INDUSTRIELLE AUTOMATION 1/2023

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION ETHERNET-SWITCHES FÜR ANSPRUCHSVOLLE ANWENDUNGEN ROBUST UND ZUVERLÄSSIG Ethernet-Switches für industrielle Anwendungen müssen besondere Eigenschaften wie erweiterte Temperaturbereiche, robuste Gehäuse, eine leistungsfähige Kommunikation und einen zuverlässigen Datentransfer erfüllen. Wir stellen Ihnen eine Auswahl an Managed und Unmanaged Switches mit Kupfer- und SFP-Glasfaserports, Fast Ethernet und Gigabit, Alarmrelais und redundanten Spannungsversorgungen vor, die unterschiedlichsten Anforderungen gerecht werden. Im Jahr 1983 standardisierte das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) eine Familie von Technologien, die als Ethernet bekannt sind. Der anfängliche Ethernet-Standard erlaubte es Geräten, bis zu 10 Mbit/s über ein gemeinsames Koaxialkabel zu übertragen. Seitdem haben sich Computernetzwerke weiterentwickelt, und das Ethernet mit ihnen. Heute kann das Ethernet Datenübertragungsraten von 400 Gbit/s erreichen. Die Übertragung erfolgt entweder als elektrische Signale über Kupferdrähte oder als Lichtimpulse über Lichtwellenleiter. Das moderne Ethernet nutzt keine gemeinsamen Kabel mehr. Die Übertragung erfolgt paketvermittelt. In einem Paketvermittlungsnetzwerk ist jedes Gerät mit einem Netzwerk-Switch verbunden. Während ein gemeinsam genutztes Kabel nur die Übertragung von einem einzelnen Gerät ermöglicht, ermöglicht ein Paketvermittlungsnetzwerk die gleichzeitige Übertragung von jedem Gerät. Während jedes über ein gemeinsam genutztes Kabel übertragene Datenpaket notwendigerweise an jedes andere Gerät gesendet wird, stellt ein Paketvermittlungsnetzwerk sicher, dass jedes Datenpaket nur an die vorgesehenen Empfänger gesendet wird, was die allgemeinen Bandbreitenanforderungen an Netzwerke erheblich reduziert. VERBESSERUNGEN AM ETHERNET VORGENOMMEN Neben besseren Datenübertragungsraten und Paketvermittlung wurden auch viele weitere Verbesserungen am Ethernet vorgenommen. So hat die IEEE 2003 z. B. eine Methode zur Übertragung von sowohl Daten als auch Strom über ein einziges Twisted- Pair-Kupferkabel standardisiert. Dieser Standard, 802.3af, wird als Power over Ethernet (PoE) bezeichnet und ist um zwei zusätzliche Aktualisierungen erweitert worden: 802.3at und 802.3bt. Durch jede Aktualisierung hat sich die Strommenge erhöht, die Geräte verbrauchen können, wodurch es möglich wurde, immer anspruchsvollere Geräte über PoE mit Strom zu versorgen. Protokolle zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Ethernet-Netzwerken wurden ebenfalls hinzugefügt. Virtuelle lokale Netzwerke (VLAN) ermöglichen es Netzwerkadministra toren, ihre Ethernet-Netzwerke in isolierte Segmente zu unterteilen. Das Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) bietet eine Möglichkeit, redundante Pfade in einem Ethernet-Netzwerk zu installieren, ohne dass Netzwerkschleifen entstehen. 802.1X bietet eine port basierte Netzwerkzugriffskontrolle, durch die sichergestellt wird, dass nur autorisierte Geräte eine Verbindung zu einem Netzwerksegment herstellen können. Neben der Kommunikation in einem Netzwerksegment, ermöglicht das Ethernet auch eine gemeinsame Grundlage, auf der viele Internetprotokolle aufgebaut sind. Für den Datenaustausch zwischen verschiedenen Netzwerken werden die gängigen TCP/ IP-Protokolle (Transmission Control Protocols) und UDP/IP- Protokolle (User Datagram Protocols) verwendet. Die Übertragung innerhalb eines Netzwerksegments erfolgt üblicherweise durch Einschluss von TCP/IP- und UDP/IP-Paketen innerhalb von Ethernet-Frames. 24 INDUSTRIELLE AUTOMATION 2023/01 www.industrielle-automation.net

INDUSTRIELLE KOMMUNIKATION PROTOKOLLE FÜR DIE INDUSTRIE- AUTOMATISIERUNG ANGEPASST Das Ethernet hat sich als so effektiv erwiesen, dass sogar Protokolle für die Industrieautomatisierung an das Ethernet angepasst wurden. EtherCAT ist ein Industrieprotokoll, das Ethernet- Frames direkt nutzt. Profinet nutzt das Ethernet direkt für Echtzeit-Telegramme, und seine azyklischen Daten, die UDP/IP nutzen, werden üblicherweise in Ethernet-Frames zur Übertragung innerhalb eines Netzwerksegments eingeschlossen. Auf die gleiche Weise nutzt EtherNet/IP nur TCP/IP und UDP/IP direkt und schließt seine Pakete in Ethernet-Frames zur Übertragung in einem Netzwerksegment ein. Mit dem Aufkommen von Ethernet-basierten Protokollen für Industrieautomatisierung geht ein Bedarf an Ethernet-Hardware einher, die auf eine problemlose Nutzung in rauen Umgebungen, wie ausgelegt ist. Ethernet-Geräte, die für den Einsatz in Privathaushalten und Bürogebäuden entwickelt wurden, sind für eine solche Aufgabe nicht robust genug. FABRIKEN STELLEN BESONDERE