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Moxa – Ein Beispiel für Ethernetkonvergenz

Kommunikationstechnik
Moxa – Ein Beispiel für Ethernetkonvergenz

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Neben dem Trend hin zur Integration bestehender Feldgeräte in Ethernet-Netzwerke steigt in der Fabrikautomation der Bedarf an umfassenden Sicherheitslösungen, und auch der Einsatz von Drahtlosnetzwerken gewinnt an Bedeutung. Zunehmend gefragt sind außerdem Lösungen für das Fernwirken und -Warten. Moxa hat sich eingehend mit den vier aktuellen Trends in der Fabrikautomation befasst und seine Kommunikationslösungen entsprechend ausgerichtet. Die Lösungen lassen sich anhand einer Fertigungspyramide veranschaulichen.

Chih-Hong Lin ist Business Development Manager Industrial Ethernet bei Moxa Europe in München

Die Produkte des Unternehmens finden ihren Einsatz zunächst auf der Managementebene, wo sie eine leistungsfähige Ethernet-Infrastruktur bilden. Auf der Steuerungsebene ermöglichen Ethernet-Switche die flexible, skalierbare Netzwerk-Aggregation, und Ethernet-Gateways sorgen für die erweiterte Nutzung bestehender Feldbusgeräte. Remote-I/O-Lösungen ermöglichen das Fernwirken und -Warten und industrielle Secure-Router decken den Bedarf an sicherer Kommunikation. Im Feld schließlich lösen verschiedene Produkte die vielschichtigen Aufgaben vor Ort. Dazu gehören Embedded-Computer, Videonetzwerkkomponenten, Drahtlosgeräte und Komponenten für die serielle Kommunikation.

Vertikale Integration gleich Feldbusintegration

Bei der vertikalen Integration sämtlicher Ebenen in der Fabrikautomation heißt das Schlüsselthema Feldbusintegration. Schnell und einfach ins Ethernet – das ist das Ziel. Ethernet-Konvergenz bedeutet nichts anderes, als das Ziel, die gesamte Kommunikation über Ethernet abzuwickeln. Warum das erstrebenswert ist? Weil Industrial Ethernet aufgrund seiner Historie extrem geringe Kosten pro Port und pro Meter Verkabelung verursacht.

Die Kommunikation von der untersten Produktionsebene, sprich von Einzelgeräten wie Werkzeugen oder Werkzeugmaschinen, bis hin zur Planung oder Kontrolle am oberen Ende der Fertigungspyramide erfordert ein einheitliches Kommunikationsprotokoll. Allerdings gibt es viele verschiedene Kommunikationsgeräte und -medien, denen zunächst dabei geholfen werden muss, über Ethernet kommunizieren zu können. Dafür sind wiederum Geräte nötig, die die Kommunikationsprotokolle entsprechend umwandeln, wie Konverter oder Gateways. Darüber hinaus gibt es Konvergenztreiber, wie Geräteserver oder E/A-Geräte, die dafür sorgen, dass Daten über Ethernet übertragen werden. Ein weiterer Konvergenztreiber findet sich im Bereich IP-Video. IP-Video nutzt die Infrastruktur des Netzwerks und benötigt im Vergleich zu analogen Videoanwendungen keine separaten Leitungen. Videokonverter wandeln analoge Videodaten in digitale, die über Ethernet übertragen werden können.

Im Feld lassen sich durch die Überführung ins Ethernet auf einen Streich alle Komponenten integrieren. Für die Integration sorgen Feldbusprotokolle und E/A-Geräte. Gateways konvertieren typische Feldbusprotokolle, wie Modbus oder Profibus, E/A-Geräte konvertieren analoge Eingangsdaten in digitale Ausgangsdaten.

