Echtzeit‑Ethernet: Industrial Switches als Basis für Industrie 4.0 und Smart City

Ethernet hat sich in Büroumgebungen längst als Standard etabliert. Unternehmen profitieren von einem schnellen und zuverlässigen Datenaustausch zwischen verschiedenen Endgeräten. Vermehrt kommt der Ethernet-Standard nun auch im industriellen Umfeld zum Einsatz. Doch wie sehen die Anwendungsszenarien aus und auf was kommt es an? Mittels Industrial Ethernet lassen sich beispielsweise Fertigungsprozesse einfach und schnell automatisieren. Auch unser alltägliches Leben – sei es in den Bereichen Mobilität, Kommunikation oder Sicherheit – beruht mehr und mehr auf Daten und deren Austausch. Doch egal ob eine Datenübertragung in einer Fabrikhalle oder auf öffentlichen Plätzen stattfindet – eine Erkenntnis steht im Mittelpunkt: Industrial Ethernet-Netzwerke benötigen extrem robuste Switches, die Daten in nahezu Echtzeit übermitteln können.

Die Fabrik der Zukunft: Konnektivität der Maschinen

Wo früher noch Dampfmaschinen ihren Dienst verrichtet haben, sind heutzutage Computer und Roboter am Werk. Mit Industrie 4.0, dem Zeitalter der Digitalisierung von industriellen Prozessen, hat sich nicht nur das Erscheinungsbild von Fabrikhallen verändert – auch die Prozesse sind heute anders als früher: schneller, flexibler, digital. Damit einher geht das Streben nach mehr Effizienz. Nicht nur große Konzerne verfolgen daher eine Digitalisierungsstrategie, auch immer mehr kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) automatisieren ihre Fabrikhallen und machen ihre Fertigung somit fit für die Zukunft. Ziel ist ein lückenloses Netzwerk, welches die Konnektivität zwischen einzelnen Fertigungsmaschinen und Managementsystemen in der Verwaltung verbessert.

In der Praxis funktioniert diese Vernetzung über spezielle Industrie-Switches, die nicht nur für schnelle Verbindungen  mit Datenübertragungsraten von 10 Megabit bis 1 Gigabit pro Sekunde sorgen, sondern auch gegen extreme äußerliche Einflüsse wie Hitze, Kälte, Staub oder Vibration geschützt sind. Protokolle, die sich am IEEE 802.3 Ethernet-Standard orientieren, dienen zur Kommunikation in der Automatisierungstechnik. So können nicht nur Mitarbeiter-PCs innerhalb des lokalen Firmennetzwerks miteinander kommunizieren, sondern auch Fertigungsmaschinen ins Netzwerk integriert und mit der Verwaltungsebene der Firma verbunden werden. Das Besondere solcher Industrial Switches ist allerdings die Datenübertragung in quasi Echtzeit: So werden Übertragungsabbrüche binnen 20 Millisekunden wiederhergestellt. Mit dem offenen Industrial-Ethernet-Standard PROFINET gelingt das sogar noch schneller. Der Vorteil: Prozess- und Produktionsdaten aus den einzelnen Fertigungsmaschinen können in Echtzeit analysiert und gegebenenfalls korrigiert werden. Denn anders als beim Ethernet in Büroumgebungen, kommt es hier noch mehr auf die Rückkopplung und die Vermeidung von Verzögerungen im Datenaustausch an. Davon profitieren Unternehmen: Neben kürzeren Produktionszyklen und einer damit einhergehenden gesteigerten Produktivität, reduzieren sich – dank einer vorausschauenden Planung von Wartungsarbeiten – Ausfallzeiten oder sie entfallen gänzlich. Zudem lässt sich die Produktion mit wenigen Klicks an die momentane Auftragslage anpassen oder der Bestand vorhandener Ressourcen in Echtzeit überwachen.

Die Stadt von Morgen: Smart City und Outdoor WLAN

Fliegende Autos, Hyperloop-Züge, Lieferroboter – für die Stadt der Zukunft gibt es viele Ideen. Fest steht aber: Digitale Vernetzung wird ein zentrales Element sein. Bereits heute kommen Industrial Ethernet-Anwendungen im Smart City Kontext zum Einsatz – beispielsweise im Rahmen der Videoüberwachung von öffentlichen Plätzen oder in der Verkehrsüberwachung. Damit der Verkehr auch zu Stoßzeiten fließt, tauschen Verkehrsüberwachungssysteme kontinuierlich Daten in Echtzeit aus. Wird eine besonders hohe Auslastung festgestellt, passen sich Ampelphasen automatisch an und Staus werden vermieden. Auch IP-Überwachungskameras für Außenbereiche, welche im öffentlichen Raum für mehr Sicherheit sorgen, basieren letztlich auf Ethernet-Kommunikation. Mithilfe des schnellen kabelgebundenen Standards erreichen Überwachungsaufnahmen in Millisekunden-Schnelle die zuständige Leitstelle.

Ein weiteres wichtiges Einsatzszenario ist der Bereich Public WiFi – also freies WLAN im öffentlichen Raum. Denn auch wenn beinahe jeder heute über ein Smartphone mit mobilem Internetzugang verfügt, steigt der Bedarf an öffentlichen WLAN-Hotspots kontinuierlich an. Zum einen werden von unterwegs immer häufigen bandbreitenintensiven Anwendungen wie Streaming von Video- oder Audioinhalten genutzt. Wer das eigene Datenvolumen schonen möchte, wechselt da gerne auf ein frei verfügbares WLAN. Zum anderen stellen Städte und Kommunen immer mehr Services über WLAN zur Verfügung – beispielsweise für den Tourismus. Auch hier spielt Industrial Ethernet eine Schlüsselrolle. Mithilfe von robusten Industrie-Switches im Zusammenspiel mit passenden WLAN Access Points für Draußen lassen sich auch größere Netzwerke im öffentlichen Raum problemlos umsetzen. Ein weiterer Vorteil: Einige WLAN Access Points verfügen über Power-over-Ethernet-Technik und lassen sich so auch an Orten ohne direkte Stromzufuhr anbringen, beispielsweise an Gebäudewänden oder an Straßenlaternen. Moderne Cloud-Management-Lösungen vereinfachen zudem die Verwaltung derartiger Access Points enorm, so dass die Umsetzung von Public WiFi-Projekten immer einfacher und schneller gelingt.

Echtzeitkommunikation als Muss für smarte Netzwerke

Ob in der Automatisierung oder bei Smart City-Anwendungen: Ihr volles Potenzial entfalten Netzwerke dort erst, wenn sie eine Kommunikation der verschiedenen Geräte in (nahezu) Echtzeit ermöglichen. Industrial Ethernet Switches von D-Link beispielsweise stellen hierfür die notwendigen Voraussetzungen bereit: Datenpakete können nicht nur in Höchstgeschwindigkeit ausgetauscht, sondern unterbrochene Verbindungen binnen 20 Millisekunden per Ring-Failover wiederhergestellt werden. Durch dieses schnelle Failover wird ausgeschlossen, dass Maschinen in der Fabrikhalle stillstehen oder Verkehrsüberwachungssysteme Unterbrechungen erleiden oder ganz ausfallen.

 

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Ein Beitrag von Dirk Böttinger, Senior Network Consultant, D-Link (Deutschland) GmbH