Netzwerktechnologie | Murrelektronik

Netzwerktechnologie by Murrelektronik

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Industrielle Kommunikationsnetzwerke als Rückgrat der Digitalisierung

Maschinen und Anlagen kommunizieren immer mehr miteinander und ihre Netzwerke fungieren als Lebensader für Datenströme. Eine erfolgreiche Digitalisierung ist daher nur mit einer leistungsfähigen und zuverlässigen Netzwerktechnik zu gewährleisten. Sind die Kommunikationsnetzwerke stark genug für immer flexiblere werdende Applikationen? Welche Voraussetzungen braucht man für eine funktionssichere Vernetzung für klassische und/oder digitale Ansprüche? Bereit für eine Datenkommunikation von morgen?

Sowohl Konzeption, Planung sowie Implementierung von industriellen Kommunikationsnetzwerken erfordern ein fundiertes Know-how in der Automatisierungstechnik, das Funktionssicherheit, Offenheit und Flexibilität zulässt – inklusive allen Ansprüchen einer Vernetzung mit immer höheren Datenströmen.

Die Murrelektronik ist sich dessen bewusst, dass es nicht nur auf die Komponenten ankommt, die von einer soliden Basisfunktionalität bis zu einer enormen Funktionsvielfalt alle Anforderungen abdecken. Viel wichtiger ist es, Entscheidungshilfen und Tipps als Partner zu geben, die den Datenfluss in der Verdrahtung optimieren und auch die Komplexität der Installation reduzieren.

Um industrielle Netzwerke als Ganzes zu sehen teilt die Murrelektronik das Know-how in der Anbindung von Maschinen, aber auch das „Know-where“, wo man Komponenten sinnvoll platzieren kann – inklusive praxisnahen Details und Facetten, die des Kunden Mehrwert für eine passende Lösung unterstreichen.

Vernetzung mit System, Vernetzung nach Bedarf

Heutige Produktionslandschaften müssen flexibel und schnell umrüstbar sein. Gerade deshalb ist bei der passenden Netzwerktopologie darauf zu achten, dass diese datentechnische Funktionssicherheit der Maschinen und Anlagen mit System wie auch bedarfsorientiert angelegt sein soll. Wichtig ist zudem, das Konzept auch vom redundanten Aufbau über eine durchgängige Segmentierung über alle Ebenen hinweg bis hin zur barrierefreien Anbindung an übergeordnete Systeme zu hinterfragen.

Industrielle Netzwerke sind offen, flexibel und passend für die Applikation zu gestalten: Exakt aus diesem Grunde entscheiden individuelle Faktoren über die richtige Netzwerktopologie und Anwender kennen die Kernfunktionalitäten wie auch weitere Faktoren, die die Vernetzung beeinflussen. Dazu zählen beispielsweise die digitale Nachhaltigkeit sowie die Netzwerkdiagnose für mehr Netzwerkstabilität. 

Switches als Kapitän in vernetzten Strukturen

Intelligente Infrastruktur-Komponenten – kurz Switches genannt – lesen eingehende Daten aus und leiten sie an den Port mit dem passenden Empfänger weiter. Je nach Leistungsfähigkeit der Switches und der Komponenten/Teilnehmer stellt sich die Performance des Netzwerks dar. Je nach dem fällt die Wahl auf Unmanaged oder Managed Switches.

Unmanaged Switches versorgen Ethernet-Geräte mit Netzwerkverbindungen, so dass sie miteinander kommunizieren können. Als Vermittler ergänzen sie das Netzwerk um zusätzliche Ports, bieten weder intelligente Funktionen noch können sie den Netzwerkverkehr steuern. In industriellen Umgebungen werden Unmanaged Switches oft in kleinen Netzwerken eingesetzt.  

Managed Switches bieten hingegen umfangreiche Möglichkeiten in der Port- und Gerätekonfiguration. Für Fehleranalyse, Netzwerkdiagnose und Redundanzmechanismen übernehmen sie wichtige Funktionen. Diese Switches optimieren die Datenübertragung, erhöhen allerdings den Konfigurationsaufwand und dadurch die Gesamtkosten. Ihre Verwendung in der Topologie eines Netzwerks offeriert allerdings Vorteile, die mehr Kontrolle im Netzwerk beispielsweise beim Fernzugriff bringen.

Alle Achtung auf Industrielle Netzwerke!

Sechs typische Netzwerk-Szenarien zeigen, WIE und WO der richtige Einsatz von Switchtes das industrielle Netzwerk optimieren kann. Das Lotsen des Datenverkehrs mit Switches birgt Chancen und Potenziale, die Murrelektronik als Entscheidungshilfe darstellt – auf dass Technologie, Kosten und Prozesse auf die Applikationen perfekt abgestimmt sind.

