9 Experten zum Thema Industrial Ethernet - Teil 2 Nachgefragt: Wie profitiert der Anwender von einem Wechsel auf Ethernet?

Autor / Redakteur: Ines Näther / Ines Stotz

Zwar bieten alle am Markt etablierten Industrial-Ethernet-Systeme grundlegende Vorteile, jedoch steht jeder umstiegswillige Anwender vor einer schwer zu durchschauenden Vielfalt konkurrierender Systeme. Zudem gewinnen weitere Aspekte immer mehr an Bedeutung, wie etwa die funktionale Sicherheit. Für etwas mehr Durchblick im Ethernet-Dickicht haben wir uns in der Branche umgehört. Wir haben uns bei neun Industrail-Ethernet-Experten umgehört: Welche Vorteile hat der Anwender generell vom Umstieg auf eine Ethernet-basierte Kommunikation und worauf sollte er aus Ihrer Sicht bei einem Wechsel achten?

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elektrotechnik hat sich bei neun Industrial-Ethernet-Experten umgehört.
elektrotechnik hat sich bei neun Industrial-Ethernet-Experten umgehört.
(Bild: Rockwell Automation)

Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus Nutzerorganisation
Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus Nutzerorganisation
(PNO)
Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus Nutzerorganisation: Neben der höheren Leistungsfähigkeit, die sich in kürzeren Zykluszeiten, größeren Datenmengen und höheren Mengengerüsten bemerkbar macht, ist Profinet 100-prozentig kompatibel zu Ethernet. Das heißt, dass parallel alle Funktionen aus dem Standard Ethernet, wie beispielsweise Web-Zugriff, zur Verfügung stehen. Mit diesem Industrial-Ethernet-System lassen sich komplett neue Automatisierungslösungen realisieren. So nutzen unsere Anwender heute zum Beispiel fehlersichere Kommunikation über drahtlose Verbindungen. Auch bieten sich völlig neue Diagnosemöglichkeiten.

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Da Ethernet von Hause aus schon viele Netzwerkprotokolle mitbringt, die sich für Wartungszwecke nutzen lassen, ist die Diagnose in Profinet-Netzwerken ein Kinderspiel. Störungen können unmittelbar erkannt und dank integrierter Topologie-Erkennung auch sofort und einfach lokalisiert werden. Der Austausch defekter Geräte gestaltet sich dann ebenfalls im Handumdrehen. Das Einstellen von Adressen, wie es in der Vergangenheit üblich war - und auch heute noch bei anderen Ethernetsystemen üblich ist – entfällt. Die neuen Geräte konfigurieren sich im Netz selbst.

Außerdem biete Profinet eine Vielzahl an Applikationsprofilen. Diese stellen für verschieden Geräteklassen einheitliche Applikationschnittstellen bereit, wie zum Beispiel Profienergy für das Energiemanagement in Maschinen und Anlagen, Profisafe für die Sicherheitstechnik und Profidrive für die Antriebtechnik.

Peter Pesch, Commercial Engineer Integrated Architecture bei Rockwell Automation
Peter Pesch, Commercial Engineer Integrated Architecture bei Rockwell Automation
(Rockwell Automation)
Peter Pesch, Commercial Engineer Integrated Architecture bei Rockwell Automation: Der Vorteil liegt in der „Offenheit“ des Systems. Ethernet/IP nutzt unmodifiziertes Standard-Ethernet, verfolgt also keinen proprietären Lösungsansatz, sondern ist für die Tools anderer Hersteller offen. Dies vereinfacht die Diagnosemöglichkeiten und Nutzung von Standards im Netzwerk und ermöglicht dem Hersteller einen höheren Sicherheitsgrad über Standardmechanismen und Standard-Tools.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Echtzeitfähigkeit und dadurch die Möglichkeit, Echtzeitdaten anlagenweit zur Verfügung zu stellen; des Weiteren die einfache Installation und Konfiguration. Nicht zuletzt sprechen die hohe Performance, die große Endkundenakzeptanz und die weite Verbreitung für eine Nutzung von Ethernet/IP.

