Das Industrial Ethernet etabliert sich als eine Erweiterung des Standard Ethernets zunehmend in den Industrie 4.0 Umgebungen. Während die Etablierung von Feldbussen sinkt, wächst der Markt für Profinet, Ethernet/IP, Ethercat und alle anderen Industrie Netzwerke. Die zunehmenden IIoT-Anwendungen fordern allerdings immer mehr. OPC UA und TSN sollen das und die proprietäre Protokoll-Problematik lösen. Wie sich inzwischen das Industrial Ethernet weiterentwickelt, erfahren Sie hier.

HMS Industrial Ethernet

Inhalt

Industrial Ethernet – Trends und Entwicklungen

Aktuelle Industrial Ethernet-Lösungen sind darauf ausgelegt, in anspruchsvollen industriellen Umgebungen zuverlässig zu funktionieren, wo Störungen, Temperaturschwankungen und elektromagnetische Interferenzen immer robustere Ausführungen erfordern. Die wichtigste Eigenschaft ist aber heute die Echtzeitfähigkeit, die für Anwendungen wie Motion Control erforderlich ist. Auch die Einbindung von Industrial Internet of Things (IIoT)-Geräten ist heute wichtig, weil Sensoren und Geräte in großem Umfang vernetzt werden, damit sie Daten für Analyse, Prozessoptimierung und Maintenance bereitstellen. Die Technologie ist zudem skalierbar und kann kleine bis große Netzwerke unterstützen. Damit stellt sie eine flexible Infrastruktur für die Maschinen und Anlagen in der Produktion bereit.

Powerlink, Profinet & Co. heute

Die unermüdliche Steigerung der Datenraten resultiert in einem Bedarf an mehr Datenübertragung und Bandbreite. Das erfordert noch höhere Ethernet-Geschwindigkeiten, insbesondere in datenintensiven Anwendungen. Cyber-Bedrohungen müssen mit erweiterten Verschlüsselungs- und Authentifizierungsmechanismen abgewehrt werden. Es gibt zudem einen Trend zur Datenverarbeitung am Rand des Netzwerks (Edge Computing) statt in zentralen Rechenzentren. Damit lassen sich Latenzzeiten reduzieren und Entscheidungen können schneller getroffen werden. Einige Industrial Ethernet-Lösungen integrieren jetzt KI-Algorithmen, um Anomalie-Erkennung, prädiktive Wartung und andere fortschrittliche Funktionen zu ermöglichen. Die Grenzen zwischen Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT) verschwimmen, da Unternehmen eine einheitliche Ethernet Netzwerk Infrastruktur anstreben, die sowohl Büro- als auch Produktionssysteme integriert.

Weiteres Wachstum für Industrial Ethernet

05.06.2023 | HMS Networks führt jährlich Untersuchungen zum industriellen Netzwerkmarkt durch (Bild oben), um Trends bei den neu integrierten Knoten in der Fabrikautomation zu ermitteln. Laut dem Bericht für 2023 wird erwartet, dass sich dieser Markt um 7 % erweitert. Das Industrial Ethernet setzt seinen Wachstumskurs fort und repräsentiert nun 68 % aller kürzlich eingerichteten Knoten, ein Anstieg im Vergleich zu 66 % im Vorjahr. Der Einsatz von Feldbussen sinkt auf 24 % (von 27 % im vorangegangenen Jahr). Gleichzeitig nimmt der Marktanteil von Wireless-Lösungen zu und liegt jetzt bei 8 %, gegenüber 7 % im letzten Jahr. Profinet und Ethernet/IP dominieren die Netzwerk-Hitliste jeweils mit 18 %, wohingegen Ethercat 12 % beisteuert.

Kopf an Kopf Rennen

Das Kopf-an-Kopf-Rennen zwischen Profinet und Ethernet/IP geht weiter, denn beide führen die Netzwerk-Rangliste 2023 mit je 18 % Marktanteil an. Das letztjährige Wachstum für Feldbusse war übrigens nur vorübergehend, da neue Feldbusinstallationen im Jahr 2023 voraussichtlich um 5 % zurückgehen. Trotz rückläufigen neuen Feldbusknoten ist davon auszugehen, dass Feldbusse noch etliche Jahre zum Einsatz kommen werden, einfach weil sie bewährt und zuverlässig sind.

Die Wireless-Netzwerke wachsen mit +22 % in 2023 rasant, weil immer mehr drahtlose industrielle Netzwerklösungen in die Fabrikautomation einziehen. Typische Anwendungen sind Ersatz von Kabeln, Maschinenzugang über Funk sowie die Einbindung mobiler Geräte in industrielle Netzwerke.

