Das Ethernet, so wie es heute bekannt ist, wurde und wird als Kommunikationsstandard in homogenen Office-Landschaften verwendet. Hier unterliegt es gewissen Randbedingungen, die aber im Office-Alltag nicht weiter als störend empfunden werden – z.B. bei nur kurzzeitigem Ausfall des Netzwerkes. Die Büroumgebung toleriert einen Wiederanlauf (Reboot) im Netzwerk, eine Automatisierungsanlage in der Fabrik oder im Prozess toleriert diesen nicht. Für den Einsatz in industrieller Umgebung wurde das Ethernet deshalb um wesentliche Funktionen wie Echtzeitfähigkeit und Prozesssicherheit erweitert. Industrial Ethernet ist anders, aber im \’Kern\‘ immer Ethernet Die Standard-Ethernet-Netzkomponenten im Office-Bereich werden meist in IT-Schaltschränke verbaut und befinden sich in klimatisierten Räumen oder finden ihre Anwendung im Home-Office-Bereich. Anders ist das bei Industrie-Ethernet-Netzkomponenten. Sie befinden sich meist in Schaltschränken vor Ort und müssen nicht selten Temperaturen von -40 bis +70°C, in Extremfällen sogar +85°C überstehen. Auch spielen meist höhere EMV-Belastungen, Staub und Schmutz eine wesentliche Rolle und beeinflussen die Lebensdauer der Industrie-Ethernet-Netzkomponenten. Der Einsatz von Industrial Ethernet in Automatisierungsnetzwerken brachte auch eine industriegerechte Verkabelungstechnik mit sich. Mit dieser Verkabelungstechnik ist eine schnelle Konfektion und Inbetriebnahme vor Ort möglich. Mit der Unterstützung der Übertragungsraten von 10/100/1.000MBit/s setzt das Industrial Ethernet auf denselben technologischen Stand wie das Standard-Ethernet, aber es bietet die Möglichkeit, auch harte Echtzeitanforderungen durch Soft- und Hardwareanpassungen zu lösen. Zu den zusätzliche Erweiterungen zum Standard-Ethernet zählt die Verbesserung der Verfügbarkeit von Netzwerken: Die Redundanzfunktionalität umfasst die Ringredundanz und Standby-Kopplungen. Außerdem bietet Industrial Ethernet eine einfache Überwachung der Netzkomponenten über Meldekontakte und LED-Anzeigen vor Ort sowie erweiterte Montagemöglichkeiten der Netzkomponenten in der Anlage durch verschiedene Gehäuse. Einfach erweiterbare Netzstrukturen Die klassischen IT-Netze sind üblicherweise in Stern- oder Baumstruktur aufgebaut. Diese Strukturen lassen es zu, möglichst viele Teilnehmer auf engem Raum anzuschließen. Projiziert man diese Struktur des IT-Netzes auf eine Automatisierungs-/Industrieanlage, ist es immer noch möglich, auch hier neue Teilnehmer anzuschließen, aber der Verkabelungsaufwand ist häufig sehr hoch, da eine Industrieanlage in den meisten Fällen eine größere Flächenausdehnung gegenüber einem Bürogebäude besitzt. In einer Industrieanlage ist es daher ratsam, stärker auf eine Ring- oder Linienarchitektur zu setzen. Mit diesen Netz-Strukturen ist zu einen der Verkabelungsaufwand niedriger, zum anderen erhöht sich die Verfügbarkeit des Ethernet-Netzes. Die Siemens AG bietet hier beispielsweise \’Industrial Ethernet Switches\‘ mit der Ringfunktion in den Produktfamilien Scalance X, aber auch Kommunikationsprozessoren für speicherprogrammierbare Steuerungen Simatic S7 mit integriertem Switch. Switches und Endgeräte können auch direkt, also in Linienstrukturen, an eine CPU Simatic S7-300 oder Simatic S7-400 angeschlossen werden. Somit können die industriellen Ethernet-Netzkomponenten das bekannte Meldesystem der Simatic nutzen. Beispiele hierfür sind die Funktionen \’Systemfehler melden\‘ sowie \’Profinet-Diagnose\‘. Um die Verkabelungskosten in einem Automatisierungsnetz bei nach wie vor hoher Anschlussqualität weiter zu senken, wurden vor Ort konfektionierbare Verkabelungssysteme wie Fast-Connect von Siemens entwickelt. Das vereinfacht es dem Anwender, schnell und sicher Ethernet-Kabel und -Stecker individuell der Anlage vor Ort anzupassen. Das spart Kosten während der Installationsphase und der Inbetriebnahme. Robuste Gehäuse und einfache Montage Geräte für ein IT-Netz haben in den meisten Fällen eine 19\“-Rackbauform, bestehen aus Metall und sind für den Einbau in 19\“ breite IT-Schaltschränke geeignet. Für den Home-Office-Bereich bestehen die Gehäuse meist aus preisgünstigem Kunststoff, denn deren äußere Form wird durch teils modisches Design und besonders günstige Großserienfertigung geprägt. Im industriellen Bereich sind aber vor allem kompakte und robuste Gehäuse für Schaltschränke gefragt. Zudem kommen in Leitwarten, wo viele Datenströme zusammenlaufen, 19\“-Rackswitches mit hoher Anschlussdichte zum Einsatz. Ergänzend dazu gibt es Geräte mit robustem Kunststoffgehäuse für einfache Netze in weniger rauer Industrieumgebung. Elektromagnetische und klimatische Bedingungen Industrielle Ethernet-Netzkomponenten sind oft rauen klimatischen Bedingungen ausgesetzt, beispielsweise extremen Temperaturen. Im Gegensatz zu Standard-Ethernet-Netzkomponenten sind industrielle Ethernet-Netzkomponenten meist lüfterlos aufgebaut. Das spart Kosten für die Klimatisierung der Schränke und für die Wartung der Gerätelüfter. Industrielle Netzkomponenten werden zusammen mit Transformatoren oder Motoren oder zumindest häufig in deren Nähe installiert, z.B. neben Niederspannungsverteilern oder in Windenergieanlagen (Bild 3), speziell in der Enge von Offshore-Windparks. Diese Montagesituation erzeugt eine elektromagnetische Belastung, der Netzwerkkomponenten im Büroumfeld oder Heimnetzwerken nicht ausgesetzt sind. Mit dem Einsatz von Industrie-Ethernet-Netzkomponenten steigen die Robustheit und die Verfügbarkeit der Anlage. Durch Kosteneinsparungen durch längere Laufzeiten und weniger Energieverbrauch werden die Mehrkosten für industrielle Netzkomponenten mehr als kompensiert. Die industrielle Kommunikation hat den vorhandenen und feldbewährten, weltweit gültigen Kommunikationsstandard Ethernet ergänzt und ihn über ihre Spezialfunktionen inzwischen auf die Industrieautomatisierung ausgedehnt, sodass deren Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit und Sicherheit in Fabrik und Prozessautomatisierung zuverlässig entsprochen werden kann.
Siemens AG
