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Durchgängig kommunizieren mit Industrial Ethernet

Werk und Büro per Switch verknüpft

Produktions- und Office-Netzwerke wachsen in global agierenden Unternehmen immer mehr zusammen. Um ein gemeinsames Netzwerk von der Feldebene bis zum Übergabepunkt zum World Wide Web zu erreichen, müssen bei der Anbindung des Industrial Backbones an den Core die Anforderungen beider Welten berücksichtigt werden. Mit leistungsstarken Industrial Ethernet Switches, die über Automatisierungs- und IT-Mechanismen verfügen, lässt sich das Ziel ‘ein Kabel für alles’ erreichen.



Bild: Siemens AG

So gut wie alle Unternehmen greifen beim Netzwerk auf Ethernet nach dem Standard 802.3 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) zurück. Die Vorteile von Ethernet, wie beispielsweise ein offener Standard, weltweite Verbreitung, hohe Datenrate und vor allem die Anbindung an das Internet, sprechen für diese Kommunikationstechnologie. Im privaten Bereich zeigt sich Ethernet als ideales Medium für die Heimvernetzung – von der reinen Anbindung von Personal Computern an das Internet bis hin zu immer komplexeren Anwendungen mit intelligenten Fernsehangeboten (Smart TVs), Videos aus dem Internet (Video on Demand), Voice over IP (VoIP) oder mobilem Datenaustausch über Smartphones und Tablet-PCs. Ein immer schneller wachsendes, globales Datennetzwerk und immer größer werdende Datenvolumina, sowohl in drahtgebundenen Netzwerken bis zu 100 Gigabit Übertragungsvolumen pro Sekunde als auch in drahtlosen Netzen, die mit dem WLAN-Standard IEEE802.11ac bis zu einem Gigabit pro Sekunde übermitteln, schaffen die Voraussetzung für höhere Mobilität, mehr Informationsaustausch und schnellere Markteinführungszeiten. Insbesondere international agierende Konzerne nutzen dies, um sich vom Wettbewerb abzusetzen.

Durchgänge im Unternehmensnetz kommunizieren

Der technologische Fortschritt, die weltweite Akzeptanz und global gültige Standards im Privat- und Bürobereich führen dazu, dass Ethernet immer mehr in der Industrie Einzug hält. Wurde bis vor einigen Jahren das Industrienetzwerk meist strikt vom Office-Netzwerk getrennt, verschwimmen die Grenzen heute zunehmend. Wobei in der Planung und Ausführung der Infrastrukturen deutliche Unterschiede zu beachten sind. Während im Office-Netzwerk die Authentizität der Daten über allem steht, um das gesamte Unternehmensnetzwerk vor unerlaubtem Zugriff − etwa zur Industriespionage − zu schützen und nicht durch Hacker-Angriffe lahmgelegt zu werden, müssen beim Produktionsnetzwerk die Integrität der Daten, funktionale Sicherheit oder Safety sowie die Deterministik beachtet werden. Mit der Übertragung von Produktionsdaten zwischen Fertigung und industriellem Rechenzentrum am Standort oder unternehmensübergreifendem Rechenzentrum, beispielsweise zur Datensicherung, werden hohe Bandbreiten gefordert. Big Data oder Cloud Computing sind nur zwei Stichworte, die an dieser Stelle genannt seien. Weiterhin wird eine durchgängige, vertikale Kommunikation von der Feldebene bis zur ERP-Ebene, auf der das Enterprise Resource Planning-System agiert, immer wichtiger. Um den Anwendern der Office- und Industrie-IT ein gemeinsames Netzwerk zur Verfügung zu stellen, lassen sich an den Verbindungsstellen der Infrastrukturen Ethernet-Switches wie der Scalance XR-500 von Siemens einsetzen. Diese leistungsstark ausgelegten Ethernet-Switches können als Übergangskomponenten sowohl die Anforderungen an einen Office-Switch als auch die besonderen Herausforderungen an industrielle Geräte erfüllen.

Ethernet-Komponenten in der Industrie

Der Technologiekonzern Siemens kommt aus der Automatisierungswelt und kennt die Anforderungen industrieller Applikationen hinsichtlich Deterministik, zyklischem Datenverkehr, Motion Control und funktionaler Sicherheit. Um diese Anforderungen in einem ethernetbasierten Netzwerk zu erfüllen, startete das Unternehmen mit Doppelhauptsitz in Berlin und München bereits Mitte der 80er-Jahre mit dem Sinec-H1-Bus in die Welt der ethernetbasierten Kommunikation (Yellow-Cable). Sinec H1 ist ein Kommunikationsnetz für den Zellenbereich in Basisbandübertragungstechnik gemäß IEEE 802.3 mit dem Zugriffsverfahren CSMA/CD sowie mit Vernetzung über Triaxial-Busleitung (H1) und Punkt-zu-Punkt über Lichtwellenleiter und Sternkoppler (H1FO). Heute dienen Industrial Ethernet Switches der Scalance-X-Produktfamilie in verschiedenen Leistungsklassen mit einer Bandbreite von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde dem zuverlässigen und robusten Netzwerkbetrieb in der Automatisierungslandschaft.



