Erschienen am: 30.10.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 11 2017

Ausfallsichere Industrienetze

Kommunikation nach Maß

Zukunftssichere industrielle Netzwerke sind wichtige Bausteine für eine erfolgreiche Digitalisierung in der Fabrik. Hohe Geschwindigkeiten und große Ausfallsicherheit werden somit entscheidend für den Unternehmenserfolg. Für Ethernet-Netze in der Fertigung sollten Switches, Leitungen und Stecker deshalb für die jeweilige Anwendung maßgeschneidert sein.


Industrielles Netzwerk mit Unmanaged und Managed Switches mit einem redundanten Ring zur Absicherung der Kommunikation und damit Produktionsausfallsicherheit
Bild: U.I. Lapp GmbH

Leistungsfähige Industrial Ethernet Switches haben mittlerweile einige Anbieter im Programm. Allerdings wird bei der Zusammenstellung der Industrienetze oft der Fehler gemacht, dass zwar der Switch leistungsfähig ist, aber Leitungen und Stecker nicht zur robusten Industrieumgebung passen. Dort wo Leitungen Chemikalien und Schmierstoffen ausgesetzt sind, oder es auf hohe Robustheit ankommt, sind Verbindungslösungen aus dem Office-Bereich völlig untauglich. Um die Leistungsfähigkeit eines industriellen Netzwerkes nachhaltig zu sichern, ist deshalb ein abgestimmtes Zusammenspiel von Switch und Leitung nötig.

Maßgeschneiderte Kombination

Aus diesem Grund hat sich Lapp dazu entschlossen, unter dem Namen Etherline Access ab sofort auch Switches anzubieten. Damit erhält der Anwender eine maßgeschneiderte Kombination aus industrietauglichem Switch und industriellen Leitungen, die hohe Leistungen bei der Übertragungsqualität sowie Ausfallsicherheit gewährleisten. Er muss die einzelnen Komponenten nicht mehr bei verschiedenen Lieferanten kaufen, sondern bekommt Switches, Leitungen, Steckverbinder und Zubehör wie Kabeldurchführungen, Schutzschläuche, Markierungen und damit eine vollständige Kommunikationslösung für den industriellen Einsatz aus einer Hand. Switches, die mit mehreren RJ45-Steckbuchsen ausgerüstet sind, spielen bei der Datenübertragung via Ethernet eine wichtige Rolle. Sie gelten als sehr robust. Und für Überwachung, Diagnose und Redundanz von Netzwerken gibt es ausgereifte Mechanismen. Sie empfangen, verarbeiten und leiten den Datenverkehr zu den Netzteilnehmern. Weitere Vorteile sind: Durch die Switches kann die Topologie von Netzwerken flexibel gehalten und jederzeit an neue Strukturen angepasst werden, dazu kommt die hohe Ausfallsicherheit.

20ms Rekonfigurationszeit

Ein wichtiges Qualitätskriterium für einen Managed Switch ist die Verfügbarkeit von Redundanzverfahren. Sie können selbst wenn einzelne Komponenten defekt sein sollten die Kommunikation sicherstellen und so gewährleisten, dass die Produktion weiterläuft. Danach kann das defekte Teil in Ruhe, während einer geplanten Produktionspause, getauscht werden. Insbesondere bei Kommunikation von zeitkritischen Steuerungsdaten muss die Rekonfigurationszeit, das ist die Zeit, die ein Switch benötigt, um nach dem Verlust eines Datenpfades die Netzwerkverbindung wiederherzustellen, möglichst gering sein. Dauert es zu lang, geht eine Steuerung, die über das Netzwerk kommuniziert, in den Stopp-Zustand und die Produktion kommt zum Stillstand. Dann muss in der Regel das Wartungspersonal vor Ort gehen und die Produktionsanlage neu starten. Bei Standard-Redundanzverfahren wie STP (Spanning Tree Protocol) oder RSTP (Rapid STP) dauert die Rekonfiguration bis zu fünf Sekunden Für die Industrie ist das manchmal, je nach Anwendung, zu langsam. Für Fälle, bei denen der Datenpfad schneller wieder aufgebaut werden muss, sind bessere Lösungen nötig. Die Switches der Serie Etherline Access schaffen Rekonfigurationszeiten von unter 20ms bei bis zu 250 aktiven Komponenten im Netzwerk. Die Switches werden dabei in einem Ring angeordnet. Bei einem Ausfall eines Kommunikationspfads ist somit immer ein alternativer Pfad über eine redundante Leitung vorhanden.

Hochleistungs-Switches

Für die Hochleistungs-Switches Etherline Access hat Lapp unter dem Namen Etherline maßgeschneiderte Ethernet-Verbindungen. Hier gibt es für nahezu jede Branche das passende Produkt. Neu für die Robotik ist z.B. Etherline Torsion, eine Leitung nach Cat.7-Standard, also für Übertragungsraten bis 10Gbit/s, die sich speziell für bewegte Anwendungen eignet, in denen die Leitung um bis zu 180° pro Meter verdrillt wird - mindestens fünf Millionen Mal. Die Managed Switches Etherline Access M05T/M08T verfügen über fünf beziehungsweise acht RJ45-Ports. Damit können sehr einfach redundante Netzwerke aufgebaut werden. Sie beherrschen relevante Protokolle wie HTTP, Telnet, Ethernet/IP, Modbus/TCP oder IPv6. Außerdem haben diese Geräte zwei redundante Anschlüsse zur Energieversorgung. Das garantiert sehr hohe Ausfallsicherheit. Des Weiteren sind sie besonders unempfindlich gegen Vibrationen und Stöße, hier werden jeweils die strengen IEC-Normen für industrielle Komponenten erfüllt. Und mit der Rekonfigurationszeit von unter 20ms liegt der Managed Switch Etherline Access unter den Reaktionszeiten der Fehlererkennungen in Anlagensteuerungen.

Einheitliche Diagnose

Wichtig sind für die Anwender auch die Konfigurations- und Diagnose-Tools. Dabei geht es um eine webbasierte Konfigurationsoberfläche, Statistikzähler für Kommunikationsfehler, E-Mail-Alarme und weitere Einstellungen der Ports. Die Etherline Access Switches erlauben die einheitliche Diagnose unterschiedlicher Netzwerkteilnehmer mittels Simple Network Management Protocol (SNMP), außerdem beherrschen sie Port-Mirroring. Die Ursachen von Netzwerkausfällen wie Leitungsbeschädigungen oder das Erkennen einer abgetrennten beziehungsweise falsch angeschlossenen Ethernet-Leitung können rasch identifiziert werden. Die Geräte haben einen Relais-Ausgang, über den der Anwender mittels Web-Oberfläche Warnmeldungen definieren kann. Zur Konfiguration gibt es den Etherline Access Configurator. Lapp hat aber auch die zwei Unmanaged Switches U05T/U08T im Etherline-Access-Portfolio. Sie verfügen über ähnliche Leistungsdaten, bieten aber keine Konfigurationsmöglichkeiten. Sie eignen sich zum Einsammeln und Verteilen von Signalen der angeschlossenen Komponenten. Wie ihre größeren Verwandten sind auch diese lüfterlos und damit wartungsfrei.