Modulare Industrial Ethernet Switches
Weniger Kosten durch mehr Flexibilität
Für Maschinen- und Anlagenbauer ist es selbstverständlich, bei der Planung von Steuerungen und Antrieben auf möglichst wenige Basiskomponenten zu setzen, die dann abhängig von der Anwendung flexibel erweiterbar sind. Beim Thema Netzwerktechnik sieht dies häufig noch anders aus. Doch auch dort ist Modularität heute der Schlüssel zur Kosteneffizienz.Je nach Umfang der Steuerungsaufgaben legt sich der Maschinenbauer heute meist auf einen Typ oder zumindest eine Gerätelinie speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) fest. Abhängig von der Kundenanforderung oder den zu verarbeitenden Signalen ist die Steuerung um passende Peripheriebaugruppen erweiterbar. Gleiches gilt für Antriebe. Auch wenn aufgabenspezifisch einmal mehr oder weniger Achsmodule nötig sind - Umrichter und Motion Controller bleiben weitestgehend dieselben. Dieses Vorgehen ist im Bereich der Automatisierungs- und Antriebstechnik Standard, da die Vorteile auf der Hand liegen: Weniger Varianten bedeuten weniger Planungs- und Schulungsaufwand, reduzieren Lagerhaltungskosten und vereinfachen den Austausch im Ersatzteilfall.
Bei der Vernetzung der zuvor genannten Systeme auf Basis von Industrial Ethernet folgt man jedoch heute noch weitestgehend einer anderen Strategie. Die Betreiber verwenden viel Zeit darauf, genau zu planen, welche Industrial Ethernet Switches nötig sind. Dazu widmen sich die Planer mindestens den folgenden Fragen, um die geforderten technischen Parameter zu bestimmen und die Netwerkinfrastruktur darauf abzustimmen:
Wie viele Teilnehmer (Endgeräte, weitere Netzwerkkomponenten) sind anzuschließen? Daraus ergibt sich die Anzahl der benötigten Schnittstellen.
Welche Datenraten unterstützen diese Teilnehmer? Daraus ergibt sich die Anzahl der benötigten Schnittstellen für 100 MBit/s, 1 GBit/s oder sogar 10 GBit/s.
Welche Entfernungen gilt es zu überbrücken? Für weniger als 100 m genügen Kupferleitungen, für mehr als 100 m sind Lichtwellenleiter (LWL) erforderlich.
Müssen Power over Ethernet Ports (PoE) unterstützt werden? Falls ja wie viele, wo und mit welchen Eigenschaften.
Soll der Industrial Ethernet Switch in das anlagenweite Diagnosekonzept eingebunden sein? Wenn ja, dann muss ein Managed Switch zum Einsatz kommen.
Soll der Switch subnetzübergreifend Daten austauschen oder an das übergeordnete Unternehmensnetz angebunden sdin? Wenn ja, dann muss der Switch Layer-3-Funktionalität aufweisen.
Welche Verfügbarkeit des Netzwerks ist gefordert? Dies äußert sich zum Beispiel in der Vermeidung von "Single Points of Failure", der Berücksichtigung geforderter Umschaltzeiten etc.
Lassen sich alle Fragen beantworten, kommt man relativ schnell zum richtigen Gerät. Der Planer sollte dann jedoch zumindest bei der Anzahl der Schnittstellen eine kleine Reserve hinzurechnen, denn eventuell ist bei einer Anlagenerweiterung noch das ein oder andere Gerät zusätzlich anzuschließen.
Planungsunsicherheit erhöht die Kosten
Da Industrial Ethernet Switches aber auch noch viele weitere Charakteristika aufweisen (Bauform, Art der Befestigung, Schutzart, Zulassungen etc.) passiert es allzu oft, dass ein Aspekt zum Zeitpunkt der Planung einfach nicht absehbar ist. Somit kann es zu zusätzlichen Kosten kommen, wenn die bestellte Hardware hat nicht den Anforderungen entspricht. Es kommt dann zu Verzögerungen bei Installation und Inbetriebnahme.