Ethernet hat den Vorteil, dass es auf physikalischer Ebene sowohl über Kupferleitungen als auch Glasfaser oder sogar drahtlos laufen kann. Teil des Erfolgskonzepts von Ethernet ist die Tatsache, dass es den Bedürfnissen verschiedener Datenanwendungen genau Rechnung trägt. Ein Teilbereich dessen ist Industrial Wireless, in dem es heutzutage um die Themen Ausfallsicherheit durch Redundanz, latenzarme Übertragung durch Routingprotokolle, sichere Datenübertragung durch Verschlüsselung, VPN und Segmentierung durch VLAN, Firewalls und Secure Routing geht, sowie um die priorisierte Datenübertragung per QoS. Die drahtlose Medienübertragung ist sicherlich die störanfälligste, deshalb dienen all diese Maßnahmen dazu, Wireless so sicher zu machen wir eine Kupferleitung. Mit stabilen Drahtlosverbindungen im 2,5- und 5-GHz-Band, serieller und Ethernet-Konnektivität sowie null Datenpaketverlust sorgen Wireless-Geräteserver und -Access Points von Moxa für die zuverlässige statische Funkverbindungen in betriebskritischen Automatisierungsanwendungen.

Horizontale Integration

Horizontale Integration in der Fabrikautomation bedeutet verteilte Netzwerke zu integrieren, um von der reibungslosen Kommunikation untereinander zu profitieren. Da verteilte Netzwerke in so genannten Sites voneinander entfernt liegen, lässt sich das Steuern der Kommunikation zwischen solchen Sites unter dem Begriff Remote Automation zusammenfassen. E/A-Geräte sind in der Lage, diese Sites über Ethernet ansprechen. VPN ist die Schnittstelle, um zu Routern auf Site-Ebene zu verbinden. Heutzutage ist es keine Utopie mehr, beispielsweise von einem Standort in Deutschland aus per Smartphone-App einen Schwerlastkran in Abu Dhabi fernzusteuern – auch das fällt in den Bereich der Remote Automation, also der horizontalen Integration.

Besonderes Augenmerk liegt im Falle der Remote Automation auf der Sicherheit. Steuer- und Regelungsnetzwerke in Produktionsbetrieben vor externen und internen Zugriffen zu schützen ist aber auch ganz grundsätzlich eine Herausforderung. Insbesondere im Hinblick auf das Konzept der Industrie 4.0, in dessen Zentrum die noch stärkere Vernetzung intelligenter Maschinen und Produkte, Lagersysteme und Betriebsmittel und die verbesserte Kommunikation zwischen diesen Bereichen stehen, gewinnt der Schutz der einzelnen Bereiche an Bedeutung. Mit dem einwandfreien Funktionieren jedes Bereichs steht oder fällt schließlich das Ergebnis am Ende der unternehmerischen Wertschöpfungskette.

Schutz von Produktionsstandorten

Obwohl kein Gerät in letzter Konsequenz vor cleveren Hackern schützen kann, reduziert der Einsatz der richtigen Hardware in Kombination mit umfassenden Sicherheitsregeln zumindest das Risiko. Eine auf die Bedürfnisse von Steuer- und Regelungsnetzwerken in der Automatisierung abgestimmte Lösung ist das Cell-Zone-Site-Konzept. Es besagt nichts anderes, als eine abgestufte Kompartimentierung, also die Schaffung abgeschlossener Reaktionsräum in Verbindung mit einem Abschottungskonzept. Dabei wird das Fabrik-Netzwerk in Unterbereiche aufgeteilt, die gemeinsam (Zellen in Zonen und Zonen in Sites) noch einmal geschützt werden. So wird es schwieriger, von einer Zelle in die andere zu gelangen oder gar in die gesamte Site.

Das Cell-Zone-Site-Konzept bezieht sich auf den Schutz der verschiedenen Ebenen innerhalb eines Automatisierungsnetzwerkes:

  • Site: Auf Fabrikebene wird die gesamte lokale Site geschützt, und die Datenfernübertragung von den Leitstellen wird abgesichert.
  • Zone: Innerhalb von Funktionszonen wird die Datenübertragung von verschiedenen Gerätezellen und von kritischen Geräten geschützt.
  • Cell: In den Gerätezellen werden die Daten geschützt, die von verschiedenen Feldgeräten, wie E/As, Messgeräten oder IP-Kameras erfasst werden.

Auf jeder Ebene werden unterschiedliche Industrial-Secure-Router eingesetzt, um die entsprechenden Bereiche zu schützen. Moxa bietet hierfür Hochleistungs-Secure-Router (EDR-G903), kosteneffiziente Geräte (EDR-G902) und kombinierte Secure-Router-/Switche (EDR-810) an.

http://de.moxa.com

Weitere Informationen zu den

Secure-Router

http://hier.pro/iSi9s

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