Frank Schewe / Entwicklung Netzwerktechnik / 24. März VDMA Infotag: Ethernet als Treibstoff für Industrie 4.0

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1 Frank Schewe / Entwicklung Netzwerktechnik / 24. März 2016 VDMA Infotag: Ethernet als Treibstoff für Industrie 4.0

2 Von CSMA/CD zu TSN: Entwicklung von Ethernet Standards Themen Motivation Einordnung von Ethernet im Schichtenmodell Standardisierung von Ethernet Anwendung von Ethernet in Maschinen- und Anlagen Herausforderungen und Ausblick

3 Motivation Herausforderungen in den internationalen Märkten Verkürzte Produktlebenszyklen Reduzierung von Stückzahlen Zunehmende Variantenvielfalt Preisrückgang und Kostendruck Variierende Auslastung Beschleunigung des Return-on-investment (ROI) Ressourcenschonung, Energieeffizienz Globalisierung Individualisierung Nachhaltigkeit Konjunkturzyklen

4 Motivation Der Schlüssel ist Kommunikation Kommunikation innerhalb der Maschine oder dem Anlagenteil Digitalisierung Modularisierung Kommunikation entlang der Wertschöpfungskette Verkettung der Prozessschritte Transparenz über Prozesszustände Kommunikation entlang der Geschäftsprozesse Von der Produktion bis ins Web

5 Motivation Rückblick

6 Motivation Ethernet Übertragungseigenschaften Damals: Draft von Robert Metcalfe (1976) Bustopologie (Koax) Shared medium Geräte teilen sich den Bus CSMA/CD- oder Token Verfahren für den Buszugriff Heute: Quelle: Dr. Robert Metcalfe Skalierbare Bandbreite von 10/100 MBit/s bis 1/10/40/100 Gbit/s Switched Ethernet in Full Duplex -Mode ohne Kollisionen IEEE Standards für Priorisierung und Flusskontrolle Kupfer-, LWL- und Wireless-Übertragung Etablierte Redundanzverfahren wie RSTP, MRP, PRP Hohe Störfestigkeit, geringe Störabstrahlung Steuerung Visualisierung 5 0 E/A 3-Bit Priorisierung: Stufen: 0-7

7 Ethernet im Schichtenmodell Vergleich der Schichtenmodelle

8 Ethernet im Schichtenmodell Medium, Physical Layer und Data Link Layer Ethernet Quellen: IEEE , IEEE 802 modifiziert

9 Standardisierung IEEE Project 802 LAN/MAN Standards Committee Kurz: IEEE 802 oder LMSC Bridging and Architecture generally the top of the link layer Ethernet Wireless LAN (WLAN) Wireless Personal Area Network (WPAN) Broadband Wireless Access (BWA) Radio Regulatory TAG Coexistence Media Independent Handover Wireless Regional Area Networks (WRAN) Vertical Applications TAG Quelle: IEEE 802 Tutorial

10 Standardisierung IEEE 802 Organisation Quelle: IEEE 802 Tutorial

11 Standardisierung Prozess in IEEE 802 Standard PAR Task Group Work Group Sponsor Ballot 5 Kriterien für PAR s: Breites Marktpotential Kompatibilität Eindeutige Identität Technische Realisierbarkeit Wirtschaftliche Realisierbarkeit (Vereinfachte Darstellung)

12 Standardisierung Beispiel: Physical Layer Quelle: IEEE

13 Standardisierung Twisted Pair Active Output Interface Quellen: ANSI X (R2000)

14 Standardisierung Physical Layer: M12 Steckverbinder

15 Ethernet in Maschinen und Anlagen Automatisierungsinfrastruktur 1 Netzwerke in Maschinen 2 Anlagen Automatisierung 3 Produktionsnetzwerke 4 Infrastruktur-Netzwerke 5 Windkraftanlagen 6 Wasser / Abwasser 7 Solaranlagen 8 Energieerzeugung 9 Schaltanlagen-Netzwerke

16 Ethernet in Maschinen und Anlagen Hierarchieebenen

17 Ethernet in Maschinen und Anlagen Industrial Ethernet in der Produktion

18 Ethernet in Maschinen und Anlagen Produktionsnetzwerk

19 Ethernet in Maschinen und Anlagen Industrial Ethernet in Anlagen

20 Ethernet in Maschinen und Anlagen Anlagennetzwerk

21 Ethernet in Maschinen und Anlagen Durchgängige IP Kommunikation

22 Ethernet in Maschinen und Anlagen Trends

23 Ethernet in Maschinen und Anlagen Funksysteme

24 Ethernet in Maschinen und Anlagen Parallelbetrieb von Funksystemen

25 Ethernet in Maschinen und Anlagen Einsatz von Leckkabel-Antennen Access Point Ethernet / PROFINET Controller Wireless LAN Client Client Client Client

26 Ausblick Anforderungen an Ethernet Verbesserung der Echtzeiteigenschaften Determinismus Unterbrechung langer Datagramme von geringer Priorität Harmonisierung der Uhrensynchronisation Stoßfreie Redundanzverfahren Security auf MAC Ebene IEEE & IEEE Time Sensitive Networks

27 Ausblick Überblick über Produktfamilien Modular Layer3 Switches Advanced Managed Switches Smart Managed Switches Lean Managed Switches Standard Managed Switches Power over Ethernet Switches gemäß IEC 61850/IEEE 1613 Unmanaged Switches NAT-Switch Security Fernkommunikation Wireless Ethernet PROFINET IRT- Switches Netzwerk- Installation Software

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