Gut verbunden Robuste Netzwerklösungen für die Industrie

Ethernet-Switches werden nicht nur im Netzwerk selbst eingesetzt, sondern auch überall dort, wo weitere Ethernet-Ports für den Anschluss von Geräten nötig sind. Ein paar Anwendungsbeispiele aus der Praxis zeigen, welche Anforderungen sich dabei ergeben können.

1. Monitoring und Steuerung von Geräten

Ein Betreiber großer PV- und Windenergieanlagen nutzt ein Feld-Netzwerk zur Überwachung und Steuerung der verteilt eingesetzten Instrumente und Geräte. Um die Steuerschränke mit den Netzwerkschränken zu verbinden, sind nicht nur einfache, sondern auch hochzuverlässige Verbindungen nötig. Denn es muss sichergestellt sein, dass Alarmmeldungen das OCC-Kontrollzentrum erreichen. Zudem muss der Betreiber seine Netzwerke mit jeder neuen Anlage einfach erweitern können. Dabei ergeben sich folgende Anforderungen:

• Anwendung und Umgebung: robuste Geräte für den Betrieb in gefährlichen Umgebungen

• Zuverlässigkeit: Priorität für Alarmmeldungen bei der Vor-Ort-Überwachung

• Netzwerkanforderungen: hohe elektromagnetische Störfestigkeit für EMS und die I/O-Datenübertragung an eine lokale Netzwerkkonsole

2. Fahrerlose Transportsysteme

Ein Logistikunternehmen nutzt AGV-Systeme (Automated Guided Vehicles), um die Lagerlogistik zu verbessern und Kunden schneller beliefern zu können. Um die Fahrzeuge stets überwachen und steuern zu können, ist ein zuverlässiges Netzwerk ein Muss. Zu den Systemanforderungen gehören:

• Anwendung und Umgebung: langlebige und industrietaugliche Geräte, die rauen Umgebungen standhalten

• Installation und Wartung: kompakte Geräte, die sich leicht in ein AGV mit begrenztem Platzangebot einbauen lassen

• Zuverlässigkeit: eine „Plug-and-Forget“-Beständigkeit für eine Betriebszeit ohne Unterbrechungen

3. Vorausschauende Wartung

Ein Maschinenbauer möchte seinen Kunden eine vorausschauende Wartung und eine höhere Effizienz bieten. Hierfür braucht er Maschinendaten und damit auch eine bessere Konnektivität und Überwachung in seinen Maschinenschränken. Für die Netzwerkerweiterung gelten folgende Anforderungen:

• Netzwerk: Aufrüstung auf Gigabit-Ethernet, da Fast-Ethernet für die wachsende Anzahl von Geräteverbindungen nicht ausreicht

• Installation und Wartung: schnelle Bereitstellung ohne spezielle IT-Kenntnisse, um einen reibungslosen Betrieb und einfache Wartung zu gewährleisten

• Zuverlässigkeit: Priorisierung der Übertragung wichtiger Daten für Echtzeitanwendungen

Die Beispiele zeigen: Bei der Erweiterung von Netzwerken an der Edge ist es wichtig, dass diese einfach und flexibel bleiben. Hierfür bieten Unmanaged Ethernet-Switches eine leicht zu implementierende, anpassungsfähige und äußerst zuverlässige Lösung. Doch es gilt, aus der Vielzahl der verfügbaren Geräte das passende für die individuellen Anforderungen zu finden.

Zuverlässigkeit

Switches mit breitem Eingangsspannungsbereich arbeiten auch bei Stromschwankungen oder leichten Spannungsspitzen weiter. So erhöhen sie die Betriebszeit und Zuverlässigkeit des Netzwerks. Weiteres Plus: Sie lassen sich mit vielen Stromquellen nutzen. Dadurch können sie in unterschiedlichen Umgebungen eingesetzt werden und sorgen für geringere Lagerkosten.

In Netzwerken, in denen eine zuverlässige Betriebszeit von entscheidender Bedeutung ist, sind Switches mit redundanter Stromversorgung empfehlenswert. Sofern diese an redundante Netzteile angeschlossen sind, bleibt das Gerät selbst dann mit Strom versorgt, wenn eine Stromquelle ausfällt.

Um Ausfallzeiten zu reduzieren, empfehlen sich Switches von renommierten Herstellern mit einer hohen Mean Time Between Failure (MTBF, mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen).

