Aufrufe
vor 3 Monaten

Industrielle Automation 4/2019

  • Text
  • Automation
  • Industrielle
Industrielle Automation 4/2019

INDUSTRIELLE

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION Daten-Highway 4.0 Planung einer zukunftsfähigen Netzwerkstruktur im Gigabit-Bereich 01 Beispielhafte Struktur eines durchgängigen Verbindungskonzeptes von der Automatisierung (OT) bis hin zur Büro-Ebene (IT) mit zentraler Management-Ebene dazwischen (IIT) Zum besseren Verständnis ein Vergleich: Stellt man sich ein Kommunikationsnetzwerk wie eine Autobahn vor, hat diese eine Grundauslastung mit Fahrzeugen (zyklischer Datenverkehr) sowie zu bestimmten Zeiten zusätzliche Last (azyklischer Datenverkehr; etwa Sensordaten, Energiemanagement, Bildverarbeitung oder ERP-Daten). Übersteigt der komplette Datenverkehr das zur Verfügung stehende Volumen, kommt es zum Datenstau an Knotenpunkten, Auf-/Ausfahrten, oder Ampeln. Im schlimmsten Fall sind die Switches (Ampeln), die für die Verteilung der Daten verantwortlich sein sollten, gezwungen, wegen mangelnden Speicher- oder Weiterleitkapazitäten einzelne Telegramme zu verwerfen. Netzwerküberlastung entgegenwirken Industrielle Netzwerke sind längst keine nach außen hin isolierten Einheiten mehr. Spätestens seitdem sich ethernetbasierte Kommunikationsarchitekturen mehr und mehr durchsetzen, steigt die Anzahl der vernetzten Geräte und damit das damit verbundene Datenaufkommen rasant an. Damit dies nicht die rechtzeitige Ankunft zeitkritischer Telegramme gefährdet, müssen die Netzwerkstruktur und die Leistungsfähigkeit der Infrastruktur an die neuen Anforderungen angepasst werden. Aktuell zeichnen sich zwei Verfahrensweisen ab, mit welchen man einer Netzwerküberlastung entgegenwirken will: Ein Ansatz sieht vor, innerhalb der Maschine bzw. Anlage TCP/IP-Kommunikation und Profinet zu trennen. Der andere strebt eine Vergrößerung der Bandbreite im Maschinennetzwerk durch den Einbau von Gigabit- Infrastrukturkomponenten an. Beide Ansätze erscheinen zunächst als zielführend, weil sie die momentanen Performance-Anforderungen erfüllen. Es ist jedoch bereits jetzt schon absehbar, dass diese Lösungsansätze dem steigenden Datenverkehr und auch dem zunehmenden Vernetzungsgrad in der Automatisierung (Operational Technology / Produktionsebene / OT) langfristig nicht standhalten werden. Nur ein generelles Umdenken in Bezug auf die Netzwerkstruktur inklusive eines proaktiven Netzwerkmanagements bietet Ansätze für eine langfristig stabile Kommunikation trotz steigenden Datenaufkommens. Im Ergebnis mehrerer zu dieser Thematik geführten Diskussionen mit Anwendern aus unterschiedlichen Produktionsbereichen zeichnet sich ab, dass zwischen OT und IT eine High-Performance- Gigabit-Kommunikationsebene eingeführt wird: Über diese industrielle Informations-Technologie (IIT) kann sowohl der hauptsächliche Anteil des TCP/IP-Datenverkehrs sowie die Maschine- Maschine-Kommunikation abgewickelt werden. Das eigentliche Maschinennetzwerk (OT-Ebene) erfährt dadurch eine Entlastung Karl-Heinz Richter, Geschäftsführer Marketing & Vertrieb, Christian Wiesel, Marketing, beide bei der Indu-Sol GmbH in Schmölln 46 INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2019

