Historisk gennembrud: Nu er giganter enige om et fælles industrielt internet

Når du sender en e-mail fra din computer til din kollega, tænker du sjældent over, hvordan din tekst bliver transporteret rundt på internettet, før din mail kan åbnes i den anden ende – det sker bare helt af sig selv.

Men sådan er det langt fra i industrien, når maskiner og fabriksanlæg skal kommunikere med hinanden. Her findes der ikke bare et "internet", men i stedet omkring 20 forskellige kommunikationsprotokoller, alt efter hvilken leverandør du anvender.

Men nu ser det altså ud til at krigen om hvilket sprog, der skal tales på fabriksgulvet er havnet i en våbenhvile, der på sigt kan erstattes af permanent fred mellem de leverandører, der udvikler fabriksautomation.

Så lyder det fra alle de store automationsvirksomheder på den store automationsmesse SPS IPC Drives, der netop er afholdt i Nürnberg.

Her har over 20 af de største globale automations- og teknologivirksomheder givet hinanden hånd på sammen at udvikle et fælles industrielt internet, der kører over en kombination af de to protokoller, OPC UA og Time-Sensitive-Networking(TSN).

Da Ingeniøren møder Stefan Schönegger, Vice President for strategi og innovation hos B&R Industrial Automation på SPS IPC Drives-messen, har han også svært ved at skjule sin glæde og optimisme.

»Det er en historisk forandring, som betyder at der ikke kommer en ny tredje feltbus-krig. Med OPC UA over TSN kommer vi til at få 'plug-and-play'-netværk, der er nemme at administrere og konfigurere, og vi kan få netværk, der kan kommunikere op til 18 gange hurtigere, end de protokoller vi der er tilgængelige på markedet i dag,« siger Stefan Schönegger.-

Feltbus-krigene i 90’erne

For at forstå hvorfor en fælles enighed om en kommunikationsstandard er så historisk og unik, skruer vi tiden godt 30 år tilbage.

Det var dengang den såkaldte feltbus-teknologi for alvor slog igennem i industrien. Det er en teknologi, der forbinder styringen af maskinen, også kendt som en PLC (Programmable Logic Controller) med maskinens komponenter, altså sensorer, aktuatorer, motorer, ventiler o.lign.

I takt med at feltbus-teknologien bliver mere populær og udbredt, kan automationsvirksomhederne ikke enes om en fælles standard for feltbus-kommunikation, og det udvikler sig til en intens konkurrence om, hvem der kan udvikle den bedste og mest populære protokol, der samtidig binder slutkunderne til leverandøren.

Den kamp blev siden kendt som feltbus-krigen. Den endte med hele otte dominerende protokoller, som stort set ikke kan tale sammen.

»Historien starter for 30 år siden, da vi begyndte at anvende feltbusser i industrien. Dengang var der også tanker og idéer om fælles standarder, men det kom aldrig til at fungere. Alle maskinbyggere og slutbrugere har været frustrerede over udviklingen de seneste tyve år, men uden at der skete noget,« fortæller Stefan Schönegger.

Sponseret indhold

Digital tvilling styrer projekteringen af jernbaner

Jernbane

Den næste generation af feltbusser kaldes Industrial Ethernet, og har vundet frem siden starten af det nye årtusinde. Nu er antallet af protokoller vokset til over 20 forskellige for dén type industriel kommunikation.

IT-branchen banker på

Først da begreber som big data og Internet of Things begyndte at vokse frem, og industrien i stigende grad gerne ville analysere maskinernes data i skyen, begyndte snakken om en fælles standard for alvor at bryde ud automationsbranchen.

I 2014 sker der et opbrud. To forskellige teknologier dukker pludselig op hos mange automationsleverandører, henholdsvis OPC UA og Time-Sensitíve-Networking(TSN).

»Da vi startede diskussionen om, hvordan den næste generation industrial ethernet skulle se ud, så vi de to hastigt voksende teknologier OPC UA og TSN, og overvejede hvad der ville ske hvis de blev kombineret. De første tekniske forsøg viste, at hvis vi matcher de to teknologier og laver optimeringer, kan det blive det næste store skridt inden for industriel kommunikation,« siger Stefan Schönegger.