Hilfreich beim Wechsel auf Ethernet/IP ist die Möglichkeit Netzwerktopologien aufbauen zu können, wie sie aus den unterschiedlichen Feldbussystemen dem Maschinenbauer bekannt sind; Stern-, Linie- und Ringstruktur. Hierdurch ist gleichzeitig eine optimale Anpassung an die Verhältnisse einer Anwendung und den sich daraus resultierenden Anforderungen nach kurzen Verkabelungswegen, einfacher Instandhaltung, etc. inklusive Diagnosemöglichkeiten im Fehlerfall gegeben.

Eine entscheidende Frage bei einem Wechsel auf eine dezentrale Steuerungstechnik generell ist die Verfügbarkeit und die Vielfältigkeit von Feldgeräten auf die der Anwender zurückgreifen kann. Auch hier lässt sich sagen, dass sich Ethernet/IP bei den Feldgeräteherstellern etabliert hat. Der Kunde kann aus einem stetig wachsenden Angebot an Feldgeräten inklusive Prozess- Instrumente wie Massendurchflussgeräte wählen.

Einen besonderen Schwerpunkt beim Wechsel auf Ethernet in der Fertigung bildet der Aspekt Zugriffsicherheit: Die Zusammenführung von Informationen aus Fertigungs- und Geschäftsebene über ein gemeinsames Netzwerk ermöglicht auf der einen Seite eine größere Agilität eines Unternehmens und ergibt weitere Gelegenheiten für Innovationen. Auf der anderen Seite erfordert die Zusammenführung der Ebenen auch die Entwicklung von Sicherheitskonzepten für das Fertigungsnetzwerk, das nun nicht mehr als ein isoliertes Netzwerk wie ein Feldbusnetzwerk innerhalb des Unternehmensbereichs betrachtet werden kann. Hier stellt sich zunehmend die Frage nach Zugriffssicherheit zu den industriellen Prozessen und dem Schutz des geistigen Eigentums der Fertigungsanlage. Hilfreich bei einem Standard- Ethernet Netzwerk, wie es Ethernet/IP darstellt, ist hier die Anwendbarkeit von etablierten IT-Tools. Hier lassen sich Synergien finden um den Fertigungsprozess vor unerwünschten Zugriffen zu schützen. Rockwell Automation und Cisco haben hierzu gemeinschaftlich eine Sicherheitsstrategie für das gesamte Unternehmensnetzwerk entwickelt.

Martin Rostan, Leiter Technologie-Marketing bei Beckhoff Automation
Martin Rostan, Leiter Technologie-Marketing bei Beckhoff Automation
(Beckhoff Automation)
Martin Rostan, Leiter Technologie-Marketing bei Beckhoff Automation:Die Vorteile hängen ganz klar von der gewählten Industrial-Ethernet-Variante ab: Ethercat-Anwender profitieren dank des signifikanten Performancezuwachses von effizienteren Maschinen und Anlagen und sparen dabei noch Geld. Auch freuen sie sich über die schnelle Inbetriebnahme, die selbst den Feldbussen gegenüber noch deutlich vereinfacht wurde: so müssen auf den Geräten keine Adressen eingestellt werden und auch die Diagnoseeigenschaften von Ethercat machen dank exakter Fehlerlokalisierung das Leben leichter.

Der Umstieg auf Ethernet an sich muss noch nicht zu Vorteilen führen: Je nach gewählter Technologie nehmen gegebenenfalls nur Komplexität und Kosten zu, ohne dass dies durch einen Anwendungsvorteil aufgewogen wird. Wenn etwa komplexes IT-Know-how auch auf der Feldebene gefordert ist, weil managed Switches zu konfigurieren sind, oder wenn die Performance stark durch die Netzwerktopologie beeinflusst wird, so führt die Einführung von Ethernet eher zu Verdruss.

Stefan Schönegger, Geschäftsführer der Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG)
Stefan Schönegger, Geschäftsführer der Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG)
(EPSG)
Stefan Schönegger, Geschäftsführer der Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG): Die allgemeinen Vorteile liegen auf der Hand: einheitliche Verkabelung, höhere Performance, mehr Bandbreite. Der Anwender muss jedoch unbedingt darauf achten, dass der gewünschte Automatisierungslieferant in der Lage ist, Industrial Ethernet vollumfassend anzubieten. Dazu gehört eine konsequente Umsetzung der Echtzeitfähigkeit von den Sensoren über das Netzwerk bis in die Steuerungsumgebung. Wir erreichen hier zum Beispiel eine Systemgenauigkeit über alle Komponenten hinweg von deutlich unter 100 ns – auch über Netzwerkgrenzen hinweg.