Regionale Unterschiede

In Europa und dem Nahen Osten stehen Ethernet/IP, Profinet und Ethercat an der Spitze, dicht gefolgt von Profibus und Modbus-TCP. In den USA beherrscht Ethernet/IP den Markt, während Ethercat rapide an Popularität gewinnt. In Asien hat sich Profinet als Marktführer etabliert, dicht gefolgt von Ethernet/IP. Hier sind auch CC-Link/CC-Link IE Field, Ethercat, Profibus und Modbus (RTU/TCP) weit verbreitet.

Rekordwerte bei Profinet und IO-Link 2023

IO PN Knoten 2022


01.05.2023 | Die notarielle Jahresauswertung 2022 für installierte Produkte mit Profibus & Profinet Schnittstellen ist erfreulich, besonders bei Profinet und IO-Link. Zudem hat sich das Wachstum von Profisafe deutlich gegenüber 2021 verstärkt. In 2022 hat Profinet mit 10,5 Mio. Knoten einen neuen Rekord aufgestellt. Das waren 2 Mio. mehr als 2021 und damit ein Zuwachs von 23,5 %. Bis dato wurden insgesamt 58,7 Mio. Profinet-Geräte installiert.

IO-Link verzeichnete einen Anstieg um 8,4 Mio. Geräte in 2022 und damit 2,1 Mio mehr als im Vorjahr. Das Wachstum beträgt 33 %, wodurch die Gesamtzahl auf 35,7 Mio. Knoten ansteigt. Profisafe erzielte 2022 mit 2,8 Mio. Knoten seinen bisher besten Jahreswert, insgesamt 21,7 Mio. Geräte sind im Einsatz. Profibus erreichte in 2022 mit 1,5 Mio. Geräten den Wert des Vorjahres. In der Prozessautomatisierung blieb der Wert mit 0,8 Mio. stabil. Dies führt zu einer Gesamtinstallation von 67,4 Mio. Profibus-Geräten, wovon 15,4 Mio. in prozesstechnischen Systemen integriert sind.

Profinet, IO-Link, Profisafe und Profibus Entwicklung 2019

07.05.2020 | Die Technologien von Profibus + Profinet International (PI) kommen auch nach über 30 Jahren seit ihrer Entwicklung immer noch sehr gut im Markt an. Die größte Steigerung auf Jahressicht erfuhr im Jahr 2019 IO-Link mit 40 %, Profinet erzielte 25 % und auch für Profisafe und Profibus gibt es erfreuliche Zahlen.

Die Experten haben in den Arbeitskreisen bei Profinet und IO-Link die Kommunikationstechnologien weiterentwickelt und wichtige Ergänzungen für deren Einsatz in Industrie 4.0 gerechter Produktion bereitgestellt. Ein Beispiel hierfür sind die beiden Companion Specifications, in denen OPC UA kompatible Informationsmodelle für IO-Link und Profinet beschrieben sind.

„Die jüngste Zählung der installierten Knoten sind für uns der beste Beweis dafür, dass wir in der Vergangenheit bezüglich der Entwicklung unserer Technologien eine Reihe von richtigen Entscheidungen getroffen haben“, kommentiert Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus Nutzerorganisation und Chairman von PI die jüngste Zählung der installierten Knoten.

Mit 40 % steigerte sich genau wie ein Jahr zuvor IO-Link im Jahr 2019. Das zeigt, dass sich IO-Link im Markt auf längere Sicht etabliert. Die Zahl der installierten IO-Link Geräte beträgt nun mehr als 16 Millionen.

Rekordwert für Profinet Installationen

Mit 6,4 Millionen installierten Geräten hat Profinet den bisher größten Jahreswert erzielt. Dies entspricht einem Wachstum von 25 % und ergibt eine Anzahl von 32,4 Millionen Knoten.

„Profinet steht für eine zuverlässige und zukunftsfähige Kommunikationstechnologie, die die Anforderungen aus der Industrie 4.0-Perspektive schon heute sehr gut erfüllt. Damit dies auch weiterhin auf längere Sicht Bestand haben wird, arbeiten unsere Experten, zunehmend auch in Kooperation mit Experten anderer Organisationen, stetig weiter daran, Profinet als Enabler für die Digitalisierung in der Produktion fest zu verankern“, sagt Karsten Schneider.

