Gigabit-Switch im Industrieeinsatz
Switch-Technik für die Hutschiene
Die Automatisierungswelt spricht mittlerweile Ethernet. Zahlreiche industrietaugliche Ethernet-Komponenten und der Wunsch nach einer durchgängigen Datenübertragung in der Fabrikebene erfordern allerdings eine leistungsfähige Infrastruktur. Zusätzliche Kommunikationsanforderungen ergeben sich aus der Notwendigkeit, Produktionsprozesse zukünftig aus Kosten- und Umweltschutzgründen energieeffizient zu gestalten.
Die Netzwerkleistung hängt insbesondere von den Backbone-Switches des Automatisierungsnetzes ab.
Dort läuft der Datenverkehr aller Maschinen und Funktionseinheiten zusammen. Gleichzeitig binden
die Switches das Automatisierungsnetz an das überlagerte Unternehmensnetzwerk an, was eine
durchgängige Kommunikation von der Leit- bis in die Feldebene erst ermöglicht.
Mit neuen Produkten wie zum Beispiel den Gigabit Modular Switches von Phoenix Contact steht die
leistungsfähige Switch-Technik nun auch zur Verwendung auf der Hutschiene zur Verfügung. Die
Datentransferleistung der Geräte ist mit 20,1 Millionen Paketen pro Sekunde (pps) dreimal höher als
die der bisher im Schaltschrank genutzten Komponenten. In jeder Millisekunde kann der Switch mehr
als 20.000 Ethernet-Pakete durchleiten. Mit dem Gerät lassen sich somit Netzwerke dieser
Leistungsklasse erstmals im Feld in rauer Industrieumgebung umsetzen. Ein Temperaturbereich von –?2
0°C bis ?55°C bietet den gewünschten Freiheitsgrad bei der Netzwerkplanung.
Gängige Glasfaserstandards nutzbar
Die modulare Bauform soll den Anschlussbedarf industrieller Applikationen abdecken. Zwölf
Gigabit-Ports erlauben den Einsatz im Produktions-Backbone. So kann sowohl der
Automatisierungs-Backbone als auch die Anbindung an das überlagerte Unternehmensnetzwerk
durchgängig in Gigabit-Bandbreite sowie optional auch redundant ausgeführt sein. Über bis zu vier
SFP-Einsteckmodule (Small Form-Factor Pluggable) sind alle gängigen Glasfaserstandards für Gigabit
(1000Base-SX, 1000Base-LX oder Longhaul) verwendbar. Mit einer Wellenlänge von 850 nm (short) nutzt
1000Base-SX Multimode-Fasern, sodass sich Entfernungen bis 550 m überbrücken lassen. 1000Base-LX
ist durch eine Wellenlänge von 1.300 nm (long) und den Einsatz von Singlemode-Fasern
gekennzeichnet, weshalb die Segmentlänge in Abhängigkeit der jeweiligen Komponenten auf bis zu 20
km ausdehnbar ist. Über die beiden Gigabit-Glasfaserstandards lassen sich die überlagerten Core-
und Distribution-Switches der IT in der Regel auch redundant ankoppeln (Bild 1).
Unterlagerte Automatisierungszellen lassen sich ebenfalls via Gigabit Ethernet oder Fast
Ethernet in das Automatisierungsnetzwerk integrieren. Die Medienmodule binden die häufig
verwendeten Glasfaserstandards 100Base-FX über verschiedene Stecker an Multimode- oder
Singlemode-Fasern an (Bild 2). Darüber hinaus ermöglichen die Medienmodule die direkte Integration
des PoE-Standards (Power over Ethernet) sowie feldkonfektionierbare Lichtwellenleiterlösungen.
Der Anwender kann die Leitungen somit flexibel auf der Baustelle zusammenstellen sowie im Fall
einer Störung einfach austauschen. Die neuen feldkonfektionierbaren
Gradienten-Index-Hard-Clad-Silica-Fasern (GI-HCS) überbrücken laut Hersteller erstmals Distanzen
von bis zu zwei Kilometern.