Ein zweites wesentliches Kriterium ist die integrierte Sicherheitstechnik. Der Anwender sollte sich versichern, dass das gesamte Spektrum an Sicherheitsfunktionen inklusive Konfiguration und Parametrierung sowie den Safe-Motion-Funktionen gemäß IEC 61800-5-2 vollständig umgesetzt und zertifiziert verfügbar ist. Speziell hier gibt es deutliche Unterschiede am Markt. Ein weiterer Aspekt ist das Thema der Flexibilität. Ein optimales Industrial-Ethernet-System ermöglicht eine freie Wahl der Topologie, ohne auf spezielle proprietäre Hardware-Produkte angewiesen zu sein. Mit Powerlink lassen sich Stern-, Ring- und Linientopologie beliebig miteinander kombinieren.

Holger Zeltwanger, geschäftsführendes Vorstandsmitglied von CAN in Automation und CiA-Geschäftsführer
Holger Zeltwanger, geschäftsführendes Vorstandsmitglied von CAN in Automation und CiA-Geschäftsführer
(CAN in Automation)
Holger Zeltwanger, geschäftsführendes Vorstandsmitglied von CAN in Automation und CiA-Geschäftsführer: Industrial Ethernet ist überall dort sinnvoll, wo sehr viele Daten in sehr kurzer Zeit übertragen werden müssen. Allerdings ist die Komplexität der Systemintegration, der Fehlersuche und der Wartung deutlich höher als bei den sogenannten Feldbussystemen.

Wenn man Industrial-Ethernet einführt, sollte man meines Erachtens darauf achten, dass es zu den bisher verwendeten Bussystemen eine Durchgängigkeit beziehungsweise Interoperabilität gibt. Dies kann durch standardisierte Gateways oder durch die Verwendung eines gleichartigen Datenmodells erfolgen. CANopen-ähnliche Ethernet-Lösungen gibt es für Ethercat, Powerlink, Safetynet und Varan. CC-Link-IE adaptiert derzeit das CANopen-Antriebsprofil CiA 402.

Martin Schuller, Obmann Varan-Bus-Nutzerorganisation (VNO)
Martin Schuller, Obmann Varan-Bus-Nutzerorganisation (VNO)
(VNO)
Martin Schuller, Obmann Varan-Bus-Nutzerorganisation (VNO): Das einzige Kriterium beim Umstieg auf Industrial-Ethernet ist der daraus erzielbare Nutzen für den Kunden. Und der liegt aus Sicht der Varan-Bus-Nutzerorganisation in der hohen Datenrate, der hervorragenden Synchronisationsqualität und der Durchgängigkeit des Datenaustausches von der Leit- bis zur Feldebene. Der Anwender sollte bei einem Umstieg sehr genau darauf achten, welche Kosten welchem Nutzen gegenüberstehen. Die in der Anfangseuphorie gängige Ansicht, dass in Zukunft jeder Sensor mit einer Ethernet-Schnittstelle ausgestattet ist, ist so nicht eingetreten, da bei einfachen Sensoren analoge oder digitale Schnittstellen die gleiche Funktionalität bei wesentlich niedrigeren Kosten bieten.

Ein Faktor, der unbedingt in die Betrachtung bei der Systemauswahl einbezogen werden sollte, ist die Datensicherheit. Dabei sind einerseits die Wahl der richtigen Stecker und Kabel, andererseits das Kommunikationsprotokoll und die Absicherung der Datenübertragung wichtig. Weitere Entscheidungskriterien sind zudem eine einfache Implementierung und geringe Teilnehmerkosten. Diese Punkte standen bei Varan von Beginn an im Fokus der Entwicklung und sind entsprechend umfassend gelöst.

Martin Müller, Leiter des Geschäftsbereichs I/O and Networks bei Phoenix Contact Electronics
Martin Müller, Leiter des Geschäftsbereichs I/O and Networks bei Phoenix Contact Electronics
(Phoenix Contact)
Martin Müller, Leiter des Geschäftsbereichs I/O and Networks bei Phoenix Contact Electronics: Der Umstieg auf Ethernet-basierte Kommunikationssysteme eröffnet zahlreiche Vorteile für die Anwender, führt aber auch zu neuen Herausforderungen. Ein Nutzen ergibt sich insbesondere aus der Durchgängigkeit in allen Ebenen der Kommunikation, da Daten ohne Systembrüche vom Sensor bis in das ERP-System übertragen werden können. Die drahtlose Kommunikation – beispielsweise in mobilen Anwendungen – wird ebenfalls einfacher, denn WLAN- oder Bluetooth-basierte Systeme lassen sich nahtlos in das Gesamtnetzwerk integrieren. Dies war bei Feldbussen nur in Spezialanwendungen oder gar nicht möglich. Weiterhin bieten Ethernet-basierte Lösungen Vorteile beim Aufbau von redundanten Strukturen von der Medienredundanz bis hin zur Systemredundanz.