Dies werde auch durch Ergebnisse anderer Marktstudien eindrucksvoll belegt. So hat IHS Markit ermittelt, dass Profinet mit 29 % das weltweit am stärksten verbreitete Ethernet-basierte System ist.

Profisafe erzielte 2,5 Millionen installierte Knoten in 2019. Damit wurde zwei Jahre in Folge die Zahl von 2 Millionen überschritten. Die Gesamtzahl der installierten Profisafe-Knoten liegt bei nahezu 14 Millionen. Last but not least vermeldet Profibus trotz seiner langen Marktpräsenz immer noch mit 1,9 Millionen neuen Knoten eine beeindruckende Anzahl. Ende 2019 waren mehr als 62 Millionen Profibus-Geräte in Industrieanlagen weltweit installiert. Davon flossen mehr als 13 Millionen in prozesstechnische Anlagen ein.

„Motiviert durch den Markterfolg engagieren sich unsere Mitglieder weltweit stark an der technologischen Fortentwicklung und in zahlreichen Marketing-Projekten“, so Karsten Schneider. „In diesem Zusammenhang ist zu hoffen, dass die virusbedingten Hemmnisse nur von kurzer Dauer sind und dass die Menschen im Business sowie im privaten Umfeld alsbald zur gewohnten Normalität übergehen können.“

Reibungsloser Übergang von Profibus zu Profinet

05.07.2019 | Mit Profinet ist vor einigen Jahren der Sprung ins Zeitalter ethernetbasierter Kommunikation gelungen. Das Video von Indu-Sol zeigt, wie der der Übergang von Profibus zu Profinet reibungslos gelingt und ein stabiler Netzwerkbetrieb ab dem ersten Telegramm gewährleistet werden kann.



Industrial Ethernet überholt Feldbusse

HMS Marktanteile Netzwerke


06.04.2018 | Im Hinblick auf neu installierte Knoten in der Fabrikautomation hat Industrial Ethernet die traditionellen Feldbusse überholt. Das ist die Haupterkenntnis unserer jährlichen Studie bezüglich der Marktanteile industrieller Netzwerke.

Wir werten jährlich den industriellen Netzwerkmarkt aus, wobei wir uns auf neu installierte Knoten innerhalb der Fabrikautomatisierung konzentrieren. Als unabhängiger Anbieter von Produkten und Dienstleistungen für die industrielle Kommunikation und das Internet der Dinge haben wir einen fundierten Einblick in den Markt der industriellen Netzwerke. Wir sehen einige Trends für die industrielle Kommunikation im Jahr 2018, blicken aber auch auf die Entwicklung der Marktanteile der industriellen Netzwerke der letzten 5 Jahre zurück.

Industrial Ethernet – Wachstum durch IIoT

HMS Thilo DoeringSeit einigen Jahren wachsen Industrial-Ethernet-Netzwerke schneller als traditionelle Feldbusse und haben letztere nun überholt. Mit einer Wachstumsrate von 22 % hat Industrial Ethernet mittlerweile weltweit einen Marktanteil von 52 %, verglichen zu 46 % im Vorjahr. Ethernet/IP hat sich mit 15 % Marktanteil zum am weitesten verbreiteten Netzwerk entwickelt, gefolgt von Profinet, Ethercat, Modbus-TCP und Ethernet Powerlink.

Wir haben die Entwicklung aufmerksam verfolgt und der Übergang zu Industrial Ethernet war absehbar, aber erst jetzt hat es die Feldbusse bei der Anzahl neu installierter Knoten überholt. Wesentliche Treiber für Industrial Ethernet sind die Notwendigkeit hoher Performance, die Integration von Fabrikinstallationen und IT/IoT- (Industrial Internet of Things) Systemen sowie generell das IoT.

Feldbusse noch weit verbreitet – Rückgang erwartet

Dank einer starken Industrie und Bedenken hinsichtlich Cyber Security wachsen Feldbusse immer noch leicht. Dennoch: Obwohl die Feldbusse mit einer Wachstumsrate von 6 % (Vorjahr 4 %) leicht zugelegt haben, ist davon auszugehen, dass die Zahl der Feldbusinstallationen in den nächsten Jahren stetig abnimmt. Dominierender Feldbus ist nach wie vor Profibus mit 12 % weltweitem Marktanteil, gefolgt von Modbus-RTU und CC-Link mit jeweils 6 %.