ANFORDERUNGEN SELBST IN RAUEN UMGEBUNGEN SORGEN DIE SWITCHES FÜR EINE HOHE VERFÜGBARKEIT In Bürogebäuden herrscht normalerweise eine Temperatur von 20 bis 24 °C und die Luft ist frei von Schmutz, großen Staubmengen oder spritzenden Flüssigkeiten. In Fabriken sind die Bedingungen jedoch andere. Diese verfügen meist über keine Klimatisierung und die Temperaturen in Innenbereichen können im Sommer leicht über 38 °C steigen. Selbst wenn eine Fabrik klimatisiert wird, sind extreme Temperaturen oft eine gewollte Eigenschaft der Fabrikanlagen. Einige Fabriken in der Lebensmittelindustrie arbeiten mit Gefriertechniken. Alle Geräte, die in diesen Gefrierkammern verwendet werden, müssen für den Betrieb bei Gefriertemperaturen ausgelegt sein. Andere Fabriken wie Stahlwerke nutzen Ausrüstung, die große Mengen an Wärme erzeugt. Alle Geräte, die in der Nähe solcher Anlagen installiert sind, müssen für den Betrieb bei hohen Temperaturen ausgelegt sein. Nicht jeder Arbeitsschritt geschieht in den Innenräumen der Fabriken. Ethernet-Geräte befinden sich oft außerhalb von Fabrikgebäuden und müssen in der Lage sein, während eisiger Winter, sengend heißer Sommer und allem dazwischen zu funktionieren. Neben den unterschiedlichsten Temperaturbereichen sind Fabriken einfach nicht so sauber wie Bürogebäude. Fabriken sind oft staubig. In der Luft können sich Schmutzpartikel befinden. Möglicherweise werden Sprühflüssigkeiten verwendet. Geräte, die für den Einsatz in Fabriken entwickelt wurden, müssen diesen Gefahren ebenfalls standhalten. Pepperl+Fuchs ist ein langjähriger Innovator im Bereich der Industrieautomatisierung und das Produktportfolio des Herstellers umfasst viele Ethernet-Geräte. Durch diese umfangreiche Erfahrung hat Pepperl+Fuchs Einblicke in moderne Ethernet-Netzwerke erhalten, die zur Fabrikautomation eingesetzt werden. In erster Linie sind moderne Ethernet-Netzwerke Paketvermittlungsnetzwerke, für die man Netzwerk-Switches benötigt. Aber nicht jeder Switch ist für raue Betriebsumgebungen geeignet. Um den Anforderungen der Fabrikautomation gerecht zu werden, hat Pepperl+Fuchs die robusten Ethernet-Switches der RocketLinx-Familie auf den Markt gebracht. ROBUSTE ETHERNET-SWITCHES FÜR ANSPRUCHSVOLLE ANWENDUNGEN Die RocketLinx-Switches sind für den Betrieb in einer Vielzahl von Umgebungen ausgelegt. Daher können die meisten Switches aus der Produktreihe bei Temperaturen von -40 bis 75 °C eingesetzt werden. Zudem verfügen alle RocketLinx-Switches mindestens über die Schutzart IP30. Der ICRL-U-8M12-G60 verfügt über Schutzart IP67 und eignet sich daher für staubige Umgebungen und Umgebungen mit spritzenden Flüssigkeiten. Mit der RocketLinx-Familie wollte Pepperl+Fuchs nicht nur die Fabrikumgebung selbst, sondern auch die unterschiedlichen Komplexitäten in Ethernet-Netzwerken in der Fabrik berücksichtigen. Aus diesem Grund enthält die Produktreihe sowohl unmanaged als auch managed Switches. Viele Maschinen in Fabriken bestehen aus mehreren Komponenten. Diese Komponenten werden zunehmend über Ethernet miteinander verbunden. In der Regel sind diese Netzwerke einfach und bestehen nur aus einer Handvoll Geräte. Unmanaged Switches eignen sich gut für diese Netzwerke. Ein unmanaged Switch ist klein, kostengünstig und einfach zu installieren. FABRIKNETZWERKE MÜSSEN ZUVERLÄSSIG UND SICHER SEIN Während die einzelne Maschine in einer Fabrik einfache Netzwerke enthalten kann, kann ein modernes Fabriknetzwerk aus Hunderten von Geräten bestehen. Fabriknetzwerke sind aber nicht nur groß, sondern auch äußerst wichtig für die Fabrik. Netzwerkausfälle können zu erheblichen Umsatzeinbußen führen. Daher sind Zuverlässigkeit und Sicherheit für ein Fabriknetzwerk von größter Bedeutung. Managed RocketLinx-Switches unterstützen eine Reihe von Zuverlässigkeits- und Sicherheitsprotokollen, darunter VLANs, RSTP und 802.1X. Zusätzlich kann mit managed RocketLinx- Switches auch kritischer Netzwerkverkehr wie Profinet und EtherNet/IP gegenüber unkritischerem Netzwerkverkehr wir OPC UA oder MQTT priorisiert werden. Managed RocketLinx- Switches ermöglichen zudem eine bessere Bandbreitennutzung durch die Unterstützung von Multicast über das Internet Group Management Protocol (IGMP) und Jumbo Frames. Durch all diese Eigenschaften eignen sich managed Switches der RocketLinx- Familie für den Aufbau von komplexen Netzwerken, die höchste Anforderungen an die Verfügbarkeit stellen. Bilder: Pepperl+Fuchs www.pepperl-fuchs.com UNTERNEHMEN Pepperl+Fuchs SE Lilienthalstraße 200 68307 Mannheim Tel: 0621 776-0 E-Mail: info@de.pepperl-fuchs.com AUTOR Chris Burg, Produktmanager, Pepperl+Fuchs SE, New Brighton www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 2023/01 25