Hey! Sie scheinen aus United States zu kommen, möchten Sie auf die Englisch Webseite wechseln?
Switch to Englisch site
Skip to main content

IoT, Industrie 4.0 und die Notwendigkeit von Industrial Ethernet

Industrial Ethernet: Strategien, Lösungen und Support

In Anbetracht des Wettlaufs bei der Entwicklung und Einführung neuer Technologien in der Fertigungs- und Prozessindustrie ist es eine interessante Tatsache, dass der Kern vieler Netzwerksysteme – einschließlich einiger der am weitesten fortgeschrittenen – auf einer Technologie basiert, die fast 45 Jahre alt ist – Ethernet.

1972 entwickelten Robert Metcalfe und seine Kollegen bei Xerox PARC das erste Ethernet-System, um verschiedene Computergeräte miteinander verbinden zu können. Nach einigem anfänglichen Zögern und Zweifeln – im Internet dokumentiert im berühmten „Xerox Ethernet Memo“ von Robert Bachrach – wurde das Protokoll schließlich 1976 patentiert und dann von Xerox zusammen mit einer Reihe von Industriepartnern weiterentwickelt. Es dauerte weitere 17 Jahre, bis die Kommunikationslösung schließlich 1989 zur IEEE-Norm wurde.

Zu dieser Zeit waren Token Ring und Token Bus die populären (proprietären) Wahlmöglichkeiten. Da Ethernet aber besser an die Marktanforderungen angepasst werden konnte und die allgemeine Entwicklung hin zur kostengünstigen Twisted-Pair-Verkabelung ging, mussten diese beiden Protokolle bald gegen die massenhaft auf den Markt geworfenen Ethernet-Produkte bestehen. Bis zum Ende der 1980er Jahre war Ethernet schließlich zum eindeutigen Marktführer geworden.

Das Protokoll ist seit seiner Einführung in den 1970er Jahren erheblich weiterentwickelt worden. Es ist nicht nur die erste Wahl für bürobasierte Netzwerke, sondern hat sich seitdem auch als ein enorm leistungsfähiges und robustes Protokoll sowie als entsprechende Infrastruktur für zahlreiche Industrienetzwerke erwiesen, unter anderem in der Fertigungs-, Prozess-, Öl- und Gas- sowie Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie.

Industrial Ethernet bietet zusätzlich zeitkritische Synchronisation und hohe Netzwerkzuverlässigkeit und -effizienz für Bewegungssteuerungs- und Sicherheitsanwendungen. Das Ethernet für industrielle Anwendungen erfordert im Vergleich mit Büroumgebungen robustere Steckverbinder und Kabel. Von noch größerer Bedeutung ist aber das erforderliche hohe Maß an Determinismus, das durch industriespezifische Protokolle wie PROFINET, EtherNet/IP und EtherCAT ermöglicht wird.

Mit dem Aufkommen von Industrie 4.0 und dem so genannten Internet of Things (IoT) – wo die nahtlose Verflechtung vom kleinsten Sensor bis zu Systemen auf Unternehmensebene und darüber hinaus erforderlich ist – wird vielleicht deutlicher, warum Industrial Ethernet zum De-facto-Standard geworden ist. Durch Determinismusfähigkeit, Echtzeitsteuerung und Sicherheitsfunktionalität in Verbindung mit Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s – wobei Glasfaservarianten die robuste und galvanisch getrennte Datenübertragung über Dutzende von Kilometern ermöglichen – ist die Zukunft von Ethernet praktisch garantiert. Seine Marktdominanz ist derartig stark, dass kaum jemand an seiner Zukunftsfähigkeit zweifeln würde.

Der Vorteil eines gemeinsamen Netzwerks – in der Regel unter Verwendung des dem Internet zugrundeliegenden TCP/IP-Protokolls – ist, dass alle Entitäten einer Organisation miteinander kommunizieren können. In der Vergangenheit wurde dies bis zu einem gewissen Grad durch verschiedene Übersetzungslösungen und Kommunikationsweichen erreicht. Durch zusätzliche Protokolle werden aber Komplexitäten, Verzögerungen und die Möglichkeit von Übertragungsfehlern eingebracht, was in den heutigen schnelllebigen und agilen technischen Bereichen nicht praktikabel ist.

Industrial Ethernet passt perfekt zu IoT und Industrie 4.0 und ist nach wie vor die bevorzugte Plattform für den Produktionsbereich. Ideale Anwendungsbereiche sind Bewegungs- und Maschinensteuerungen, bei denen sowohl Geschwindigkeit als auch Systemleistung entscheidend sind.

