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Switches von Wago ermöglichen die Vernetzung von Schaltschränken

Schaltschränke sicher vernetzen
Switches von Wago ermöglichen die Datenerfassung dezentraler Anlagen

Wago hat das Switch-Portfolio kontinuierlich ausgebaut. Zielgruppe sind vor allem Automatisierer und OT-Fachleute, deren Aufgabe es ist, Netzwerke einzurichten und zu betreuen, ohne über umfassende IT-Kenntnisse zu verfügen. Wie das Unternehmen die Brücke zwischen IT und OT schlägt, die Komplexität bei Inbetriebnahme und Betrieb reduziert und die Diagnose ermöglicht, erläutert Ingo Suleck, Produktmanager Netzwerkinfrastruktur.

Die Fragen stellte Andreas Gees, stv. Chefredakteur elektro AUTOMATION

elektro AUTOMATION: Herr Suleck, Thema unseres Gesprächs ist die Vernetzung von Schaltschränken. Vielleicht können sie uns einen kurzen Überblick geben, was die Gründe dafür sind?

Ingo Suleck (Wago): Mit der Digitalisierung kommt die Aufgabe auf uns zu, die Daten von dezentralen Schaltschränken an einem zentralen Punkt zu speichern und zu analysieren. Die Nutzung dieser Informationen ermöglicht Effizienz- und Produkttivitätssteigerungen. Es hat sich herauskristallisiert, dass sich Ethernet-Technologien und -Protokolle bestens für diese Aufgabe eignen. Sie ermöglichen zum Beispiel eine sichere Kommunikation zwischen einer Cloud-Anwendung sowie dezentralen Sensoren und Schaltschränken. In diesem Kontext darf auch die Netzwerksicherheit nicht außer Acht gelassen werden. Es geht nicht nur um die Konnektivität, es geht auch darum, die anwendungsspezifischen Security-Anforderungen flexibel in den Projekten umzusetzen. Ethernet als Technologie eignet sich hervorragend, um solche Netzwerke aufzubauen, und dabei die Verfügbarkeit durch Redundanz- und Diagnose-Mechanismen sicherzustellen.

elektro AUTOMATION: Die Vernetzung von Solaranlagen ist ein Beispiel aus dem Sektor Erneuerbare Energien, bei dem es darauf ankommt, die Daten aus einer größeren Anzahl von Schaltschränken zu erfassen und auszuwerten. Welche weiteren Anwendungsfäll sind denkbar?

Suleck: Da ist zuerst die Gebäudetechnik zu nennen. Wago bietet mit dem Flexroom-Lösung eine skalierbare Raumautomationslösung für mittlere und große Büro- bzw. Verwaltungsgebäude. Alle relevanten Raumfunktionen aus den verschiedenen Gewerken werden abgedeckt. Oft sind dabei mehr als 200 dezentrale Schaltschränke mit der Gebäudeleittechnik vernetzt. Um die Konnektivität in diesen Anwendungen zu gewährleisten, ist ein leistungsfähiges Netzwerk notwendig. In diesem werden auch immer öfter Videokameras eingesetzt, bei der Power over Ethernet gefordert wird. In diesem Fall wird der Switch zur Stromversorgung, die pro Port schaltbar ist. Ein Anwendungsfall mit einem anderen Blickwinkel ist die Vernetzung von Schaltschränken im Sondermaschinenbau. Die Unternehmen produzieren ihre Sondermaschinen mit Schaltschränken, in denen vielleicht eine Hand voll Managed-Switches zum Einsatz kommen. Die Sondermaschinenbauer nutzen das Netzwerk, um die Kommunikation zwischen den einzelnen Netzwerkteilnehmern zu realisieren. Die Informationen der Managed Switches ermöglichen eine effizientere Fehlerdiagnose aus der Ferne und steigern zusätzlich die Netzwerksicherheit.

elektro AUTOMATION: Basis der Konnektivität ist die Ethernet-Kommunikation über Switche. Welche Anforderungen sollten diese Switche erfüllen, wenn sie für die Vernetzung von Schaltschränken eingesetzt werden?

