Bild: Indu-Sol
Das Netzwerk als Performancefaktor der Automatisierung

Die Vernetzung von Maschinen und Anlagen nimmt auch in der Holzbranche stetig zu. Mit ethernetbasierten Netzwerken wie Profinet existiert eine komfortable Möglichkeit, Steuerungsbefehle des Automatisierungsprozesses und begleitenden Datenverkehrs über dasselbe Netzwerk zu übertragen. Doch welche Potenziale schlummern hier?

KARL-HEINZ RICHTER, 
Geschäftsführer Marketing & Vertrieb von Indu-Sol, Christian Wiesel, Marketing bei Indu-Sol


Aktuell zeichnen sich zwei Verfahrensweisen ab, um einer Netzwerküberlastung entgegenzuwirken: Ein Ansatz sieht vor, den zyklischen Datenverkehr des Automatisierungsprozesses (Profinet) und den azyklischen, prozessbegleitenden Datenverkehr (etwa TCP/IP-Kommunikation) innerhalb der Maschine/Anlage zu trennen. Der andere strebt eine Vergrößerung der Bandbreite im Maschinennetzwerk (OT-Ebene) durch den Einbau von Gigabit-Infrastrukturkomponenten an. Beide Ansätze mögen die momentanen Performanceanforderungen erfüllen. Aber schon heute ist absehbar, dass diese Lösungsansätze dem rasant steigenden Datenverkehr und dem zunehmenden Vernetzungsgrad in der OT-Ebene langfristig nicht gerecht 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 der industriellen Automatisierung (Operational Technology/OT) und der Informationstechnologie (IT) eine High-Performance-Gigabit-Kommunikationsebene eingeführt wird: Über diese industrielle Informationstechnologie (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 erhebliche Entlastung und somit Reserven, um den steigenden Anforderungen an die Maschinensteuerung im 100-Mbit-Bereich gerecht werden.

 

Infrastruktur nach Leistungsklassen auswählen


Neben der Planung der Netzwerkstruktur und der Festlegung der Kommunikationsebenen ist die Auswahl der richtigen, der Applikation entsprechenden, Netzwerkinfrastrukturkomponenten ein wichtiger Aspekt. Obwohl Switches in Profinet und Ethernet funktionsrelevante Komponenten und damit ausschlaggebend für die Netzwerkperformance sind, werden sie nicht selten nur nach dem Preis ausgewählt. Somit finden sich in den Maschinen- und Anlagennetzen noch eine große Anzahl von unmanaged Switches. Sie sind zwar ebenso wie managed Switches in der Lage, als intelligente Drehkreuze der Datenkommunikation eingehende Pakete an den passenden Empfänger weiterzuleiten. Spätestens jedoch, wenn die Ansprüche an ihre Funktionalität steigen – etwa die Bereitstellung von Diagnosedaten gewünscht wird oder eine automatische Erstellung des aktuellen Verdrahtungsplanes (Topologie) der Maschine/Anlage nötig ist –, kommt man an managed Switches nicht vorbei. In der IT ist die Auswahl von Infrastrukturkomponenten nach dem gewünschten Leistungsumfang (Dienstgüte beziehungsweise Quality of Service/QoS) heute eine Selbstverständlichkeit – und das, obwohl die Anforderungen an die Netzwerkverfügbarkeit in der Industrieautomation deutlich höher liegen.


NL_HOB_11_05_indusol_KAST.jpgTabelle 1: Leistungsklassifikationen von Infrastrukturkomponenten der IT-Ebene


Transferiert man die vorgenannte IT-Klassifizierung von Switches in die OT-Ebene, ist festzustellen, dass dort heute noch mehrheitlich Access Layer Switches in der Maschine verwendet werden, obwohl die Kommunikationsbeziehungen an manchen Stellen durchaus bereits einen Distribution Layer Switch erfordern würden. Mit Access-Layer-Infrastrukturkomponenten können QoS-Parameter jedoch nicht erfüllt werden. Auch deshalb sind in einer High-Performance-Umgebung mindestens Distribution-Layer-Infrastrukturkomponenten nötig.

 

Infrastrukturkomponenten neuester Generation


Die Switch-Familie Promesh von Indu-Sol reiht sich mit dem Promesh P9 in den Acces 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‘ und der höchsten Netzwerklastklasse ,Netload Class III‘. Beide Switches verfügen zudem über das bislang einzigartige Feature der integrierten Ableitstromüberwachung. Im industriellen Maschinenumfeld können Störungen durch höherfrequente Leistungselektronik mitunter ungewollte Ströme auf den Schirmen von Datenleitungen provozieren, weshalb es die Belastung des Potenzialausgleichs permanent zu überwachen gilt. Zusammen mit den ermittelten Diagnosedaten (Portstatistiken) aus dem Netzwerk – Netzlast, Discards und Errors – leisten beide Switches eine automatisierte, lückenlose Überwachung der OT-Netzwerke, sodass kein relevantes Ereignis verpasst wird und umgehend eine Benachrichtigung erfolgt. Der Promesh P20 verfügt zudem über eine integrierte Routingfunktionalität, dank derer einzelne Kommunikationsverbindungen zwischen verschiedenen Netzwerken zugelassen oder verboten werden können.

 

Zentrales Monitoring als Basis für gezieltes Netzwerkmanagement


Unabhängig davon, welche Netzwerkstruktur in der Industrieautomation heute gewählt wird, spielt das Thema Netzwerkmonitoring im OT-Bereich bestenfalls am Rande eine Rolle. Während in der IT derzeit kein Netz ohne Überwachung und verantwortlichen Administrator mehr in Betrieb genommen würde, endet diese Grundhaltung oft am Hallenswitch. Dabei bilden aktuelle und historische Zustandsdaten zum Netzwerk die unverzichtbare Basis jeglichen Netzwerkmanagements. Das Netzwerkmonitoring hat hier grundsätzlich die Aufgabe, bei der Überwachung von Vorgängen alle Abweichungen zu visualisieren und damit zum Beispiel Netzwerkanomalien zu erkennen.


Unabhängig davon, welche managed Switches der Anwender einsetzt: Die Monitoringsoftware 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 ein Jahr lang verfügbar gehalten. Beim Auftreten von Ereignissen im Netzwerk erfolgt eine entsprechende Warnung an das übergeordnete Leitsystem. Zudem ist eine Tiefenanalyse bis auf das einzelne Gerät möglich.

 

Technologiewandel aktiv begegnen


Der Bedarf an Daten aus Industrienetzwerken wächst kontinuierlich und mit ihm die Anforderungen an die Technologie. Deshalb ist es notwendig, sich schon heute Gedanken über eine zukunftsfähige Netzwerkstruktur zu machen. Dabei gibt es natürlich keine Pauschallösung, da stets individuelle Bedürfnisse zu berücksichtigen sind. Als herstellerunabhängiger Praxispartner steht Indu-Sol Anwendern während des gesamten Lebenszyklusses ihrer Netzwerke mit Know-how und Dienstleistungen zur Seite und sieht sich als Schlüssellieferant für eine Kommunikationsinfrastruktur, die an die veränderten Bedürfnisse zukunftsgerichteter Automatisierung angepasst ist.

www.indu-sol.com

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