Unterstützung der relevanten
IT-Protokolle
Da die Switch-Technik an der Schnittstelle zwischen Automatisierungs- und Unternehmensnetzwerk
arbeitet, muss sie die Anforderungen der Anwender aus beiden Bereichen in puncto Konfiguration und
Bedienung erfüllen. Für eine Einbindung Ethernet-basierender Anlagen in das Unternehmensnetzwerk
unterstützen die hoch performanten Switches deshalb alle relevanten IT-Standards zur Sicherheit
(Security Policies), Verfügbarkeit (Redundanz) sowie für ein durchgängiges Netzwerk-Management.
Beispielsweise kontrolliert der Gigabit Modular Switch über den IEEE-Standard 802.1X den sicheren
Netzzugang, der sich zentral über einen Authentifizierungs-Server verwalten lässt. Als sichere
Konfigurationsschnittstelle mit verschlüsselter Übertragung verwendet das Gerät HTTPS für den
Browser-Zugriff, Secure Shell (SSH) als Fernzugang sowie SNMPv3 für das zentrale
Netzwerk-Management.
Werkzeuglose Inbetriebnahme
über Bedieneinheit
Die Konfiguration und Diagnose ist über integrierte Engineering-Werkzeuge auch im
Automatisierungsumfeld möglich. Dazu lässt die Infrastruktur den Betrieb des Geräts als
Profinet-Device zu, sodass die Automatisierungsmitarbeiter den Switch wie alle anderen
Automatisierungskomponenten durchgängig mit den bekannten Engineering-Tools im Netzwerk
projektieren und warten können. Inbetriebnahme und Service erfolgen werkzeuglos über eine in den
Switch eingebaute Displaybedieneinheit. So lassen sich wichtige Einstellungen wie die IP-Adresse
sofort sowie ohne Spezialkenntnisse direkt am Gerät überprüfen (Bild 3). Bei der Inbetriebnahme
kann der Anwender über die Bedieneinheit auch die Betriebsart einfach aktivieren. Sie fasst im
Switch alle erforderlichen Einstellungen für das jeweilige Automatisierungsprotokoll zusammen.
Diagnoseinformationen
in der Steuerung
Die Netzwerkdiagnose trägt entscheidend zur Zuverlässigkeit des Netzbetriebs bei. Um das
Netzwerk über die Steuerung mit den entsprechenden Software-Tools zu diagnostizieren, bietet der
Gigabit Modular Switch in der Profinet-Betriebsart Überwachungsfunktionen. Im Rahmen der
Profinet-Diagnose meldet das Gerät einen Fehler dann ebenso wie die Profinet-I/O-Komponenten mit
dem zyklischen I/O-Transfer sowie azyklisch über Alarme. Tritt zum Beispiel der Ausfall eines
Datenpfads im Medien-Redundanz-Protokoll (MRP) auf, erfolgt ein Alarm an die Steuerung (Bild 4).
Die Information steht direkt in der SPS zur Verfügung und lässt sich dort weiterverarbeiten.
Enthält die Steuerung einen Web-Server, ist der Alarm über den Browser bei Bedarf auch auf
beliebigen
PCs sichtbar.
Energie-Management
Zur Umsetzung energieeffizienter Maschinen- und Anlagenkonzepte unterstützt der Switch ein
Energie-Management via Profienergy-Standard. Dazu lassen sich verschiedene Energiesparzustände im
Gerät konfigurieren. Neben der eigenen Hardwareressource und den Ports kann der Switch auch die
über Power over Ethernet gemäß IEEE 802.3af angeschlossenen Geräte in das Energie-Management
einbe-ziehen.
Er übernimmt hier die Profienergy-Funktion stellvertretend für die Powered Devices –
beispielsweise Kameras, Access Points oder Bediengeräte, indem er als Profienergy-Proxy agiert.
Über den Standard werden die PoE-Komponenten dann ein- oder ausgeschaltet, sodass sich zum Beispiel
die Stromaufnahme in den Betriebspausen reduziert.
Die Energiesparzustände des Gigabit Modular Switch sind über Web-based Management, Command Line
Interface (CLI) oder das Simple Network Management Protocol (SNMP) konfigurierbar. Die selektive
Konfiguration stellt sicher, dass alle für die Profinet-Kommunikation genutzten Ports aktiv bleiben
und das Netzwerk für das Energie-Management jederzeit verfügbar ist.
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