De to protokoller er udviklet hver for sig, og er faktisk slet ikke udsprunget af fremstillingsindustrien.TSN har baggrund i streaming af video, mens OPC oprindeligt er startet af Microsoft. Ved at bruge OPC UA over TSN bliver det nemmere for maskinbyggere og slutbrugere at skifte mellem forskellige leverandører. Man kan eksempelvis kombinere et scada-system fra en leverandør A, med et transportsystem fra B, en PLC fra C og en cloud-løsning fra D.

»OPC UA er mere end bare en standard til at flytte data. Det er også en måde at fortolke data, og forstå semantikken bag data, mens TSN sørger for at kommunikation kan foregå stabilt i kritisk realtid. I dag bruger du utrolig lang tid på at integrere de forskellige komponenter, og når det er lykkedes efter flere år er teknologien uddateret. Det er ufatteligt hvor mange gateways du finder på en enkelt fabrik, som skal forbinde forskellige protokoller,« fortæller Stefan Schönegger.

Presset på at udvikle en fælles industrielt internet er også kommet fra it-branchen, der gerne vil ind på fabriksgulvet.

»Der er mange IoT-virksomheder der skubber på for at kunne levere software-services til industrien. De er ligeglade med feltbusser, og er ligeglade med hvordan data bliver flyttet. Det tror jeg også har også været en øjenåbner for os i automationsindustrien. Folk uden for automationsverdenen forstår slet ikke hvorfor der er ikke bare er en fælles standard. Ingen diskuterer protokollerne bag internettet, fx. TCP/IP i dag. Det samme kommer til at ske i industriens netværk fremover, hvor det bliver en hygiejnefaktor at bruge OPC UA over TSN,« siger Stefan Schönegger.

Nyt i dit PLUS-abonnement: Radar er techs politiske forsamlingshus

Fra Radar

Læs også: Åbne standarder dirker automations­industrien op

Sprækker i fællesskabet

Så vidt så godt. De seneste år er alle automationsvirksomheder, lige fra Siemens over Rockwell Automation til ABB, Kuka, Schneider Electric og adskillige andre enige om at arbejde videre med OPC UA og TSN som fundamentet for et nyt fælles kommunikationssprog i industrien.

»TSN og OPC UA er allerede etablerede teknologier, så vi skal ikke genopfinde en ny teknologi fra bunden. Hvis tyve store automationsvirksomheder skulle gøre det fra nul, med hver deres udgangspunkt, så ville det tage et årti før vi havde en fælles teknologi klar. Her kan vi meget hurtigere komme i gang,« fortæller Stefan Schönegger.

Arbejdet med at udvikle OPC UA over TSN bliver forankret i organisationen OPC Foundation, et industrikonsortium der vedligeholder og udvikler OPC UA-protokollen. Men i 2016 løber enigheden ud i sandet og fællesskabet slår revner.

Sponseret indhold

Når Hasse trækker i kedeldragten, kan du være sikker på, at han er i gang med at optimere fabriksgulvet

Smart Factory

En stor gruppe automationsvirksomheder, blandt andet B&R Industrial Automation, Bosch, Cisco, Schneider Electric og den amerikanske organisation Industrial Internet Consortium synes at udviklingen går for langsomt. De mener at OPC UA over TSN skal udbredes som den eneste kommunikationsstandard på tværs af alle automationslag, mens andre virksomheder vil begrænse OPC UA til de øverste lag, altså kommunikationen mellem maskinerne og ikke kommunikationen internt i maskinerne, også kendt som fieldlevel.

Derfor gik otte virksomheder i første omgang sammen i den uformelle gruppe med navnet Shapers. En ret dramatisk og kontroversiel beslutning som langt fra er hverdag i industrien, da langt det meste standardiseringsarbejde foregår i få etablerede standardiseringsorganisationer, og ikke i uformelle virksomhedsnetværk.