Installation und Wartung

Unmanaged Switches sind Plug-and-Play-fähige Geräte, das heißt ihre Konfiguration ist sehr einfach. Um Probleme bei der Montage in einem Netzwerkschrank oder einer Schalttafel zu vermeiden, sollten Switches mit stabilen Montagesätzen gewählt werden. Zudem spielt die Größe des Switchs häufig eine wichtige Rolle. Denn Schalttafeln und Netzwerkschränke stecken meist voller Geräte, sodass es schwierig oder gar unmöglich ist, noch Switches einzubauen. Modelle wie die aus der EDS-2000-EL-Serie von Moxa, die nicht einmal so groß sind wie eine Kreditkarte, können flexibel installiert werden und lassen Platz für künftige Netzwerkerweiterungen.

Anwendung und Umgebung

Raue Umgebungsbedingungen erfordern Switches mit einem industrietauglichen, robusten Gehäuse. Kunststoffgehäuse sind eine gute Wahl, wenn ein günstiges und leichtes Gerät gefragt ist. Metallgehäuse bieten eine bessere Wärmeableitung und eine bessere Erdungswirkung. Damit sind sie für Umgebungen mit starkem elektromagnetischem Rauschen ideal.

Der Betriebstemperaturbereich des Switches sollte groß genug sein, um auch potenziell vorkommende extreme Bedingungen abzudecken. Denn Temperaturen, die über die Spezifikation hinausgehen, führen zu vorzeitiger Alterung oder gar zum Ausfall des Geräts. Dabei ist zu beachten, dass sich zum Beispiel Schaltschränke im Außenbereich durch Sonneneinstrahlung stark aufheizen können. Auch andere Geräte in der Nähe erhöhen die Temperatur.

In manchen Branchen, zum Beispiel Transport, Schifffahrt, Eisenbahn oder Medizin, ist außerdem darauf zu achten, dass die Switches alle nötigen Zertifizierungen haben.

Netzwerk

Für Anwendungen, bei denen Fast Ethernet nicht ausreicht, empfiehlt sich Gigabit Ethernet. Hierfür gibt es zum Beispiel von Moxa die EDS-G2005-EL-Serie mit Full-Gigabit-Ethernet-Ports, kompakter Größe, IP40-Metallgehäuse, Quality-of-Service- (QoS) Funktion und Broadcast Storm Protection (BSP) oder die vergleichbare EDS-G2008-ELP-Serie im IP40-Kunststoffgehäuse. Ihre Quality-of-Service- (QoS) Funktion sorgt dafür, dass Datenpakete mit hoher Priorität auch in einem überlasteten Netzwerk rechtzeitig übertragen werden. Die Broadcast Storm Protection (BSP) blockiert den Broadcast-Verkehr ab einem gewissen Niveau. Damit verhindern sie, dass die Datenübertragung und die Leistung des Switches durch einen Broadcast Storm, also sehr viele Broadcast-Pakete innerhalb kurzer Zeit, beeinträchtigt werden.

Um die Datenintegrität auch in rauen Umgebungen zu gewährleisten, sind Glasfasermedien ideal. Sie sind resistent gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI).

Außerdem ist auf die Größe der MAC-Tabelle zu achten. Dort werden die MAC-Adressen der Netzwerkgeräte gespeichert und der Switch kann die Daten schnell an die richtigen Ports senden. Ist die MAC-Tabelle voll, schickt der Switch die Daten an alle verfügbaren Ports im Netzwerk, was ein Sicherheitsrisiko sein kann. Deshalb empfiehlt es sich, die erforderliche Größe der MAC-Tabelle für das jeweilige Netzwerk zu ermitteln und einen Switch mit ausreichender Tabellengröße zu wählen.

Ein weiterer Faktor ist die Größe des Switch-Puffers. Hier speichert der Switch die empfangenen Datenrahmen, beziehungsweise -pakete, bevor er sie weiterleitet. Ist der Puffer durch intensiven Datenaustausch überlastet, können Datenrahmen vom Switch verworfen werden und müssen nochmal gesendet werden. Die Folge: Verzögerungen in der Kommunikation. Je größer also der Puffer, desto geringer ist die Gefahr von Paket- beziehungsweise Rahmenverlusten.