Als Schlüssel für mehr Effizienz im Netzwerk gelten Faktoren wie Dezentralisierung und ein System-Ansatz, zu dem Murrelektronik individuelle Lernkurven offeriert, die das eigene Know-how in der Anbindung von Maschinen steigern. Wissen, wie sich industrielle Netzwerke optimieren lassen – mit Connectivity nach Maß!

Fall 1: Topologie-Check und Datenfluss-Optimierung

Vorher

Ausgangspunkt sind Switches im Schaltschrank, deren Leitungen weit (mehrere 50 m) ins Feld gehen und oft an die gleiche Stelle führen. In dezentralen Schaltschränken führt das zu enormen Platzproblemen und unübersichtliche Kabelvielfalt.

oder

Ist ein weiterer Switch im dezentralen, zweiten Schaltschrank positioniert, so kann sich diese Installationsstruktur viel einfacher und transparenter gestalten.

Nachher

Dezentraler Switch als Kapitän im Feld mit nur einer Leitung aus dem Schaltschrank, dem dann eine Sterntopologie im Feld folgt.

oder

Substituierung des zweiten Switches durch einen IP67-Switch.

Benefit

Kostenreduzierung durch weniger Leitungen und Übergabe vom Schaltschrank nach außen, geringere Installationszeit, Platzeinsparung, einfachere Fehlersuche (nur bei Kabelbruch zwischen Schaltschrank und Modul), Gewichtseinsparung.

Applikation

Logistikzentren, Fertigungsstraßen (Automobil), weit gefächerte Roboterapplikationen, Pressen, Lackieranlagen, Krananlagen, Food & Beverage, Automated Guided Vehicles

Fazit

Modernere Installation von Maschinen und Anlagen mit einfacher Leitungsverlegung sowie Kostenoptimierung.

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Fall 2: Umstieg Profibus auf ProfiNET

Vorher

Klassische, universelle Profibus-Technologie im Einsatz mit allen Nachteilen, dass Profibus nicht mehr im vollen Umfang unterstützt wird und zudem Profibus eine Linienstruktur besitzt. Zudem sind lange Feldbuskabel verlegt, die eine aufwändige Fehlersuche im Busnetzwerk verursachen können. Weitere Nachteile sind benötigte Abschlusswiderstände als häufige Fehlerquelle, keine integrierbaren IT-Dienste und starre Adressierung durch DIP-Schalter.

Nachher

ProfiNET gibt dem Kunden eine unterstützte, freie Topologiewahl. ProfiNET basiert auf einem Industrial Ethernet-Standard zur Datenübertragung und ermöglicht damit nicht nur die Verknüpfung der Feldebene, sondern gewährleistet auch eine Kombination mit industriellen IT-Funktionen.

Zudem wird ProfiNET von den aktuellen Standards unterstützt, weiterentwickelt und verkürzt die Installations- und Ausfallzeiten durch automatisches Topologiemanagement. ProfiNET Devices lassen sich ohne Konfigurationsschritte einfach in die Topologie einbauen und werden automatisch von der Steuerung programmiert. Ohne Tools und Programmierkenntnisse können PROFNET Devices ersetzt bzw. eingebaut werden.

Benefit

Viel Flexibilität in der Anlagenstrukturierung, Offenheit und Flexibilität des zukunftssicheren ProfiNET-Standards, hohe Datenrate, erweiterte Diagnose, TSN-Perspektive.

Applikationen

Jede Branche die Profibus verwendet; Roboter mit Werkzeugwechsler, Automotive Transferstraßen, Maschinenbau, Werkzeugmaschinen.

Fazit

Smarte Verbindungen mit ProfiNET als State-of-the-art für Konfiguration und Wartung sowie Fehlersuche. Ablösung alter Profibus-Systeme ohne Support und Update.

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Fall 3: Umstieg von Unmanaged zu Managed Switches

Vorher

Es sind Unmanaged Switches installiert, die eine schnelle und unkomplizierte Inbetriebnahme gewährleisten. Diese Konfiguration benötigt keine Programmierung oder Individualisierung.

Nachher

Der Umstieg auf Managed Switche bietet Parametrierung der Switche, um mehr Funktionen und Diagnosefähigkeit zu haben. Managed Switches regeln als Dirigenten/Lotsen den Datenverkehr und machen die Anbindung an Konfigurationstools wie TIA Portal möglich. Die Fernwartung ist mit Managed Switches gewährleistet. ProfiNET Managed Switches lassen sich automatisch von der Steuerung in der Topologie konfigurieren.

