Die Übertragungsraten reichen von 10 MBit/s und 100 MBit/s über 1 Gigabit/s bis zu 10 Gigabit/s.

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1 Modul: Industrial Ethernet Industrial Ethernet und seine besonderen Anforderungen Ethernet ist heute die am meisten verbreitete Kommunikationstechnology bei EDV-Systemen. In dieser so genannten Büroumgebung hat sich Ethernet als Standard durchgesetzt. Dabei bietet Ethernet die Möglichkeit verschiedenste Übertragungsmedien wie Kupfer, Glasfaser oder auch Wireless zu verwenden. Die Übertragungsraten reichen von 10 MBit/s und 100 MBit/s über 1 Gigabit/s bis zu 10 Gigabit/s. Die Ethernet-Technologie gewinnt in der industriellen Automatisierung immer mehr an Bedeutung. Neben den Vorteilen einer standardisierten Kommunikationssprache ergibt sich ebenso eine nahtlose Infrastruktur, die vom Büro zur Maschine bzw. bis zum Sensor reicht. So stehen Prozess- und Fertigungsdaten nicht nur auf Feldebene, sondern auch in übergeordneten EDV-Systemen zur Verfügung. Obwohl in der Automatisierungstechnik der selbe Ethernet-Standard wie im Office-Bereich eingesetzt wird, unterscheiden sich die Anforderungen an die Netzprodukte erheblich. Im industriellen Alltag müssen Netze unter extremen Bedingungen, wie elektromagnetischen Störfeldern, hohen Betriebstemperaturen und mechanischen Beanspruchungen, zuverlässig arbeiten. Überblick über die unterschiedlichen Anforderungen: Installation Büro Feste Grundinstallation im Gebäude Variabler Geräteanschluss an Standardarbeitsplätzen Überwiegend sternförmige Verkabelung Industrie Anlagenabhängige Verkabelung und Kabelführung Feldkonfektionierbare Steckverbinder bis IP67 Redundante Verkabelung, häufig Ringstrukturen Daten Grosse Datenpakete Mittlere Netzverfügbarkeit Hauptsächlich azyklische Übertragung Kein Echtzeitverhalten notwendig Kleine Datenpakete Sehr hohe Netzverfügbarkeit Hauptsächlich zyklische Übertragung Echtzeitverhalten notwendig Umwelt Normaler Temperaturbereich wenig Staub, Feuchtigkeit und Erschütterungen Kaum mechanische oder chemische Belastung Geringe EMV-Belastung Erweiterter Temperaturbereich Staub, Feuchtigkeit und Erschütterungen möglich Gefahr durch mechanische Beschädigungen oder chemische Belastung Hohe EMV-Belastung INET-TS GMBH Reichenbachstraße 3 D Ismaning Telefon: +49 (0)89 / Telefax: +49 (0)89 / Home: Seite 1

2 PROFInet-Anwendungen Der Grundstein für PROFInet wurde von der Nutzerorganisation Profibus International (PI) im Jahr 2000 gelegt. PROFInet ist eine Automatisierungsarchitektur, die die Kommunikation von Feldebenen zur Leitebene unter Einbeziehung von Feldbussystemen und Industrial Ethernet definiert. PROFInet beschreibt als Kernelement ein Engineering-Modell und die Kommunikation zwischen den Komponenten. PROFInet basiert auf Industrial Ethernet und der Einbindung offener Feldbussysteme. Die Integration von Feldbusgeräten und Feldbussystemen ist über so genannte Proxys möglich. Dabei repräsentiert ein Proxy die Funktionalität der Feldbusgeräte bzw. der Feldbussysteme im Industrial Ethernet-Netzwerk. Um der Forderung nach unterschiedlichen Netzwerk-Topologien wie Linien-, Ring-, Stern- und Baumstruktur gerecht zu werden, kommen in PROFInet-Anwendungen vorrangig Switches zum Einsatz. Bezüglich der Kommunikation bietet PROFInet drei Optionen, die in den Spezifikationen V1, V2 und V3 beschrieben sind. Laut Profibus International lassen sich alle drei Versionen kombinieren, um so mit einem System unterschiedliche Anforderungen abdecken zu können. Die erste PROFInet-Version sieht Feldbusse wie Profibus-DP für Echtzeitanwendungen und Industrial Ethernet für einen zeitunkritischen Datenaustausch vor. Mit PROFInet V2 sind auch zeitkritische Anwendungen über Industrial Ethernet möglich. Diese Version spezifiziert zwei Kommunikationskanäle, die beide auf Ethernet aufsetzten. Dabei dient ein Kanal weiterhin der Kommunikation zeitunkritischer Daten über einen TCP/IP Stack. Über den zweiten Kanal werden die zeitkritischen Daten übertragen. Dieser sogenannte Soft Real-time Kanal (SRT) basiert auf optimierten Protokollen. Sie ersetzen die Layer 3 und 4 des OSI Referenzmodells. Durch diese und weitere Optimierungen sind mit SRT PROFInet-Zykluszeiten von 5 bis 10ms möglich. Entsprechende Netze werden typischerweise mit industriegerechten Switches aufgebaut. Seite 2