Die Haupttriebkraft dahinter ist der hohe Datenbedarf – insbesondere vor dem Hintergrund des Industrial Internet of Things (IIoT) – nicht nur für Echtzeitsteuerung, Automatisierung, Bewegungssteuerung und Sicherheit, sondern auch für die historische Trendanalyse und die Ergebnisplanung. Auch hier hat es bereits in der Vergangenheit entsprechende Möglichkeiten gegeben, aber nie über eine nahtlose Netzwerkinfrastruktur hinweg. Die Grundidee ist, dass jeder auf jeder Ebene einer Organisation auf alle Informationen zugreifen kann, um seine Aufgaben besser lösen zu können.

Ethernet wird im Mittelpunkt aller IIoT-Aspekte stehen und die Steuerung von Industrieanlagen, Infrastrukturen und Betriebsmitteln unterstützen. Da zahlreiche Zulieferer Ethernet-fähige Geräte wie Motoren, Wechselrichter, Sensoren, Encoder usw. anbieten, nimmt die intelligente vernetzte Fabrik inzwischen konkrete Formen an. Ethernet-fähige Geräte sind leistungsfähiger und bieten daher mehr Rendite.

Das bedeutet jedoch nicht, das bestehende Infrastrukturen von Anlagen und Einrichtungen übereilt ausgetauscht werden müssen. Es stehen andere Möglichkeiten zur Verfügung, bei denen Ethernet für die Nachrüstung bestehender älterer Installationen genutzt werden kann, um sie auf den neuesten Stand zu bringen. Weitere Informationen sind hier zu finden.

Kommunikation über Fabrikgrenzen hinaus

Die Kommunikationsfähigkeiten von Industrial Ethernet gehen weit über die Grenzen von Fabriken oder Bohrinselaufbauten hinaus. Informationen können in beide Richtungen über alle Ebenen der Wertschöpfungskette hinweg ausgetauscht werden, sodass z. B. eine Unternehmenszentrale in einem anderen Land auf Echtzeit-Bohrinformationen zugreifen oder ein Wartungstechniker, der sich sechs Zeitzonen entfernt befindet, die Feinabstimmung einer von seinem Unternehmen gelieferten Maschine vornehmen kann. Außerdem können traditionell getrennte Systeme wie industrielle Prozesse, Energieinfrastrukturen und Gebäudemanagementsysteme interagieren.

Um all diese Vorteile zu nutzen, sollten Unternehmen jetzt sinnvollerweise eine Ethernet-Strategie entwickeln. Dies ist kein Strohfeuer – mehr als 40 Jahre Entwicklung beweisen das. Da das IoT inzwischen in aller Munde ist, wird die Zukunft mit sehr großer Wahrscheinlichkeit Ethernet-basiert sein. Was können Unternehmen also tun?

Viele der führenden Automatisierungszulieferer verfügen bereits jetzt über erhebliche Ressourcen und Hilfsprogramme, um Unternehmen beraten zu können, die intelligente Fabriken oder vernetzte Betriebsabläufe einführen möchten. Viele bestehende Netzwerke sind organisch gewachsen, daher ist der Migrationspfad nicht immer fest umrissen. Es ist aber nicht so schwer, wie es möglicherweise erscheint. Durch die Trennung des Unternehmens oder Netzwerks in Primärknoten und Anwendungsbereiche sind Vereinfachungen möglich, da der Verkehr hinsichtlich der Datenmengen, Entfernungen und Geschwindigkeit leichter zu definieren ist und die physikalischen Netzwerkanforderungen (bzw. Einschränkungen) wie Drahtlosübertragung, Kupfer oder Glasfaser offensichtlich sind.

Dave Sutton von Schneider Electric gibt einen großartigen Überblick, was bei allen Ethernet-Implementierungsstrategien zu bedenken ist.

Nachdem das Gesamtnetzwerk bzw. die Gesamtarchitektur konzipiert worden ist, müssen die übertragenen Informationen näher betrachtet werden. Welche Prioritäten gibt es? Handelt es sich um sensible Informationen? Müssen die Informationen innerhalb des Unternehmens verbleiben? Dafür gibt es Soft- und Hardware-Lösungen. Mit speziellen Industriesicherheitspaketen kann Datenmissbrauch verhindert werden. Das kontinuierliche Management ist sehr wichtig, um sicherzustellen, dass das Netzwerk optimal funktioniert. Darüber hinaus wird Software benötigt, um die neue Datenflut auf sinnvolle Weise erfassen, zusammenfassen, entschlüsseln und verteilen zu können. Wie bereits erwähnt, wird dies neben entsprechenden Schulungen und weiterer Unterstützung von den meisten führenden Anbietern angeboten.

Favourite things are Family, Music and Judo. Also, I have the ability to retain and quote useless facts, something that pleases me but can annoy others. My engineering hero - Isambard Kingdom Brunel
DesignSpark Electrical Logolinkedin