Jan 08 2018

Der Switch für die Automatisierungsbranche

Einfache Handhabung trotz hoher Funktionalität

Im Zuge von Industrie 4.0 kommt dem Netzwerkmanagement einschließlich der Überwachung auf Stabilität und Sicherheit eine wesentlich größere Bedeutung zu, als ihm derzeit in der Automatisierung beigemessen wird. Durch die Weiterentwicklung des IEEE 802.XXX-Standards wird die Ethernet-Kommunikation in vollem Umfang Einzug in die Automatisierung halten. Mit Time-Sensitive Networking (TSN) werden vielschichtige Anwendungen gleichzeitig ablaufen, die SPS verliert ihre zentrale Stellung in der Netzwerküberwachung und das Netzwerk wird Mittel zum Zweck. Das heißt: Seine Funktionalität, Sicherheit und Zuverlässigkeit werden von den Anwendungen vorausgesetzt und deshalb nicht gesondert unterstützt. In diesem Zusammenhang wird dem Switch künftig eine zentrale Rolle zukommen, welche viele der derzeit am Markt verfügbaren nicht erfüllen.

Steuern & Überwachen
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Karl-Heinz Richter, Geschäftsführer für Marketing & Vertrieb Indu-Sol GmbH, beschreibt die sich verändernden Anforderungen an Infrastrukturkomponenten in Automatisierungsnetzwerken und den Lösungsansatz von Indu-Sol. (Quelle: Indu-Sol)

Die Netzwerkexperten von Indu-Sol haben in den vergangenen Jahren Trends in der industriellen Kommunikation oft frühzeitig erkannt und Forderungen nach Qualitätsparametern und deren Einhaltung maßgeblich mitgeprägt. Ziel ist es dabei stets, die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit industrieller Datenkommunikation sicherzustellen – auch und erst recht unter den Bedingungen einer hochvernetzten Produktion. Die scheinbar unbegrenzten neuen Möglichkeiten der Datenkommunikation, die steigende Bandbreite und niedrige Latenzen sollten uns Anwender aber nicht davon abhalten, gewohnte Selbstverständlichkeiten in Bezug auf standardisierte Diagnosen – „Maintenance Signals“ – sowie die Notwendigkeit eines umfangreichen Netzwerk-Monitorings weiterhin einzufordern. Im Zuge von Industrie 4.0 stellt sich Indu-Sol die Frage, welchen Einfluss die absehbare Technologieentwicklung auf Stabilität und Zuverlässigkeit der Kommunikation haben wird und für welche Situationen im Netz es kurz-, mittel- und langfristig neuer Lösungen bedarf.   

Fortschritt stellt erhöhte Anforderungen 

Bislang werden in den meisten Fällen der industriellen Automation Maschinen- und Hallennetz noch getrennt betrachtet. Im Zuge von Industrie 4.0 wird es hier immer stärker zu einer Verschmelzung kommen. Karl-Heinz Richter (Bild 1), Geschäftsführer für Marketing & Vertrieb Indu-Sol GmbH, erwartet in diesem Zusammenhang einen Trend: „Trotz sichtbarem Gerangel um Zuständigkeiten verschmilzt die Informationstechnologie (IT) zunehmend mit der Automatisierung (OT – Operational Technology), wobei die Verantwortlichen noch immer um eine gewisse Abgrenzung bemüht sind. Es ist abzusehen, dass mittelfristig Strukturen und Performance der Kommunikationsnetze von den Anwendern vorausgesetzt werden und dass die Themen Betreuung, Wartung und Pflege von externen Dienstleisternübernommen werden. Sprich: Die Verantwortung und somit Sicherstellung der Verfügbarkeit wird ausgelagert, wie wir das in der IT heute schon sehen. Der Wandel hat eingesetzt und es gilt, sich darauf vorzubereiten.“ Mit dem Switch PROmesh P9, den Indu-Sol auf der SPS IPC Drives 2017 in Nürnberg präsentierte, legt das Technologieunternehmen den Grundstein dafür, dieser Entwicklung zu begegnen (Bild 2, Kastentext 1).

Warum jetzt noch ein Switch, wo doch schon so viele am Markt erhältlich sind?      

Die Entwicklung des Switches PROmesh P9 bildet die Basis für eine völlig neue Generation Infrastrukturkomponenten, die neben der Steuerung von Datenströmen mehr und mehr Diagnosefunktionen bereitstellen muss (Quelle: Indu-Sol).

