Industrial Ethernet in der Produktion

Das Ethernet ist in der IT seit langem gängiger Kommunikationsstandard. Seit zehn Jahren wird Ethernet zunehmend auch im industriellen Umfeld eingesetzt. Was sind die Gründe dafür? Und: Ist Ethernet überhaupt tauglich für die hohen Anforderungen in der Produktion?

Die Kommunikation in industriellen Anwendungen stellt häufig Anforderungen, die in der Bürokommunikation keine Rolle spielen: Echtzeit und Determiniertheit sind hierbei die entscheidenden Schlagworte.

Eine E-Mail oder einen Druckauftrag, der in einer Büroumgebung eine Verspätung von einer halben Sekunde hat, fällt kaum auf und führt nicht zu Störungen. Bei der Steuerung von Maschinen im industriellen Umfeld ist eine solche Verzögerung allerdings häufig nicht akzeptabel. Dort muss innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine Reaktion erfolgen. Die am häufigsten verwendeten Kommunikationssysteme in industriellen Anwendungen sind daher Feldbusse, wie beispielsweise Profibus, CAN usw., die ein solches Echtzeitverhalten garantieren.

Verschiedene Ebenen von Kommunikationssystemen

Die Kommunikationssysteme in industriellen Anwendungen lassen sich in verschiedene Ebenen unterteilen:

  • Feldebene
  • Steuerungsebene
  • Leitebene.

Eine häufige Forderung, die in modernen Anlagen gestellt wird, ist eine durchgängige Kommunikation von der Leitebene, auf der beispielsweise ERP-Systeme angesiedelt sind, bis hinunter auf die Feldebene zu den Sensoren und Aktoren.

Auf der Leitebene ist die Kommunikation über Ethernet selbstverständlich, sodass Bestrebungen dahin gehen, auch die Kommunikation innerhalb der unteren Ebenen über Ethernet abzuwickeln. Seit etwa zehn Jahren gibt es daher verschiedene Ansätze und Lösungen, wie die Echtzeitfähigkeit, die bei der Steuerung von Maschinen und Anlagen häufig gefordert ist, auch bei der Kommunikation über Ethernet gewährleistet werden kann.

Echtzeit-Lösungen für Ethernet

Unter dem Begriff Industrial Ethernet gibt es inzwischen eine große Anzahl von Lösungen, wie Ethercat, Profinet, Ethernet/IP usw., die Echtzeitfähigkeit auch bei der Kommunikation über Ethernet bieten. Die meisten dieser unterschiedlichen Systeme werden von Nutzergruppen unterstützt, hinter denen wiederum große Anbieter aus dem Bereich der Industrieautomatisierung stehen.

Durch die Entwicklung von verschiedenen Systemen, die in der Regel nicht miteinander kompatibel sind, wird allerdings die einfache Austauschbarkeit und Interoperabilität, die es im Bereich der Bürokommunikation gibt, nicht erreicht.

Auch größere Datenmengen lassen sich leicht übertragen

Neben der „durchgängigen“ Kommunikation von der Leitebene bis zur Feldebene hat Industrial Ethernet noch weitere Vorteile: Dies ist vor allem die – im Vergleich zu gängigen Feldbussystemen – sehr hohe Bandbreite, die es ermöglicht auch größere Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit zu übertragen.

Auch in Bezug auf Wartung, Datensicherungen und Engineering bietet ein durchgängiges System große Vorteile, die in der Regel mit geringerem Aufwand und damit auch niedrigeren Kosten verbunden sind. Ein System mit offenen Kommunikationsschnittstellen ist gleichzeitig auch für zukünftige Anwendungen gerüstet. Erweiterungen können oftmals durchgeführt werden, ohne dass umfangreiche Arbeiten an der Hardware notwendig würden.

Wie unterscheidet sich Industrial Ethernet vom normalen Ethernet?

Industrial Ethernet ist nicht gleich "normales" Ethernet. Worin unterscheiden sich die Technologien eigentlich?

Die verschiedenen Lösungen für echtzeitfähiges Ethernet verwenden Protokolle, Komponenten und Topologien, die sich von dem herkömmlichen Ethernet teilweise deutlich unterscheiden. Bei den Komponenten, beispielsweise einem Switch, der im industriellen Umfeld zum Einsatz kommen soll, ist aber nicht nur die andere Funktionsweise aufgrund der Echtzeitfähigkeit entscheidend.

Gleichzeitig müssen auch die anderen Umgebungsbedingungen, die zum Beispiel in der Fertigung herrschen, toleriert werden. Die Komponenten müssen für die teilweise erheblichen Belastungen durch Staub und Feuchtigkeit, höhere Temperaturen sowie Schock und Vibrationen ausgelegt sein.

Industrial Ethernet & Messtechnik im industriellen Umfeld

Große Datenmengen, schnelle Verbindungen, sichere Ergebnisse: Beim Zusammenspiel von Messtechnik, industrieller Automatisierung und Industrial Ethernet sind einige Punkte zu beachten.

Auch in industriellen Fertigungsprozessen – in Maschinen und Anlagen – wird häufig Messtechnik eingesetzt. Das Spektrum ist dabei sehr umfangreich und reicht von einfachen Signalen, die mit niedriger Frequenz erfasst werden – beispielsweise ein sich langsam ändernder Temperaturwert – bis hin zu komplexen Messdaten, die gleichzeitig mit hoher Messfrequenz gemessen werden müssen.

Ethernet ermöglicht schnelle Verbindung

Gerade bei Anwendungen, in denen bei der Messung sehr große Datenmengen auftreten, ist eine schnelle Verbindung, wie sie Ethernet bietet, von großem Vorteil. Soll die verwendete Messtechnik in eine übergeordnete Steuerungsarchitektur, beispielsweise auf SPS-Basis – eingebunden werden, muss die verwendete Hardware entsprechende Kommunikationsmöglichkeiten aufweisen.

Bei Anwendungen, in denen große Datenmengen anfallen und gleichzeitig Echtzeit gefordert ist, bieten sich Lösungen auf Basis von Industrial Ethernet an.

Die Hersteller von Messtechnik-Komponenten und -Systemen bieten daher seit einiger Zeit auch Schnittstellen zu verschiedenen Industrial-Ethernet-Lösungen an. Hier ist der generelle Trend zu beobachten, dass klassische Messtechnik-Systeme auf der einen Seite und Automatisierungslösungen auf der andere Seite sich immer mehr aufeinander zubewegen.

Messtechnik übernimmt Automatisierungsaufgaben

So sind moderne industrielle Messtechnik-Systeme durchaus auch in der Lage, Automatisierungsaufgaben zu übernehmen. Neben der Steuerung der Messabläufe an sich lassen sich mit solchen modernen Systemen auch die Maschinen steuern. Industrial Ethernet bietet auch Möglichkeiten in den Bereichen Fernwartung und -bedienung. Viele Messtechnik-Systeme lassen sich über einen Standard-Webbrowser bedienen. Die gemessenen Daten können dadurch praktisch ohne Einschränkungen über das Internet dargestellt werden.  

Nutzen auch Sie die Möglichkeiten von Industrial Ethernet – mit PMX, dem Industriestandard für Messtechnik.

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