Suleck: Generelle Aufgabe eines Switches ist es, Datenpakete schnell und sicher von A nach B zu übertragen, sodass keine anderen Geräte im Netzwerk beeinflusst werden. Die Firmware der Switches beinhaltet eine sogenannte MAC-Tabelle, in der dokumentiert ist, an welchem Port welche Netzwerkgeräte angeschlossen sind, und der Switch leitet die Datenpakete effizient an das richtige Gerät weiter. So lassen sich Kollisionen vermeiden und es wird eine zuverlässige Kommunikation im Netzwerk gewährleistet. Switche bieten heute die Möglichkeit, mittels Netzwerkdiagnose Systemfehler zu lokalisieren, und redundante Strukturen im Netzwerk erlauben es außerdem, Systeme mit mehr Fehlertoleranz auszustatten. Redundanz-Protokolle im Netzwerk sorgen dafür, dass beim Ausfall einer Komponente im Feld die Kommunikation aufrecht erhalten bleibt. Auch die Authentifizierung der Teilnehmer sorgt für eine höhere Sicherheit im System. Netzwerksicherheit und die Robustheit des Netzwerks werden in Zukunft den Einsatz von Switchen bestimmen. Unsere Geräte haben wir vor diesem Hintergrund entwickelt. Uns war es besonders wichitg, dass der typische Automatisierungstechniker einen einfachen Einstieg in das Thema der Netzwerkkonfiguration findet. Die webbasierte Konfiguration haben wir genau auf diese Zielgruppe optimiert. Trotzdem sind in unseren Geräten alle netzwerktypischen Kommunikations-Protokolle aus der IT implementiert, sodass sie eine Art Bindeglied zwischen typischen Automatisierern und IT-Experten darstellen. Das schätzt der IT-Anwender, weil er diese Produkte mit seinen typischen Schnittstellen konfigurieren und in sein übergeordnetes Netzwerk-Management-System integrieren kann.

elektro AUTOMATION: Schaltschränke enthalten Wechsel- oder Frequenzumrichter, aber auch Steuerungen und Antriebe und andere Komponenten. Damit diese Geräte Daten und Informationen in eine Cloud liefern können, über welche Hard- und Softwareschnittstellen sollten sie verfügen?

Suleck: Schaue ich mir unsere typischen Kundensysteme an, dann ist die 100-Mbit/s-Kommunikation innerhalb des Schaltschranks oft ausreichend. Bei der Vernetzung dezentraler Systeme kommt in der Regel die Gbit/s-Kommunikation zum Einsatz. Im Projekt der cloudbasierten Solarpark-Vernetzung steht die Verfügbarkeit im Vordergrund. Es soll sichergestellt sein, dass aus einer cloudbasierten Monitoringlösung das Netzwerk überwacht wird, um dort Fehler oder Unregelmäßigkeiten erkennen zu können. Statt der SNMP-Kommunikation wird Modbus als Protokoll genutzt, das zwar in dieser Anwendung eher untypisch aber dem Automatisierer bestens vertraut ist. Wir haben entsprechende Modbus-Register in die Geräte integriert, sodass unsere Kunden einfach Diagnoseinformationen aus dem Switch auslesen können. Frequenzumrichter sowie Geräte der Mess- und Regeltechnik aber auch Steuerungen müssen über einen 100-Mbit/s oder Gbit/s-Ethernet-Port , und eine IP-Adresse verfügen, um Bestandteil im Netzwerk zu sein. Mittlerweile ist auch unsere Wago-Stromversorgung Pro 2 netzwerkfähig, sodass sich auch der Energiefluss monitoren lässt. Die Kommuniktion in die Cloud oder den Fernzugriff für Wartungszwecke wird mittels VPN-Router realisiert.

elektro AUTOMATION: Um bei den Beispielen Solarpark und Sondermaschinenbau zu bleiben, können Sie uns dazu einen typischen Schaltschrankaufbau beschreiben, welche Geräte sind enthalten und wie findet die Kommunikation statt?

Suleck: Ein typischer dezentraler Schaltschrank, beispielsweise zur Vernetzung von Solarparks, enthält als Komponenten Anschlussklemmen, Stromversorgung, Switches sowie Geräte der Mess- und Regeltechnik. Weitere Komponenten dienen der Visualisierung vor Ort. In diesem konkreten Anwendungsfall vernetzen die Switches die Geräte in den dezentralen Schaltschränken miteinander. Die Switche sind mittels Lichtwellenleiter redundant miteinander vernetzt. Betrachten wir den Sondermaschinenbau, haben wir meist sehr komplexe Schaltschränke, in denen mehrere Switche verschiedene Kommunikationsaufgaben übernehmen, beispielsweise den Anschluss von Barcodescannern oder andere Komponenten für die interne Logistik. Gerade im Sondermaschinenbau wird oft zweigleisig gefahren. Die Datenerfassung aus dem Kundensystem erfolgt dagegen völlig getrennt von der eigentlichen Anlagensteuerung. Das ist dann ein Strang, der in der Regel abgekapselt ist und dem Maschinenbauer den Fernzugriff auf die Anlage erlaubt. Diese Aufgabe wird von Kunde zu Kunde unterschiedlich gelöst, manche bevorzugen eine kontinuierliche Verbindung, andere gewähren den Zugriff beispielsweise mit einem Schlüsselschalter nur dann, wenn ein Problem aufgetreten ist.

elektro AUTOMATION: Wago bietet ein breites Portfolio von Switchen, auch Geräte mit Multimode- und Singlemode Steckmodulen.

