Vom Einzug von Industrial Ethernet-Standards wie Profinet in der Produktion versprechen sich Unternehmen zahlreiche Vorteile etwa bei bei Installation, Betrieb und Instandhaltung. Weitere Ansätze betreffen die vertikale Integration vom ERP-System bis zur Steuerung und die Vernetzung des Maschinenparks etwa für BDE und MDE. Doch gerade der Einsatz im Rahmen durchgehender Monitoring-Lösungen stellt Betriebe immer wieder vor Herausforderungen – nicht zuletzt aufgrund zahlreicher, teils konkurrierender Netzwerk- und Informationsstandards in den Werkhallen.

Bild: Trebing + Himstedt

Um die Vorteile moderner Industrial Ethernet-Netzwerke in vollem Umfang nutzen zu können, müssen tragfähige Konzepte für durchgehende Projektierung, Inbetriebnahme und laufenden Betrieb gefunden werden. Neben passenden Diagnose- und Dokumentationskonzepten gehört dazu eine ganzheitliche Fehleranalyse, die schnelle Fehlerbehebung ohne Expertenwissen gestattet und die laufende Inventur von eingesetzten Geräten und Netztopologie unterstützt. Dabei stellt die Aufgabentrennung zwischen klassischem Feldbussen und Industrial Ethernet immer wieder eine Hürde dar.

Bereits bei der Kommunikation in Anlagenbus, Feldbus für E/A Geräte, Feldbus für High Speed Motion Control und Feldbus für Safety-Funktionen bestehen zahlreiche Unterschiede, während etwa beim Anlagenbus als Datenautobahn zwischen MES/ERP-Systemen, HMI Stationen, Steuerungen und Maschinen schon seit fast zehn Jahren Ethernet mit herstellerspezifischen Varianten benutzt wird. Ein anderes Beispiel für den Ethernet-Einsatz ist die OPC-Kommunikation zwischen OPC-Client und -Server.

Bestehende Standards beschränken Erweiterung

Bei der klassischen Kommunikation zwischen Feldgeräten sind hingegen Feldbusse wie Profibus oder Interbus auf RS485-Basis Standard. Für High Speed Motion Control und Safety Lösungen gibt es Speziallösungen oder Erweiterungen von bestehenden Feldbussen wie Sercos oder Safety Bus P. Für den Anwender gibt es also eine klare Trennung zwischen den Systemen, den passenden Komponenten, der Datenkommunikation und den Kommunikationsnetzen. Auch einer beliebigen und schnellen Erweiterbarkeit waren praktische Grenzen durch die Busphysik und Protokollaufbau gesetzt. Die Anzahl der Kommunikationsteilnehmer bewegt sich in der Regel zwischen 10-25 Teilnehmern pro Netzwerk.

Alternative Industrial Ethernet

Industrial Ethernet bietet ganz andere Perspektiven. Die Technologie stellt eine zentrale Netzinfrastruktur für alle Kommunikationsarten, Anwendungsbereiche und Geräte zur Verfügung. Eine entsprechend ’switched‘ und ‚managed‘ Infrastruktur soll Leistung und Verfügbarkeit der Netzinfrastruktur sicherstellen. Bei Industrial Ethernet- oder Profinet-Installationen wird meist von mehr als 100 Geräten pro Netzwerk ausgegangen. Auch Installationen von bis zu einigen tausend Geräten sind heute in der Praxis, beispielsweise im Automobil-Rohbau durchaus üblich.

Der Erweiterbarkeit und dem Ausbau der Netzinfrastruktur sind wenig Grenzen gesetzt; die bekannten Grenzen aus der Feldbuswelt sind praktisch verschwunden. Doch die Fragen nach stabiler Kommunikation im laufenden Betrieb, hoher Verfügbarkeit, Überblick und Dokumentation zu tausenden von Feldgeräten bleibt bestehen, zudem müssen Wartung und Instandhaltung mit den Veränderungen der Anlage Schritt halten können. Industrial Ethernet-Netzwerke beiten den Vorteil, dass Anwender mit allen aus der Büro-IT bekannten Mechanismen wie SNMP, LLDP oder DCP zur Analyse des Netzzustandes und der Ermittlung der Topologie arbeiten können. Außerdem stehen leistungsstarke Protokollfunktionen zur Verfügung, um Informationen aus Geräten zur Kommunikationsqualität aktiv auszulesen.

