Schnelle Industrial Ethernet Switches in der Paketsortierung – Informationsbasierte Prozesssteuerung mit ausfallsicherer Redundanz

Die Deutsche Post AG betreibt hierzulande insgesamt 33 große Paketzentren, die alle mehr oder weniger identisch aufgebaut und ausgerüstet sind. In einem Bereich mit vier bis fünf Vorsortern werden die angelieferten und von den Annahmestellen mit einem Barcode-Label versehenen Pakete in das Zentrum aufgenommen. Die Vorsorter verteilen sie auf einen der beiden Hauptsorter. Von dort gelangen sie über Rutschen je nach Adresse zu einer Endstelle, wo sie von Hand in sogenannte Wechselkoffer verpackt und dann per Lkw abtransportiert werden. Auf dem Weg zum Empfänger läuft jedes Paket dann ein zweites Paketzentrum an, es sei denn, Abgangs- und Zielort liegen im regionalen Versorgungsbereich des gleichen Paketzentrums. Label und Adresse auf dem Paket sind der Schlüssel zur zielgerichteten Sortierung. Im Vorsorter durchfährt jedes Paket eine Kamerastation, an der die Labelnummer und die Adresse gelesen und miteinander verknüpft werden. So ermittelt das System, welches Paketzentrum für die Auslieferung zuständig ist. Scanner an den Kippschalensortern lesen abermals die Labelnummer und sorgen so für die endgültige Verteilung auf die richtigen Endstellen. In sämtlichen dieser Paketzentren musste die Deutsche Post AG ab dem Jahr 2006 einen Teil der Automatisierungs- und Netzwerktechnik erneuern. Den Zuschlag als Generalunternehmer für das Projekt, einschließlich Servicekonzept und Netzwerkmanagement in einem Rundum-sorglos-Paket, erhielten die Experten für Infrastrukturlogistik und Postautomation der Siemens AG. Die Geschäftseinheit, die heute zur Mobility Division des Konzernsektors Industrie gehört, ist auf die Beratung, Entwicklung und Realisierung logistischer Lösungen für Postunternehmen, Paket-, Express- und Kurierdienste spezialisiert. Hochredundante Hochgeschwindigkeitsringe Neben der Umrüstung aller Steuerungen auf Controller der Generation Simatic S7 von Siemens enthielt der Auftrag eine komplette Neuauslegung der Netzwerkarchitektur. Im Bereich der Prozesssteuerung – als Herzstück der Verteillogik – kann ein Höchstmaß an Verfügbarkeit wirtschaftlich nur mit zuverlässiger Redundanz für den Betrieb gewährleistet werden. \“Zu diesem Zweck musste das bestehende, weitgehend aus nicht-industriellen Hubs zusammengesetzte Netzwerk in den Zentren durch eine auf aktuellen Standards basierende Architektur ersetzt werden, die den unterschiedlichen und auch zukünftigen Anforderungen der Netzteilnehmer wesentlich besser gerecht wird\“, sagt Projektleiter Michael Märtl von Siemens. Dies betraf zum einen die erforderlichen Übertragungsgeschwindigkeiten, zum anderen die Redundanzfähigkeit und Parametrierbarkeit der Switches. Es wurde daher eine Lösung aus zwei redundanten Industrial-Ethernet-Ringen mit den Industrial Ethernet Switches Scalance X von Siemens realisiert. Der eine Ring verbindet als Gigabit-Ring mit High Speed Redundancy (HSR) die Endgeräte im Vorsorterbereich mit dem Netzwerk der Lese- und Prozessleittechnik. Der zweite ist als unterlagerter 100Mbit-Ring redundant an den Gigabit-Ring angeschlossen und integriert die Endgeräte der Hauptsorter und Endstellen sowie der Bereiche Sperrgut, Disponentenraum und Betriebstechnik – also Steuerungen, Scanner, Codierterminals, Labeldrucker usw. mit geringeren Übertragungsbandbreiten. Der Einsatz von intelligenten Switches anstelle einfacher Hubs ist ein probates Mittel zur Lastentkopplung bzw. Segmentierung verzweigter Netzwerke. Dies bedeutet, dass der lokale Datenverkehr in jedem Segment unabhängig von demjenigen in den anderen Segmenten, also zeitgleich, stattfinden kann. Das erhöht die Verfügbarkeit. High Speed Redundancy ist ein spezielles Verfahren von Siemens zur Redundanzsteuerung, das bei Fehlern im Ring, wie Kabelbruch oder dem Ausfall eines Switches, Rekonfigurationszeiten von maximal 300ms sicherstellt. So wird verhindert, dass Endgeräte die Kommunikation verlieren, der Prozess unkontrolliert weiterläuft oder die Anlage notabgeschaltet wird. Standby-Funktion und integrierter Redundanzmanager In jedem Vorsorter ist als Switch ein Scalance X408-2 von Siemens mit vier Gigabit-Ports im Einsatz. In diesem Segment stellt insbesondere die Bildaufnahme und -übertragung zur Adressfeldidentifikation und Texterkennung (Optical Character Recognition, OCR) erhöhte Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Switches. Zwei der Geräte dienen zudem als Uplinks zu den wiederum redundant ausgeführten, überlagerten Core Switches für die Anbindung des Gigabit-Rings an die Prozessleittechnik, die Bildverarbeitung und weiter ins Firmennetz der Deutschen Post. Die Switches des Typs Scalance X408-2 beherrschen zu diesem Zweck nicht nur das standardmäßige Spanning Tree Protocol (STP) gemäß IEEE-Standard 802.1D, sondern auch das Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP, IEEE 802.1W). Ersteres bildet aus vermaschten Systemen eine offene Baumstruktur. Dazu werden bestimmte Verbindungen auf Standby geschaltet, um zu verhindern, dass Datenpakete im Netz kreisen. Letzteres sorgt dabei für eine besonders schnelle Verständigung. Im 100MBit/s-Ring arbeiten zwölf bis 15 \’managed Switches\‘ vom Typ Scalance X204-2, die über vier elektrische und zwei optische Ports verfügen und im Zusammenspiel mit ihren großen Brüdern der Baureihe X-400 eine hochverfügbare Ringredundanz ermöglichen. Entscheidend dafür ist der integrierte Redundanzmanager, der die Netzfunktion kontinuierlich überwacht und ggf. innerhalb von tzt.\“ Baulich zeichnen sich beide Switchtypen durch ihr platzsparendes Gehäuse aus. Sie lassen sich wahlweise auf 35mm-Standardhutschiene, auf Simatic-S7-300-Profilschiene oder direkt an die Wand montieren. Ihr Haltekragenkonzept sorgt in Verbindung mit profinetkonformen Anschlusssteckern des Typs FastConnect RJ45 von Siemens für eine industriegerechte Zug- und Biegeentlastung. Durchgängigkeit aus einer Hand