»Ideen med Shapers opstod i den første halvdel af 2016, og så blev det første møde holdt på SPS IPC Drives i efteråret. Målet var dengang og er stadig at udvikle OPC UA over TSN som en fælles standard til kommunikation helt ned på fieldniveau. OPC Foundation har været teknisk hjælpsomme, men politisk var de ikke interesserede i at gå den vej. De sagde at OPC Foundation kun bør fokusere på software- og cloud-niveauet, og ikke på feltniveau,« siger Stefan Schönegger.

Det var B&R Industrial Automation der tog initiativ til at danne Shapers-gruppen.

Til første kickoff-møde i Shapers-gruppen deltog den multinationale fødevareproducent Nestle, og deres budskab til automationsindustrien var klar.

»De sagde tydeligt at det skal være slut med feltbus-krigene,« fortæller Stefan Schönegger.

Men hvorfor er det nødvendigt at bruge OPC UA over TSN helt nede på sensor-aktuator-niveau inde i maskinerne. Hvorfor ikke starte med kommunikationsdelen mellem maskiner?

»Hvis du eksempelvis gerne vil anvende machine learning på dine processer i fabrikken, så du sparer programmeringstid og får bedre beslutninger, så har du behov for rigtigt store mængder rådata. Og jo flere knudepunkter dine data skal igennem, før de kan analyseres, jo større er sandsynligheden for fejl. Du kan miste et tidsstempel, eller helt tabe overblikket over hvilke data der kommer fra hvad. Hvis du gerne vil have gode IoT-applikationer der kan udnytte dine data korrekt, så skal du af med gateways og gå direkte ned på sensoren,« siger Stefan Schönegger.

Læs også: OPC UA - en død sild eller en blomst der endnu ikke er sprunget helt ud?

Armlægning for fulde gardiner

Alle er altså enige om teknologien, men ikke hvor vidtrækkende teknologien skal række.

Løbende har flere virksomheder meldt sig ind i Shapers-gruppen, og det helt store skub kom, da amerikanske Rockwell Automation gik med i Shapers-initiativet på Hannover-messen i foråret.

»Det var et interessant skifte, fordi vi med Rockwell Automation voksede til en massiv gruppe, og det har givet et stort pres og opmærksomhed på OPC Foundation, for det ser underligt ud, at der bliver arbejdet med teknologisk udvikling af OPC UA, men uden OPC Foundation ombord,« siger Stefan Schönegger.

Læs også: Rockwell går solo

Det var især den tyske automationsgigant Siemens der sætter foden ned, og siger nej til OPC UA over TSN på det dybe niveau i maskinen - altså sensor og motor-niveau.

»Det er nødvendigt at field-enheder deler information via OPC UA. Med andre ord skal de her enheder kunne tilgås med OPC UA med acykliske services. Det finde der allerede lignende specikationer til, fx RFID sensorer. Men Shapers går et skridt videre, de vil også køre cykliske services via OPC UA kombineret med TSN. Her siger vi; ikke endnu. Vi fokuserer på controller-to-controller kommunikation,« sagde Rainer Brehm - Head of Automation Systems i Siemens til magasinet Computer Automation tilbage i juni.

Konklusionen lyder altså: Det er fint at bruge OPC UA til at opsamle historiske data, men vi kan ikke bruge OPC UA over TSN til at styre fabrikkens maskiner i realtid.

Og uden verdens største automationsleverandør var det svært at se en klar fremtid for OPC UA på alle automationslag.

Men over efteråret bliver presset for hårdt på OPC Foundation, som i midten af november annoncerer, at de nu er klar til at gå skridtet længere ned i automationskæden med OPC UA over TSN.

»Vi er meget begejstrede omkring initiativet med at udvide OPC UA og inkludere TSN ned til field-niveau og at så mange virksomheder aktivt vil deltage i initiativet, der skal bringe teknologien over i rigtige produkter. De her arbejdsgrupper vil vise vejen for den bredeste, nemmeste og hurtigste markedsadoption af OPC UA over TSN,« sagde Thomas Burke, Strategic Marketing Officer hos OPC Foundation i en pressemeddelelse.

Og så er vi tilbage på SPS IPC Drives-messen i Nürnberg i slutningen af november.