Benefit

Informationen aus der Anlage für Analyse und Funktionserweiterung wie Fernwartung eröffnen neue Service-Potenziale. Managed Switches sind mögliche Diagnosehelfer. Keine Überlastung des Systems mit zu vielen Unmanaged Switches (nur bei richtigem Netzwerksystemaufbaus). Parametrierungen lassen sich einfach kopieren und auf andere Managed Switches implementieren. Bei ProfiNET Managed Switches wird bei der Inbetriebnahme die Adressierung und Parametrierung automatisch von der Steuerung übernommen. Ein direkter Eingriff am ProfiNET Managed Switch ist bei der Inbetriebnahme nicht notwendig, das wiederum Installationskosten erspart.

Applikationen

Werkzeugmaschinenbau, Maschinenbau, Transferstraßen, Mobile Maschinen, Roboterapplikationen, F&B… inklusive Features wie Fernwartung von Maschinen, Condition Monitoring, Predictive Maintenance

Fazit

Optimaler Betrieb eines Industrial Ethernet-Netzwerk mit reibungslosem Datenverkehr in der Applikation. Daten aus der Applikation gewährleisten Diagnose. Topologien lassen sich mit Plan analysieren und bei Ausfall schnell mit Fehlersuche warten. Fernwartung spart Serviceeinsätze ein. Mit höheren Investitionskosten ist bei Managed Switches zu rechnen.

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Fall 4: Retrofit/Erweiterung

Vorher

Modernisierung/Facelift einer Maschine bringen Herausforderungen mit sich, da zusätzliche Teilnehmer durch Modulerweiterungen und damit mehr Ports benötigt werden.

Nachher

Passende Konzeptberatung sorgt für optimale Vernetzung von bestehenden Maschinen mit neuen Anforderungen. Redundante Systeme sind in der Maschinenanbindung möglich. Ebenso lässt sich der Anbindungsprozess standardisieren, was die Einrichtung der Maschinen einfacher gestaltet.

Benefit

Maschinendaten und deren Aufbereitung sowie Visualisierung sind nachhaltig aktualisiert – inklusive einer (Neu-)Ordnung der Installationstechnik, Kosten-Nutzen-Check und Systemcheck.

Applikation

Retrofit von Maschinen durch Technologieerneuerung und/oder Abkündigungen in jeder Branche.

Fazit

Passende Vernetzung für modernisierte Maschine mit optimaler Datenperipherie im Maschinennetz wie auch in der bestehenden Produktionsumgebung.

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Fall 5: Anbindung für Neumaschinen

Vorher

Man steht vor einem Wechsel der Maschinenanbindung von klassisch-gewohnter Methodik auf aktuelle Technologien und Standards. Noch fehlt die (Neu-)Orientierung nach Alternativlösungen und passenden Innovationen.

Nachher

Nach einer System-Beratung für Netzwerke herrscht mehr Verständnis und Varianz in der Auswahl der Technologie/Plattform inklusive Entscheidungsfreiheit für weitere Funktionen wie Datenanalyse und Fehlerbehebung.

Benefit

Maschinenhersteller verfügt über handhabbare und strategisch angelegte Installationstechnik der Maschinen. Ein Wiederholprinzip für neue Projekte hat Potenzial und die eigene Inbetriebnahme mit modularer Anbindung erhöht die Kompetenz.

Applikation

Neumaschinen können in allen Bereichen entstehen.

Fazit

Kostenreduzierung, mehr Know-how in der Maschinenanbindung und höhere, eigene Lösungseffizienz – es ist alles möglich.

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Fall 6: Zentrale und dezentrale Vernetzung (IP20 oder IP67)

Vorher

Standardmäßig sind IP20-Switche im Schaltschrank integriert. Bedarf es einer dezentralen Variante, so wird ein externer Schaltschrank mit einem IP20-Switch ausgestattet.

Nachher

Dezentrale Switches in hoher Schutzart werden direkt am Prozess installiert und vernetzen die IO-Peripherie im Feld. Der Platz-, Verdrahtungs- und Installationsaufwand geht dadurch signifikant zurück.

Benefit

Durch die Verschlankung der Industrial-Ethernet-Infrastruktur und damit verbundenen Aufwands- und Kostenreduzierung ergibt sich eine höhere Wirtschaftlichkeit von dezentralen Netzwerkstrukturen. Anlagentopologien werden einfacher und übersichtlicher und lassen eine schnellere Inbetriebnahme zu.

Applikation

Logistik, Fertigungsstraßen, Großanlagen (Packaging, Lackieranlagen, Krananlagen), Automated Guided Vehicles, klassischer Maschinenbau

Fazit

Dezentrale, kostenoptimierte Maschinenanbindung nach Bedarf.

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