Modularität gibt Planungssicherheit
Die Lösung für diese Probleme lautet Modularität. Der Trend bei Industrial Ethernet Switches geht ganz klar in Richtung teil- oder sogar vollmodularer Switches, bei denen die Planung - wie bei den eingangs genannten Automatisierungs- und Antriebssystemen - auf einen oder wenige Grundgerätetypen setzt. Diese sind dann abhängig von der Anforderung mit den benötigten Hardwarekomponenten oder Softwarefunktionen (zum Beispiel Layer-3-Funktionalität) erweiterbar, und zwar wenn möglich sogar im laufenden Betrieb.
Zur Erweiterung gibt es beispielsweise folgende Komponenten:
Medienmodule, die je nach Typ unterschiedliche Datenraten und Übertragungsmedien (Kupfer, LWL) unterstützen,
Netzteile zur Spannungsversorgung, die einfach oder redundant und sogar in verschiedenen Einbaupositionen montierbar sind, und
Softwarefunktionen, die sich auch nachträglich aktivieren lassen.
Neben der vereinfachten Planung und der Vermeidung unnötiger Austauschkosten kommt noch ein wesentlicher Faktor hinzu: Der Kunde bezahlt nur genau das, was er braucht. Musste er bislang vielleicht für einen Switch mit 24 Ports bezahlen, obwohl er inklusive Reserve-Ports nur 16 Ports benötigte, es aber keine Zwischengröße gab, so hat er bei einem modularen Switch die Möglichkeit, nur die benötigten 16 Ports zu bestücken. Gleichzeitig bleibt aber die Möglichkeit zur Erweiterung offen.
Die Vorteile der Modularität lassen sich zum Beispiel beim Hersteller Siemens zum einen mit den kompakten teilmodularen Switches Scalance X308-2M zum anderen mit den teil- oder vollmodularen Rack-Switches Scalance XR324-12M realisieren. Wer darüber hinaus bis zu 52 Schnittstellen inklusive vier 10Gbit/s-Ports benötigt, flexibel beim Einsatz der Spannungsversorgung sein will und sich außerdem die Option zur Erweiterung auf Layer 3-Switching offenhalten möchte, der findet in den Switches Scalance XR528-6M oder XR552-12M eine Lösung. Zur Unterstützung bei der Auswahl von Industrial Ethernet Switches sowie bei der Konfiguration der modularen Varianten steht das haueigene Net-Selection-Werkzeug zur Verfügung.
Fazit: Modularität ist Trumpf
Der Einsatz modularer Industrial Ethernet Switches bietet viele Vorteile, allen voran eine aus technischer Sicht hohe Flexibilität bei Planung und Betrieb eines Netzwerks. Darüber hinaus lassen sich Anschaffungskosten reduzieren und gegebenenfalls Erweiterungen, Umrüstungen oder Performance-Erhöhungen über den Lebenszyklus einer Anlage hinweg aus wirtschaftlicher Sicht genau einplanen. Darüber hinaus sind die Industriegeräte in gewohnt robuster Bauart bestens für den Einsatz in der Produktion oder rauen Umgebungen geeignet.
Die Produktfamilie der Industrial Ethernet Switches Scalance X von Siemens besteht aus den aufeinander aufbauenden Produktlinien X-000, X-100, X-200, X-300, X-400 und X-500. Sie sind laut Hersteller auf die jeweilige Vernetzungsaufgabe optimiert. Für jeden Einbauort im oder außerhalb des Schaltschranks bieten die Switches Standardanschlusstechnik oder die industriegerechte Fast-Connect-Anschlusstechnik für RJ45, M12 oder Lichtwellenleiter. Die Switches setzen dabei auf gemischt einsetzbare Schnittstellenmodule für alle (gängigen) Ethernet-Standards, wahlweise optisch (Glas/POF/PCF) oder elektrisch. Sie unterstützen zudem zahlreiche Redundanzverfahren wie Rapid Spanning Tree oder Ringredundanz und IT-Standards wie PoE, VLAN, IGMP und Layer 3-Switching inklusive Router-Redundanz VRRP und die Routing-Protokolle RIP und OSPF.
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