinien mit kurzen Zykluszeiten für die Automobilindustrie

Mit TSN können Produktionsprozesse beschleunigt werden. Das ist vor allem für die Automobilindustrie interessant: Hier werden viele unterschiedliche Modelle in verschiedenen Ausstattungsvarianten hergestellt. Während der Montage fallen sehr viele Daten in Echtzeit an, die verarbeitet werden müssen. Das stellt sicher, dass die vielen Kombinationsmöglichkeiten die kurzen Zykluszeiten nicht ausbremsen und alle Teile nachvollziehbar im richtigen Moment am richtigen Modell montiert werden.

Mit TSN können Produktionslinien mit kurzen Zykluszeiten umgesetzt werden – möglich macht das die Fähigkeit von TSN, innerhalb des Datenaustauschs zu priorisieren. So können zeitkritische Daten zuverlässig transportiert werden, während untergeordnete Daten im Netzwerk mit übertragen werden.

So können mit TSN unterschiedliche Netzwerke hierarchisch zusammenführen, was die Gesamtbetriebskosten senkt. Das Resultat: Höhere Leistung bei weniger Kosten und Wartung.

4. Flexible Netzwerkarchitektur für die Halbleiterfertigung

Die Synchronisation und Priorisierung ermöglichen zudem, unterschiedliche Prozesssteuerungen in einem Netzwerk zu kombinieren. Unterschiedliche Arbeitsanweisungen und Abläufe werden damit über mehrere Produktionsmaschinen hinweg organisiert.

Das ist vor allem für die Halbleiterindustrie interessant: In TSN-basierten Netzwerken lassen sich zeitkritische Daten für leistungsfähige, schnelle Motion-Control-Anwendungen mit weniger zeitrelevanten Informationen zusammen übertragen, beispielsweise mit Bildverarbeitungsdaten aus der Prozessüberwachung. Darüber hinaus ist es möglich, Hilfssysteme in die Prozesse und entsprechenden Netzwerke einzubinden. Das bietet Halbleiterherstellern die Chance, ihre Prozessketten mit flexiblen Netzwerkarchitekturen aufzubauen.

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