Voraussetzung ist die Echtzeitfähigkeit

Wie sich industrielle Internet-Netze aufbauen lassen, was bezüglich Sicherheit und Zuverlässigkeit zu beachten ist und welche Technologien heute zur Verfügung stehen, das waren die Themen des Industrial-Ethernet-Infrastructure-Design-Kongresses von Belden, der in diesem Jahr in München stattfand.

Dass Industrie 4.0 und das Internet der Dinge die Wirtschaft maßgeblich verändern werden, davon ist auch Prof. Wolfgang Henseler von der Hochschule Pforzheim überzeugt. In seinem Einführungsvortrag erläuterte er die damit verbundenen Herausforderungen unter anderem am Beispiel der Automobilindustrie. Die müsse neben der eigentlichen Produktion zukünftig die Mobilitätsdienste in den Vordergrund stellen. Am Erfolg bekannter Internet-Versender machte er deutlich, welche Rolle dabei in Zukunft ausgefeilte Logistikkonzepte spielen könnten. Ganz sicher ist er sich, dass ausgefeilte Mobilitätsdienste, fahrerlose Autos und Bahnen zukünftig Standard sein werden. Unbestritten ist dabei laut Henseler, dass das Internet das Kommunikationsmedium der Zukunft ist, ohne das all die Geschäftsmodelle zukünftig nicht möglich sind. Es biete die erforderliche Technologie, es liefere die nötige Bandbreite und sei außerdem flexibel und zukunftsfähig. Es sei für Unternehmen deshalb unerlässlich, sich mit den modernen Kommunikations-Technologien zu beschäftigen. Nur so könne man von den Benefits profitieren.

Wolfgang Schenk (Vice President Sales and Marketing EMEA) und John Herold (Vice President Global Industrial Marketing) bei Belden teilten diese Ansicht und belegten die Prognosen zu Industrie 4.0 bzw. dem Internet of Things mit den Zahlen einschlägiger Marktforscher, die für die kommenden Jahre hohe Umsätze für das Technologie-Segment der Datenkommunikation erwarten. Der mit Abstand größte Sektor werde dabei die Industrie sein, gefolgt von Infrastruktur wie öffentlicher Nah- und Fernverkehr sowie vom Handel. Belden mit Marken wie Hirschmann oder Lumberg liefert moderne Netzwerktechnologie in alle diese Branchen. Router, Switche und Softwaretools des Unternehmens stellen die zuverlässige Kommunikation in den genannten Bereichen sicher. Die Firewall-Technologien sorgen darüber hinaus für die Sicherheit der Daten in den Netzen. Das Unternehmen bietet Infrastrukturpakete von der Feld- bis in die Managementebene für viele Branchen. Es hat außerdem ein umfassendes Portfolio von Kabeln, Steckverbindern und Interface-Baugruppen für den Einsatz im Feld im Portfolio. Die Lösungen unterstützen alle etablierten Industrie-Standards und arbeiten auch unter harten Industrie-Bedingungen absolut zuverlässig.

Wolfgang Schenk und John Herold erläuterten auch, wie diese Entwicklung den Bereich der Automatisierung verändern wird. Die Pyramide werde sich zu einer Säule wandeln. Sogenannte Distributed Control Systems würden in Zukunft in der Feldebene als dezentrale Intelligenz mehr Funktionalitäten von der Steuerung übernehmen, als SPS aber auch als Switch, Router oder Firewall. In der Cloud werde es zukünftig immer häufiger virtuelle Steuerungen geben sowie zunehmend Dienste wie Condition Monitoring, Diagnose und Prozessanalyse. Die Bedeutung der Echtzeitsteuerungen werde dagegen abnehmen und auch MES/Scada- sowie PLC-HMI-Systeme würden unbedeutender. Gateways, so die beiden Belden-Mitarbeiter, werden diese Distributed Control Units direkt mit der Cloud verbinden. Als aktives Mitglied sowohl im Industrial Internet Consortium IIC als auch in der Industrie-4.0-Initiative sowie in verschiedenen Arbeitskreisen möchte das Unternehmen Lösungen auf dem aktuellen Stand der Technik bieten und gleichzeitig die Entwicklung selbst aktiv beeinflussen.