Switches werden heute in den vielfältigsten Varianten angeboten. Die meisten entstammen jedoch der IT-Welt. Richter erklärt dazu: „Wenn wir über Switches für die zukünftigen Anwendungen im OT-Bereich sprechen, müssen wir eine ganz andere Sichtweise als die Office-Welt an den Tag legen. So stellen Switches von Haus aus zum Beispiel vergleichsweise wenige Informationen zur Netzwerkdiagnose, d. h. zum Netzwerkzustand an sich, zur Verfügung. Permanente Überwachung, Telegrammanalyse, Anomalie-Erkennung, Warnung vor dem Ausfall – all das sind Forderungen im Sinne von Predictive Maintenance, welche neben der eigentlichen Switch-Funktion abzudecken sind. In zunehmendem Maße kommunizieren dezentrale Intelligenzen eigenständig miteinander, die Netzwerke werden immer größer und weitläufiger, der smarte Sensor stellt seine Information mehreren Abnehmern gleichzeitig zur Verfügung und die Kommunikation läuft mehr und mehr „an der Steuerung vorbei“. Somit verliert die Steuerung ihre zentrale Stellung bei der Netzwerküberwachung und steht für diese Aufgabe nur noch begrenzt zur Verfügung. Im Sinne des weiteren Technologiewandels hin zu durchgängiger Ethernet-Kommunikation kommt dem Switch eine noch nie gekannte zentrale Bedeutung zu, welche es gilt, entwicklungsseitig vorzubereiten.“ Die Switches von morgen werden neben ihrer Funktion als intelligente und robuste Schaltzentralen für Datenströme (Bild 3) zusätzlich mit umfangreichen Funktionen zur Netzwerkdiagnose ausgestattet sein. Mit der Entwicklung des PROmesh P9 wurde bei Indu-Sol eine Basis gelegt, die vielfältige Optionen der Vervollkommnung eröffnet. Dass sie mehr als nur eine Erweiterung des Indu-Sol Produktportfolios ist, zeigt die Aussage von Richter: „Wir werden uns in den nächsten Jahren neben der Dienstleistung mehr um die Netzwerkverantwortung bei unseren Kunden bemühen und fortführend auch Komplettangebote zur Netzwerkausrüstung im OT-Bereich anstreben. Ob eigenständig oder in Allianzen mit gleichgesinnten Mittelständlern, wird sich in nächster Zeit zeigen. Dass wir für unsere nächsten Entwicklungsschritte mehr brauchen als nur einen Switch, ist uns klar. Ein nächster Schritt könnte unsere derzeit in der Entwicklung befindliche Fog Cloud-Lösung sein.

Auf die Bedürfnisse der Automatisierer zugeschnitten  

Wie beim Verkehr auf einer Großstadt-Kreuzung müssen Switches im Netzwerk die Kommunikation verschiedenster Teilnehmer auch bei hohen Lasten effektiv koordinieren. Im Netzwerk besteht zusätzlich die Herausforderung, dass die „Straßen“ nur einspurig sind und nicht überholt werden kann. (Quelle: fotolia.com/eyetronic)

Was macht den PROmesh P9 einzigartig? Neben seiner sehr guten Performance zeichnet sich der Indu-Sol Switch durch seine anwenderorientierte Bedieneroberfläche aus. Im Webinterface stehen direkt auf der Startseite wichtige Informationen zu Portstatus und die Portbelegung auf einen Blick zur Verfügung und werden dem Anlagenbetreiber in vertrauten Ampelfarben visualisiert (Bild 4). So werden beispielsweise neben der prinzipiellen Verfügbarkeit und Nachbarschaftserkennung eines Ports die Netzlast, Discards und Errors erfasst und mit voreingestellten Triggerwerten permanent abgeglichen. Ein Alarmmanagement über einen potentialfreien Kontakt, per E-Mail oder zentraler SNMP-Abfrage stellen eine rechtzeitige Warnung vor dem Ausfall sicher. Alle Unregelmäßigkeiten werden intern dokumentiert und als Snapshot festgehalten. Ersten positiven Feedbacks von Nutzern aus der Automotive-Branche zufolge haben vor allem die einfachen und klar dargestellten Informationen einen bedeutenden Nutzen für das Wartungs- und Instandhaltungspersonal.