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION Switches für Routing, Filterung und die Erfüllung von QoS-Richtlinien sowie – auf höchster Ebene – Core Layer Switches für hohe Datenraten und hochredundante Weiterleitungen, an. Infrastrukturkomponenten neuester Generation 02 Die Switches von Indu-Sol zeigen dem Anwender in ihrem Webinterface Diagnosedaten zu beiden möglichen Ereignis-Ursachen und ermöglichen so eine zielgerichtete Ursachenforschung und somit Reserven, um den weiterhin steigenden Anforderungen an die Maschinensteuerung im 100 Mbit-Bereich gerecht werden. Switches – unmanaged versus managed Neben der Planung der Netzwerkstruktur und der Festlegung der Kommunikationsebenen ist ein weiterer wichtiger Aspekt die Auswahl der richtigen, der Applikation entsprechenden Netzwerkinfrastrukturkomponenten. Nicht selten erfolgt die Auswahl, z. B. bei Switches, ausschließlich nach dem Preis. Somit finden sich in den Maschinen- und Anlagennetzen noch eine große Anzahl von unmanaged Switches. Natürlich ist dagegen aus dem funktionalen Blickwinkel nichts einzuwenden – für eine portbezogene Diagnoseauskunft oder einen Topologiescan im Servicefall sind sie jedoch völlig ungeeignet. Zusätzlich ist bei der Auswahl von managed Switches darauf zu achten, welche Parameter für die Kommunikation zwischen Anwender und Ziel im Sinne von „Quality of Service“ (QoS/Dienstgüte) wie ausgeführt werden bzw. verfügbar sind. Typische Beispiele dafür sind Latenzzeit, Jitter, Paketverluste, Fehlertelegramme sowie Angaben zum Datendurchsatz. Wie in der IT bereits üblich werden die Switches nun auch in der OT künftig nach Leistungsklassen bzw. Ansprüchen der individuellen Anwendung im Sinne der Quality of Service ausgewählt werden müssen. Hierfür bietet sich eine Einstufung in Access Layer Switches zur Verbindung von Endgeräten und Servern, Distribution Layer Die Switch-Familie PROmesh von Indu-Sol reiht sich mit dem PROmesh P9 in den Access Layer und mit dem PROmesh P20 in den Distribution Layer ein. Gemäß der Zertifizierung für Profinet durch die Nutzerorganisation Profibus & Profinet International (PI) erfüllen diese Geräte die Anforderungen der Conformance Class B sowie der höchsten Netzwerklastklasse „Netload Class III“. Neben Ursachen im Netzwerk selbst können jedoch auch elektromagnetische Einflüsse aus dem unmittelbaren Umfeld der Datenleitungen Gründe für eine Beeinträchtigung der Datenkommunikation sein. PROmesh P9 und P20 überwachen deshalb ebenfalls die Belastung des Potentialausgleichs permanent. Zusammen mit den ermittelten Diagnosedaten (Portstatistiken) aus dem Netzwerk – Netzlast, Discards und Errors – ergibt sich eine automatisierte, lückenlose Netzwerk-Überwachung, sodass kein relevantes Ereignis verpasst wird und um gehend eine Benachrichtigung erfolgt. Basis für gezieltes Netzwerkmanagement Mithilfe eines Monitorings lassen sich alle Abweichungen bei der Überwachung von Vorgängen visualisieren und damit z. B. Netzwerkabnormalitäten in Form von Anomalien oder Netzwerküberlastungen in Form von Discards und Jittern schnell und zuverlässig erkennen. Die Monitoring-Software PROmanage NT von Indu-Sol liest automatisiert und zyklisch die Portstatistiken der managebaren Switches per SNMP-Abfrage aus und bündelt diese an einem zentralen Punkt – etwa der IIT-Ebene – zu einem Gesamtzustand. Ereignisse, die die Verfügbarkeit und Sicherheit des Netzwerkes beeinflussen, werden mit Zeitstempel protokolliert und in der so erstellten Datenbank minutengenau bis zu einem Jahr in die Vergangenheit verfügbar gehalten. Beim Auftreten von Ereignissen im Netzwerk erfolgt dann etwa per SNMP-Trap, E-Mail oder über eine OPC-Schnittstelle eine entsprechende Warnung an das übergeordnete Leitsystem. Der Bedarf an Daten aus Industrienetzwerken wächst kontinuierlich und mit ihm die Anforderungen an die Technologie. Deshalb müssen bisher gängige Netzwerkstrukturen überdacht und die Leistungsfähigkeit der Infrastruktur an die individuellen Anforderungen (Quality of Service) angepasst werden. Bilder: Aufmacher Fotolia; sonstige Indu-Sol www.indu-sol.com KOMPETENZ, DIE ELEKTRISIERT. WWW.EMTRON.DE ELEKTRONIK DISTRIBUTION MIT BERATUNGSEXPERTISE Wir verstehen Branchen und Anforderungen anwendungsbezogen und beraten unsere Kunden bei der spezifischen Auswahl von Stromversorgungslösungen herstellerunabhängig. EMTRON ist stets Ihr verlässlicher Partner bei der präzisen Bestimmung und schnellenINDUSTRIELLE Beschaffung AUTOMATION der optimalen 4/2019 Produkte. 47

AUSGABE