Themen des Industrial-Ethernet-Infrastructure-Design-Seminars waren auch Security und Redundanz. Die Referenten erläuterten in Vorträgen und Workshops, dass sich mithilfe geeigneter Tools und Methoden die geforderte Sicherheit durchaus garantieren lässt. Zu beachten sei jedoch, dass Security ein „moving target“ sei, sodass die Sicherung der Netze ein kontinuierlicher Prozess sei, der auf Methoden wie der Segmentierung sowie dem Einsatz geeigneter Firewalls basiere und darüber hinaus ein kontinuierliches Monitoring erfordere. Dabei erleichtere der Einsatz von Standards die Bemühungen wesentlich. Regelmäßige Netzwerkwartung und eine umfassende Analyse auftretender Angriffe erleichterten die Sicherung der Netzwerke. Die Referenten erklärten auch, welche Funktionen Layer-2 und Layer-3-Firewalls im Einzelnen bei der Segmentierung von Netzwerken bieten können. Die Spannweite reicht dabei von einfachen Paketfiltern bis hin zu mächtigen Lösungen mit direkter Unterstützung spezieller Industrieprotokolle. Ebenso vielfältig sind die Bauformen, die von Softwarepaketen bis hin zu industriell gehärteten Produkten im Metallgehäuse für den Einsatz im Feld reichen. Geeignete Redundanz-Methoden und -protokolle wie Link-Aggregation, das Rapid Spanning Tree Protocol oder Hiper Ring/Ring Coupling in den Geräten sorgen dafür, dass bei Ausfall einzelner Geräte oder Segmente die Datenübertragung trotzdem aufrechterhalten bleibt.

Dr. Oliver Kleineberg, verantwortlich für das Advance Development in der Industrial IT Platform bei Belden, ging auf die Echtzeitfähigkeit als wesentliche Voraussetzung für das Internet der Zukunft ein. Die bewährte Automationspyramide werde sich zukünftig in eine Automatisierungssäule verwandeln. Basis bilde die IO-Feldebene mit intelligenten Controllern in IP67-Feldverteilern, die sich zu dynamischen Netzwerken mit dezentraler Intelligenz und virtueller Funktionalitäten verändere. Die eigentliche Säule, so erläuterte Kleineberg, bildet dann der Connectivity Level, der eine hohe Echtzeitfähigkeit für diverse Dienste voraussetzt. Der übergeordnete Backbone-Level stelle die Verbindung zu den virtuellen PLCs in der Cloud her. Da nur harte Echtzeit-Applikationen in der lokalen SPS bleiben, entsteht laut Kleineberg eine neue Qualität von Kommunikations- und Steuerungskreisen. Als Konsequenz daraus schloss der IT-Spezialist, müssen mehr und mehr Teile dieses Systems hart echtzeitfähig sein, und die eigentliche Steuerung wird so zu einer virtuellen Instanz auf einem physischen Server. Damit werde es zukünftig möglich sein, Steuerungen ganz nach Bedarf zu konfigurieren und beliebig zu erweitern. Rechenleistung und Speicherkapazität könnten dann „on the fly“ optimiert werden.

Voraussetzung dafür ist laut Kleineberg ein echtzeitfähiges Ethernet und ein Schritt dahin TSN. Während die aktuelle Situation geprägt sei von proprietären Standards, ließen sich die Herausforderungen nur durch universelle Technologien bewältigen wie TSN (Time Sensitive Networks), einem Paket von Standards gemäß IEEE 802.1 und 802.3, das Herstellerneutralität und Kompatibilität zu den bestehenden Ethernet-Standards garantiert. Laut Kleineberg deckt TSN verschiedene Aspekte von Echtzeitkommunikation und Zuverlässigkeit ab. Diese Aufteilung ermögliche es, die verschiedenen Anforderungen von Anwendungen aus der Industrie sowie ihren jeweiligen Fokus auf deterministische Kommunikation, Ausfallsicherheit und Kosten bedarfsgerecht zu bedienen. Die Flexibilität in der Anwendung von TSN sei optimal für das Automatisierungsumfeld geeignet. Mithilfe einer in TSN zum Einsatz kommenden Technologie können registrierte Datenströme in Ethernet-Netzwerk in festen Zyklen nahezu verzögerungsfrei transportiert werden. So ist es möglich, argumentiert Kleineberg, auch sehr schnelle Echtzeitanforderungen mit hohen Ansprüchen an den Determinismus zu erfüllen. ge

Belden Electronics GmbH

Neckartenzlingen

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„Digitalisierung sowie technologische Trends“:

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