Die Switches Scalance XR-500 von Siemens verbinden das Produktions- mit dem Office-Netzwerk und ermöglichen die strukturierte Anbindung der einzelnen Hallenaggregationsnetzwerke im Sinn einer Shop Floor-Aggregation. Bild: Siemens AG


Industrial Backbone als Schnittstelle

Laut einer Studie der ARC Advisory Group aus dem Jahr 2013 kommunizieren 30,3 Prozent aller weltweit mit Industrial Ethernet vernetzen Maschinen und Anlagen über Profinet. Basierend auf dem Standard-Ethernet nach IEEE802.3 ist Profinet mit einer Reihe von Vorteilen hinsichtlich Flexibilität, Effizienz und Performance eine bewährte Plattform für die Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten innerhalb der Automatisierungszelle. Die Ethernet Switches fassen die einzelnen Automatisierungszellen in einem Industrial Backbone zusammen und binden sie über eine bestehende Firewall-Hardware an den Kern des Unternehmensnetzwerks an. IT-Administratoren können so den Datenfluss industriell genutzter Informationen am Unternehmens- beziehungsweise Produktionsstandort überwachen und verifizieren. Gibt es mehrere Automatisierungszellen je Fertigungshalle, werden diese noch mal in einem Hallennetzwerk im Sinn einer Shop Floor-Aggregation strukturiert. Bei der Entwicklung der Technologie lässt sich Siemens von den Anforderungen leiten, die industrielle Anwender an Verbindungen zwischen Industrial Backbone und Office-Netzwerk stellen. So liegen die Reaktionszeiten für den Servicefall im Industrienetzwerk wesentlich niedriger.

Das Outsourcing eines industriellen Netzes wird somit zumindest risikoreicher. Um eine schnelle Reparatur und Wiederinbetriebnahme zu realisieren, werden die Komponenten des Industrial Backbones häufig im industriellen Umfeld platziert, zum Beispiel in den Fertigungshallen. Zusätzlich zu passenden Software-Features aus der Automatisierung, wie der Profinet-Funktionalität und IT-Merkmalen wie einer hohen Bandbreite, muss die Hardware industrietauglich sein. Der Backbone sollte den Betrieb in einem weiten Temperaturbereich erlauben, die passende Schutzart sowie eine redundante Spannungseinspeisung mitbringen. Zusätzlich kommt es auch darauf an, dass die Leitungen und Stecker dem rauen Industrieumfeld standhalten. Die Switches der Siemens-Produktfamilie lassen sich außerdem im laufenden Betrieb austauschen, um die Instandhaltung zu erleichtern. Für die Zukunftssicherheit der Infrastruktur-Investition verspricht der Hersteller, Ersatzteile für seine Scalance-Produkte zehn Jahre vorzuhalten.

Switches im Industrial Backbone

In vielen Industrieunternehmen wird die Datentrennung zwischen Office- und Industrienetzwerk schon bald der Vergangenheit angehören. Bei dieser Verknüpfung sollten Anwender jedoch die speziellen Anforderungen in denjenigen Bereichen berücksichtigen, die individuelle Lösungen benötigen. Daten, die ausschließlich für das Industrienetz relevant sind, sollten nicht in das Office-Netzwerk gelangen. Der Industrial Ethernet-Switch soll für den performanten und komfortablen Übergang zwischen Produktions- und Office-Netzwerk sorgen. Bandbreiten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde, wichtige industrielle Zulassungen und viele von der Industrie geforderte Hardware-Eigenschaften sprechen für einen zuverlässigen Einsatz im Rückgrat der IT eines Produktionsstandortes. Zu den standardisierten Office-Features, die unter anderem die Administratoren der IT-Abteilung unterstützen, liefern die Switches von Siemens automatisierungsrelevante Merkmale wie das Industrial-Ethernet-Protokoll Profinet.

Merkmale der Produktreihe Scalance XR-500

Die Industrial Ethernet Switches Scalance XR-500 bieten mit ihrem modularen Aufbau bis zu 52 Ports – wahlweise elektrisch und optisch gemischt – und bis zu vier Zehn-Gigabit-Ports zum Anschluss an den Core.Bild: Siemens AG
  • Flexibilität bei Netzwerkerweiterungen und Umrüstung durch Modularität
  • Elektrische oder optische Vernetzung über Comboports (Scalance XR524-8C/XR526-8C) im laufenden Betrieb
  • Überschaubare Lagerhaltungskosten für verschiedene Gerätetypen durch ihren modularen Aufbau
  • Nachrüsten der Layer-3-Funktionen mittels Key-Plug ohne Tausch der Hardware
  • Hohe Verfügbarkeit durch redundante Spannungsversorgung, Wechselmedium C-Plug und Redundanzfunktionen
  • Varianten mit unterschiedlicher (AC/DC) und wahlweise redundanter Spannungsversorgung erhältlich
  • Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu zehn Gigabit pro Sekunde
  • Flexible Anschlussmöglichkeiten für unterschiedliche Übertragungsmedien bei den modularen Switches Scalance XR528 und XR552
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