Dank des webbasierten Überwachungskonzepts kann jederzeit und von jedem Ort auf die Diagnoseinformationen aller angeschlossenen Netzwerke zugegriffen werden. Bild: Trebing + Himstedt

Den Netzwerkzustand im Blick

Um laufend einen umfassenden Überblick zu behalten, empfiehlt sich die dauerhafte Überwachung des Netzwerkes. Die aus der Feldbuswelt bekannten ‚Protokollanalyzer‘ können jedoch nur Teile des Netzwerkes analysieren und sind deshalb für den dauerhaften Einsatz nicht geeignet. Außerdem benötigen sie Spezialwissen, das in der Regel in der Instandhaltung nicht vorhanden ist. Auf der anderen Seite sind typische IT-Werkzeuge aus Rechenzentren für die Netzwerkdiagnose nur bedingt geeignet. Auf der einen Seite bringt die Software hohe Komplexität mit sich, auf der anderen Seite werten die Anwendungen automationsspezifischen Protokollerweiterungen wie etwa Profinet nicht aus. Damit gehen wichtige Informationen verloren. Viele intelligente Automationsgeräte liefern über einen integrierten Webserver zwar hilfreiche Informationen zum Geräte- und Kommunikationsverhalten, allerdings muss sich der Anwender aus dutzenden verschiedener Geräten mit unterschiedlichen Ansichten, Bedienung und Informationen ein Bild machen. Ein ganzheitlicher Blick auf das Netzwerk ist auch auf diese Weise nicht möglich.

Werkzeuge für eine übergreifende Diagnose

Als neues Konzept stellt Trebing + Himstedt die Anwendungen TH Scope und TH Link zum aufwandsarmen Monitoring zur Verfügung. Die Lösung besteht aus Netzwerkzugang und webbasierter Software und verbindet zu Diagnose und Analyse des Netzwerkes die Vorzüge der Werkzeuge aus Büro-IT und Industrial Ethernet. Die Anwendung analysiert über Standardprotokolle beliebige Ethernet-Geräte und wertet zusätzlich etwa profinet-spezifische Dienste und Diagnosen aus. Mit der Netzkomponente TH Link können Anwender ein komplettes Class C- Netz überwachen, bei größeren Netzen arbeiten bei Bedarf mehrere dieser Überwachungsinstanzen zusammen. Dabei werden die Informationen aus allen Geräten zentral über einen Webbrowser bereitgestellt. Der Umweg über die Webseiten der verschiedensten Geräte entfällt. Zudem stehen die Informationen aus dem Netzwerk permanent bereit, auch wenn die Engineeringsysteme zur Projektierung nicht mehr zur Verfügung stehen. Als Folge erhält der Nutzer jederzeit einen Echtzeit-Überblick über die vorhandenen Geräte, Netztopologie, Netzwerkauslastung, vorhandenen Gerätediagnosen und vieles mehr.

Jederzeit im Zugriff

Das webbasierte Konzept gestattet außerdem, über einen Webbrowser von jeder HMI-Station oder jedem PC auf die Informationen zuzugreifen. Das bringt signifikante Vorteile bei Fehlersuche und vorbeugender Instandhaltung. Für die laufende Betreuung des Netzwerkes ist es zusätzlich wichtig, Veränderungen im Netzwerk jederzeit zu erkennen. Dafür arbeitet das System mit einer Funktion zur Ermittlung der Topologie und Inventur des Netzwerkes. Die Lösung kann jederzeit eine vollständige Geräteliste mit Hersteller, Firmwarestand, Bestellnummer und Gerätebezeichnungen auf Knopfdruck ermitteltn. Dafür werden neben Standardfunktionen auch Profinet I&M-Dienste benutzt. Problemstellen wie falsche Firmware-Versionen oder verwechselte Ports, die zu Kommunikationsproblemen führen, lassen sich so schnell erkennen.

Die Netzwerkanwendung liefert per Mausklick neben Kommunikationsstatus und Fehlermeldungen auch Geräteinformationen.

Software-gestützte Trends und Referenzabgleiche

Über die zugehörige Software TH Scope können Anwender zudem langfristige Trendanalysen und Versionsvergleiche gegen Referenzkonfigurationen ermitteltn. Auch die Erstellung von Abnahmeprotokollen ist möglich. Das ersetzt den häufig hohen manuellen Aufwand für die Erstellung und spätere Aktualisierung einer Dokumentation. Das Vorhalten einer aktuellen und vollständigen Dokumentation kommt insbesondere der Arbeit von Instandhaltungspersonal sowie externen Dienstleistern und Systemintegratoren zugute. Als Grundlage für Wartungs- und Erweiterungsprojekte beschleunigt ein entsprechendes, übergreifendes System die Fehlersuche und ermöglicht gleichzeitig sichere Anlagenerweiterungen.

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