Ableitströme im Blick

Das übersichtliche Webinterface macht Portbelegung und -status direkt auf einen Blick sichtbar; mit wenigen Klicks lassen sich weitere Details darstellen. (Quelle: Indu-Sol)

Außerdem greift die Entwicklung des PROmesh P9 ein Thema auf, das im IT-Bereich so gut wie nicht auftaucht, in der komplexen Automatisierungstechnik aber durchaus beachtet werden muss: Potentialausgleichsströme, die über den Schirm der Datenleitungen in den Switch abgeleitet werden. Diese können zu Unregelmäßigkeiten im Datenverkehr führen und sogar Geräte zerstören. Eine speziell integrierte Messschaltung überwacht zu diesem Zweck diese sogenannten Ableitströme permanent und speichert bei Überschreitung die Werte einschließlich des Frequenzverlaufs (Bild 5). Mit einer kontinuierlichen Messung über das gesamte Frequenzspektrum (20 kHz) sowie einer Erfassung von Mittelwerten (RMS-Messung) und Spitzenwerten (Peaks) werden Ursachen und Zusammenhänge für EMV-Störungen nachvollziehbar. Übersteigt dieser Ableitstrom einen Wert von 200mA (effektiv) und 400mA (Peak), so stellt dies eine Gefahr für die störungsfreie Kommunikation dar und es erfolgt eine zielgerichtete Warnung. Mit dieser Funktion trägt der PROmesh P9 gleichzeitig einer noch im Entwurf befindlichen Handlungsempfehlung der Nutzerorganisation PROFIBUS & PROFINET International (PI) mit dem Titel „Funktionserdung und Schirmung von PROFIBUS und PROFINET“ Rechnung. In ihr wird ganz klar die Forderung gestellt, eine Überwachungsmöglichkeit zur Prüfung des aktuellen Schirmstromniveaus vorzusehen.

Präzises Monitoring durch dezentrale Datenerfassung und zentrale Auswertung

Der Switch überwacht Ableitströme permanent über das gesamte Frequenzspektrum (20 kHz) und macht so Ursachen und Zusammenhänge für EMV-Störungen nachvollziehbar. (Quelle: Indu-Sol)

Obwohl wir uns von der IT-Umgebung gern distanzieren und die eigene Welt der Automatisierung voranstellen, können wir doch zum Thema Netzwerk-Monitoring noch eine Menge von der IT lernen bzw. sogar übernehmen. Indu-Sol bietet mit Blick darauf hierzu bereits seit vielen Jahren eine Serverlösung unter Verwendung der Software PROmanage® an. Sie fragt im Minutentakt alle SNMP-fähigen Netzwerkkomponenten ab und erstellt über 365 Tage eine minutenaktuelle Statistik. Ziel ist es, an einer zentralen Stelle die Informationen zum Netzwerkzustand zu sammeln und dem Wartungs- und Instandhaltungspersonal zur Verfügung zu stellen. Damit lässt sich frühzeitig feststellen, wann sich Zustände verändern und welche Trends sich abzeichnen. Darüber hinaus lassen sich aber auch dezentral im PROmesh P9 individuelle Schwellenwerte für alle überwachten Größen wie z.B. Netzlast, Discards, Errors und Ableitströme einstellen und eine Warnung über den potentialfreien Kontakt oder per SNMP-Trap absetzen. Indu-Sol möchte mit der Veröffentlichung von PROmesh P9 neben der Erweiterung seines Portfolios vor allem eine Diskussion über Entwicklungstendenzen in der Automatisierungstechnik anregen, ohne den Blick in der Glaskugel zu haben. Der erste Schritt ist gemacht.
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Kastentext 1: PROmesh P9 im Überblick

  • Volle Profinet-Funktionalität
  • 9 x 100 Mbit/s RJ45 Ports
  • Ableitstromüberwachung inkl. Frequenzspektrum
  • Grafische Anzeige der Portauslastung (millisekundengenau)
  • Optimierte Schirmkontaktierung
  • Kompakte Bauform
  • Anzeige von Discards auf der Web-Oberfläche
  • Einfacher Gerätetausch mit Wechselmedium
  • Mirror Port, VLAN, SNTP, SMTP und DHCP
  • Redundante Spannungsversorgung

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Autor

Christian Wiesel (Bild 6), Marketing, Indu-Sol GmbH

.Indu-Sol

Die zuverlässige und störungsfreie Kommunikation in industriellen Datennetzwerken ist ein Garant für eine kontinuierliche Produktion. Deshalb hat sich die Indu-Sol GmbH als herstellerneutrales, branchenübergreifendes Technologieunternehmen die objektive Bewertung von Qualität und Stabilität dieser Datenkommunikation zur Aufgabe gemacht. Das Unternehmen entwickelt und vertreibt Tools für die Inbetriebnahme, Wartung und Instandhaltung von Kommunikationsbussen und bietet intelligente Lösungen zum Thema Predictive Maintenance an. Durch die über 15-jährige Erfahrung des Unternehmens in den Bereichen Netzwerk-Planung, Inbetriebnahme und Service hat sich Indu-Sol einen Ruf als „Netzwerkspezialist“ und Marktführer in seinem Segment erarbeitet.

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