Her holder Siemens et pressemøde sammen med OPC Foundation og en række andre store automationsvirksomheder, hvor de fortæller at de nu er klar til at gå samme vej som Shapers-gruppen.

Stefan Hoppe, President i OPC Foundation var optimist:

»Det er fantastisk at se hvor hurtigt automationsleverandørerne har vist deres interesse og vilje til at bidrage til det her spændende projekt, som ser ud til at blive unikt inden for automationshistorienh. Det vist klart at standardisering er en af forudsætningerne ofr digitalisering og IIoT.«

Den udtalelse blev fulgt op af Siemens, der nu bakker op om OPC UA over TSN i hele automationskæden.

»Siemens deler visionen med OPC Foundation om at udvide OPC UA ned til field level-kommunikation, og vi ser frem til at bidrage til standardiseringsaktiviteterne i den kommende arbejdsgrupper i OPC Foundation om informationsmodeller for enheder og den nødvendige tilpasning af OPC UA kernestandarder, applikationsprofiler og lignende,« skriver Siemens i en pressemeddelelse på SPS IPC Drives messen.

Den udmelding har vakt jubel i Shapers-gruppen, der altså kan trække sig ud som vinder af armlægningen med Siemens.

»Vi har ikke set en større optimisme end vi har nu. Vi har udviklet fælles spilleregler for de demokratiske spilleregler i udviklingen af OPC UA over TSN,« siger en glad Stefan Schönegger.

Hvad der præcist er årsagen til at Siemens og OPC Foundation har skiftet holdning er uvist, men et godt bud er det massive pres, som Shapers-gruppen har lagt, især efter Rockwell Automation gik med, og helt meldte sig ud af OPC Foundation.

Læs også: Sikkerhed og mangel på standarder står i vejen for milliardinvesteringer

Produkter er klar i 2019

Selvom der nu tilsyneladende er enighed om, hvilken vej industrien skal bevæge sig, så kan du endnu ikke køre processer med OPC UA over TSN i en produktion, for der findes i dag ikke produkter der er kompatible med protokollen. Men der går ikke lang tid lover B&R Automation.

»Vi mangler måske kun de sidste 10 procent. Der er nødvendige detaljer der skal løses, men vi er ret optimistiske omkring at få lukket de huller i løbet de næste seks til måneder, og vi forventer at kunne sende de første produkter på markedet ved udgangen af 2019.

Det er blandt udfordringer omkring specifikationer af omkring halvledere, energiforbrug og køling der stadig skal overkommes.

»Vi gik fra 1 MB til 100 MB hastighed i 2001. Nu skal vi gå fra 100 mb til 1 GB her tyve år efter. Det burde ikke være et problem,« siger Stefan Schönegger.

Han fortæller at Shapers-gruppen nu er opløst og kræfterne fremadrettet bliver prioriteret i OPC Foundation.

Læs også: Proprietær automation er fortid – IIoT tvinger leverandører til samarbejde

Gamle systemer udvikles fortsat

Mens vi som forbrugere efterhånden er vant til at operativsystemer til både computere og smartphones bliver opdateret hurtigt, så er hastigheden noget mere moderat i industrien, hvor mange komponenter og systemer har levetider på over 20 år. Så når man bliver enige om at skifte retning, så sker det ikke lige med det samme.

B&R Automation understreger også, at enigheden om OPC UA ikke er ensbetydende med et farvel til de mange forskellige industrielle feltbus- og ethernet-protokoller.

»Legacy-systemerne fortsætter, og vi har en forpligtelse til at understøtte dem i fremtiden, men der bliver ingen tredjegenerations feltbus-krig.«

Samme udmelding kommer også fra Siemens.

»I Siemens har vi et stort ansvar for vores installerede systemer og vi vil derfor fortsætte med at innovere Profinet for at beskytte vores kunders investeringer og løfte Profinet på TSN til næste skridt,« skriver Siemens i en pressemeddelelse i forbindelse med at de satser på OPC UA - også på det dybe niveau.

Læs også: Feltbussens dage er talte