Die Herausforderung beim Einsatz Ethernet-basierter Systeme liegt hauptsächlich in ihrer durch die neuen Möglichkeiten stark steigenden Komplexität. Sie müssen deshalb sorgfältiger geplant und projektiert werden, damit die reibungslose Funktion auch bei Anlagenerweiterungen sichergestellt ist. Zusätzlich kommt noch der Security-Aspekt hinzu; die Systeme sind also vor unbeabsichtigten Fehlbedienungen sowie vor Viren, Würmern oder Hacker-Angriffen aus dem Internet zu schützen. Eine zentrale Schutzlösung, wie sie die IT-Abteilungen in der Regel für Office-Systeme vorsehen, reicht in der industriellen Anwendung nicht aus, weil die Security-Geräte hier industriellen Anforderungen genügen müssen und die Performance der Automatisierungslösung nicht beeinflussen dürfen.

Peter Lutz, Managing Director Sercos International
Peter Lutz, Managing Director Sercos International
(Sercos International)
Peter Lutz, Managing Director Sercos International: Moderne Netzwerke auf Basis von Industrial-Ethernet zeichnen sich im Vergleich zu konventionellen Feldbussen durch eine höhere Performance und mehr Flexibilität aus. Damit können die unterschiedlichen Kommunikationsbedürfnisse einer Automatisierungslösung mit einer einheitlichen Netzwerkinfrastruktur einfach und wirtschaftlich abgedeckt werden. Die Integration von Antriebs-, Peripherie- und Sicherheitsbus, sowie Standard-Ethernet in einem einzigen Netzwerk vereinfacht die Handhabung, verbessert die Durchgängigkeit und reduziert außerdem die Hardware- und Installationskosten. (siehe Grafik Evolution von Sercos)

Anwender sollten beim Umstieg auf Industrial-Ethernet berücksichtigen, dass sich die angebotenen Systeme teilweise erheblich hinsichtlich der angewandten Verfahren, der Leistungsfähigkeit und der unterstützten Funktionen unterscheiden. Auch sollten die Komplexität, die Robustheit, die Herstellerunabhängigkeit, sowie der Standardisierungsgrad im Hinblick auf das Protokoll und die Profile berücksichtigt werden.

Die Migration einer konventionellen Sercos-Implementierung auf Sercos III ist einfach möglich, da dessen Kommunikationsmechanismen auf denen von Sercos I/II aufbauen. Zudem wurde das Sercos-Antriebsprofil unverändert übernommen und die neuen Geräteprofile - zum Beispiel für E/As, Encoder oder …Energy - basieren auf einem einheitlichen Geräteprofil und Parametermodell, das sich an das Antriebsprofil anlehnt.

Frank Iwanitz, Product Manager Industrial Ethernet bei Softing Industrial Automation
Frank Iwanitz, Product Manager Industrial Ethernet bei Softing Industrial Automation
(Softing)
Frank Iwanitz, Product Manager Industrial Ethernet bei Softing Industrial Automation: Industrial-Ethernet kommt dann zum Einsatz, wenn der Anwender dadurch eine Reduzierung der Gesamtkosten, also der Investments plus der Wartungskosten einer Anlage erreicht. Aus technischer Sicht macht der Einsatz von Industrial-Ethernet nur dann Sinn, wenn sich damit im Vergleich zu Feldbussen neue Anwendungsgebiete erschließen lassen, etwa ein schnellerer Datenaustausch, die Übertragung größerer Datenmengen oder die Integration in die IT-Welt.

Durch die Verwendung von FPGA-Technologie bieten unsere Produkte Geräteherstellern den Vorteil eines nahtlosen Wechsels zwischen einer Feldbus- und einer Industrial-Ethernet-Anbindung.

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