Suleck: Unsere Switche haben sogenannte SFP-Slots (Small Form-factor Pluggable) integriert, in die Module für die Single- bzw. Multimode-Glasfaser-Kommunikation eingesteckt werden können. Damit sind Übertragungsstrecken bis 70 km möglich. Die galvanische Trennung vermeidet darüber hinaus eine Potenzialverschleppung über den Schirm des Netzwerkkabels. Auch das sorgt für eine hohe Verfügbarkeit. Diese Technik kommt beispielsweise in der Verkehrsleittechnik, der Kommunikation in der Industrie sowie bei der Vernetzung von Windkraftanlagen zum Einsatz. Ein weiteres Feature ist Power over Ethernet. Die typische Betriebsspannung der Komponenten im Schaltschrank ist 24 V. PoE-Geräte benötigen jedoch in der Regel 48 V. Damit kein zusätzliches Netzteil erforderlich ist, verfügen die Switche von Wago über einen internen DC/DC-Wandler, der die 48 V an den Ports liefert.

elektro AUTOMATION: Welche Unterstützung bietet Wago von der Planung über die Inbetriebnahme und den laufenden Betrieb? Gibt es die erforderlichen Dokumentationen an den Geräten?

Suleck: Die Dokumentation ist mittels QR-Code direkt am Gerät abrufbar. Der Anwender hat Zugriff auf das Datenblatt und das Handbuch sowie auf die aktuelle Firmware und Anwendungshinweise. Mit einem Klick kann er sich direkt mit dem Support in Verbindung setzen. Wago unterstützt bei der Netzwerkplanung und hilft dabei, geeignete Geräte zu finden. Die Kollegen werden regelmäßig geschult und auf den aktuellen Stand der Technik gebracht. Hat sich ein Kunde dann entschieden, unsere Technik einzusetzen, zum Beispiel unsere Switche in seiner Sondermaschine, und hat er den Validierungstests erfolgreich durchgeführt, dann beraten diese Mitarbeiter auch bei späteren Problemen. Um den Kunden im laufenden Betrieb zu unterstützen haben wir ein Dashboard entwickelt, das umfangreiche Diagnosemöglichkeit bietet und dem Automatisierer in den drei Ampelfarben signalisiert, ob und welcher Fehler auftritt. Damit haben wir ein Netzwerk-Monitoring geschaffen, das einen Wackelkontakt an einem Netzwerkkabel ebenso erkennt wie den Ort der Störung.

elektro AUTOMATION: Unterstützen die Geräte Ring- und Redundanz-Technologien, bieten sie Firewall-Funktionalitäten?

Suleck: Mit unseren Switchen unterstützen wir viele Ethernet-Protokolle und Redundanzmechanismen. Ein Beispiel aus dem Bereich der Fabrikautomation ist das MRP-Redundanz-Protokoll (Media Redundancy Protocol), das in der Profinet-Welt verbreitet ist und das auch wir unterstützen. Für komplexere Redundanzlösungen im Netzwerk unterstützen wir das ERPS-Protokoll (Ethernet Ring Protection Switching). Damit können wir bis zu sieben Netzwerkringe pro Switch managen und eine echte Einfehlertoleranz im Netzwerk realisieren. Geht es um die Vernetzung der digitalen Fabrik, unterstützen wir das RSTP-Protokoll (Rapid Spanning Tree Protocol). Damit lassen sich Netzwerkfehler durch eine zufällige Vermaschung erkennen und Ports automatisiert deaktivieren. Wir bieten mit dem Dual-Ring-Feature die Möglichkeit, bis zu 300 Geräte miteinander zu vernetzen mit einer Umschaltzeit von 30 ms. Mit dem Jet-Ring können wir bis zu 20 Wago-Controller an einen Switch im Ring anschließen. Außerdem bieten unsere Switche eine paketorientierte Firewall. Mit Hilfe der White List können nur bestimmte Netzwerkteilnehmer kommunizieren.

elektro AUTOMATION: Ist die Trennung separater Netzwerksegmente gemäß IEEE-802.1Q möglich?

Suleck: Die Segmentierung im Netzwerk gemäß der IEEE 802.1Q bietet sich beispielsweise für Netzwerke an in denen Netzwerkteilnehmer aus unterschiedlichen Systemen nur selten miteinander kommunizieren. Dann besteht die Möglichkeit, diese Netzwerke zu trennen, sodass zwei separate Netze entstehen. Es befinden sich zum Beispiel 4 Ports vom Switch im VLAN100 (Virtual Local Area Network) und 4 weitere Ports im VLAN 200. Eine Kommunikation zwischen den VLANs ist nur durch die Verwendung von Routing-Funktionen möglich. Mit Hilfe dieser Funktion kann auch ein zentrales Monitoringsystem auf Geräte der unterschiedlichen VLANs zugreifen.

Details zum Produktportfolio:

hier.pro/mtmj4



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