3 Switches vs. Hubs Profibus International weist auf die einfache Auslegung des Netzes durch den Einsatz von Switches hin. Ein Switch kann im Gegensatz zu einem Hub in Sende- und Empfangseinrichtung sowie an mehreren Ports gleichzeitig übertragen. So entstehen sehr viele kleine Kollisionsdomänen, was die Berechnung der Kabellängen erheblich vereinfacht. Für SRT PROFInet-Anwendungen schreibt Profibus International den Einsatz von Switches zwingend vor. Denn nur so lassen sich die erforderlichen Bandbreiten erzielen. Übertragungsgeschwindigkeit Switches in einer PROFInet-Anwendungen müssen Fast-Ethernet-Ports (100MBit/s) haben, die auch 10 Mbit/s Ethernet unterstützen. Nur so lassen sich ältere Geräte oder Anlagenteile problemlos integrieren. Außerdem sollten PROFInet geeignete Switches priorisierte Telegramme gemäß IEEE 802.1Q unterstützen. Auto-negotiation Switches, die für den Einsatz in einer PROFInet-Anwendung vorgesehen sind, sollten auto-crossing, auto-negotiation und auto-polarity unterstützen. Diese Funktionen dienen der automatischen Korrektur von Verdrahtungsfehlern bei Twisted-Pair-Kabeln. Industrial Ethernet Vernetzung der Geräte in Echtzeit Schon heute wird Industrial Ethernet bei Betriebsdatenerfassung, Fernwartung sowie bei Bedienen und Programmieren eingesetzt. Es ist jedoch abzusehen, dass Industrial Ethernet weiter in die Feldebenen vordringt und Steuerungsaufgaben übernehmen wird. In diesen Bereichen stellt sich unmittelbar die Frage nach Echtzeitfähigkeit der eingesetzten Kommunikationsmedien. Dort dominieren immer noch die klassischen Feldbusse, wie z.b. Profibus, Devicenet, Controllnet, Interbus-S, CAN und Sercos. Es ist jedoch heute schon erkennbar, dass für diese Anwendungen zukünftig Industrial Ethernet eingesetzt werden wird. Es sind Ansätze von verschiedenen Firmen und Konsortien vorhanden, Industrial Ethernet echtzeitfähig zu machen. Verschiedene Applikationen, in denen Industrial Ethernet Steuerungsaufgaben in Echtzeit bewältigen muss, existieren bereits. Bei Ethernet Powerlink werden beispielsweise seit 2002 Maschinen in Echtzeit vernetzt. Eine weitere Echtzeit-Möglichkeit sind Industrial Ethernet Komponenten, die den Standard IEEE 1588 unterstützen. Seite 3

4 Industrial Ethernet Anwendungsbeispiel-1 Zentrale Zusammenführung aller Informationen im Kontrollraum/Leitstand und den Meisterbüros. Anbindung an das Hausnetz in redundanter Auslegung (dual homed). Integration der Fertigungshallen und Versand in Vollredundanz (Hiper-Ring). Die Anbindung der BDE-Terminals erfolgt wireless (WLAN). Die Sprachübertragung (Voice over IP) ist ebenfalls im Gesamtsystem integriert unter Berücksichtigung der Anforderungen gemäß IP 67. Die Zugangskontrolle (Torüberwachung) ist mittels Video over IP realisiert. Bedienen Beobachten Programmieren a) Durch die direkte Verbindung der Maschine zur Leitebene können z.b. die Kosten für den PC zur Leitebene eingespart werden b) Weitere Möglichkeiten der Optimierung im Produktionsbetrieb. Parameter und Werte, die manuall vorgegeben werden mussten, können nun über das Ethernet-Netzwerk online in die Maschinensteuerung übertragen werden, wodurch die Umrüstzeiten erheblich verkürzt werden. c) Die Online-Übertragung der aktuellen Produktionsdaten an die Leitebene ermöglicht außerdem ein optimales Steuern der Produktion. Die Maschinenbediener müssen weniger Daten manuell von und zur Steuerung übertragen, was für den Endkunden eine Reduzierung von Fehlerquellen bedeutet > Qualitätsverbesserung. d) Die Möglichkeit sämtliche Produktionsmaschinen im Leitstand zu überwachen, vermeidet unnötige Stillstandszeiten und verbessert die Produktionsleistung. Seite 4

5 Industrial Ethernet Übersicht einer durchgängige Intergration von Voice- und Video over IP in ein Industrial Ethernet (Hirschmann Hiper-Ring) Seite 5

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