Funk-Technologien wachsen um 32 % (Vorjahr ebenfalls 32 %) und machen 6 % (Vorjahr ebenfalls 6 %) des Gesamtmarktes aus. Innerhalb von Wireless ist WLAN die am weitesten verbreitete Technologie, gefolgt von Bluetooth. Wireless wird zunehmend von Maschinenbauern und Systemintegratoren zur Realisierung innovativer Automatisierungsarchitekturen genutzt. Anwender können den Verkabelungsaufwand reduzieren und neue Lösungen für die Konnektivität und Steuerung umsetzen, einschließlich Bring Your Own Device (BYOD) – bei dem Tablets oder Smartphones zum Einsatz kommen.

Regionale Unterschiede

In Europa und dem Nahen Osten sind Profinet und Ethernet/IP führend. Auch Profibus ist dort immer noch weit verbreitet. Andere populäre Netzwerke sind Ethercat, Modbus-TCP und Ethernet Powerlink. Der US-Markt wird von den CIP-Netzwerken dominiert, mit einer deutlichen Verschiebung in Richtung Ethernet/IP. In Asien ist kein Netzwerk marktführend, aber Profinet, Ethernet/IP, Profibus, Ethercat, Modbus und CC-Link sind weit verbreitet. Auch die Ethernet-Version CC-Link IE Field gewinnt an Bedeutung.

Rückblick auf 5 Jahre Wachstum industrieller Netzwerke

HMS Entwicklung NetzwerkeEine Besonderheit der diesjährigen Studie ist, dass HMS auf 5 Jahre stetiges Wachstum industrieller Netzwerke zurückblickt. Wir kommen zu dem Schluss, dass Industrial Ethernet im Jahr 2017 die Feldbusse in Bezug auf Marktanteile endgültig überholt hat. Es ist interessant zu sehen, dass Industrial Ethernet traditionellen Feldbussen den Rang abgelaufen hat und derzeit 52 % des Marktes ausmacht, hierbei hat sich Ethernet/IP als führendes Netzwerk etabliert.

Trotzdem bestätigt unsere Studie auch, dass der Netzwerkmarkt weiterhin fragmentiert bleibt - Nutzer fragen weiterhin nach Anbindungen an eine Vielzahl verschiedener Netzwerke, je nach Anwendung. Mit Blick in die Zukunft wird deutlich, dass industrielle Geräte durch das IoT und Industrie 4.0 zunehmend miteinander vernetzt werden. Aus unserer Sicht sind wir gut aufgestellt, um mit diesen Trends zu wachsen. Denn wie unser Claim ‚Connecting Devices‘ schon sagt, geht es bei HMS genau darum.

Datenbasis

Die Studie beinhaltet Einschätzungen von HMS für 2018 auf Basis neu installierter Knoten im Jahr 2017 im Bereich der Fabrikautomation. Ein Knoten ist definiert als eine Maschine oder ein Gerät, das mit einem industriellen Netzwerk verbunden ist. Die Zahlen sind eine konsolidierte Sicht von HMS basierend auf eigenen Verkaufsstatistiken, den Einblicken der Kollegen in die Industrie sowie der Gesamtwahrnehmung des Marktes.

Powerlink als einziges IEEE61158-Standard

EPSG IEEE Powerlink22.06.2017 | Das EPSG Powerlink-Protokoll wurde von der IEEE als internationaler Standard IEEE61158 verabschiedet. Es ist das einzige Industrial Ethernet, das diesen Status erreicht hat. Die IEEE-Standards zu TSN und Powerlink sind damit aus Sicht der IEEE zentrale Komponenten für industrielle Echtzeit­kommunikation.

Die IEEE, das Institute of Electrical and Electronics Engineers, ist der weltweit größte Berufsverband von Ingenieuren aus den Bereichen Elektrotechnik und Informatik. Einer ihrer bekanntesten Errungenschaften ist der Standard IEEE802.3, auch bekannt unter dem Namen Ethernet. Die IEEE-Arbeitsgruppe Industrial real-time communication hat in den vergangenen zwei Jahren an der Definition eines Industrial-Ethernet-Standards gearbeitet. Im März 2017 hat die Arbeitsgruppe schließlich mit einer Zustimmung von 97 % Powerlink als alleinigen IEEE-Standard verabschiedet.

„Die industrielle Echtzeitkommunikation war bis dato ein weißer Fleck bei der IEEE“, sagte Dr. Victor Huang, Verantwortlicher für Standardisierungen bei der IEEE Industrial Electronics Society (IES) nach der Abstimmung. „Powerlink vereint hohe Performance mit uneingeschränkter Offenheit, damit ergänzt es ideal die bisherigen IEEE-Kommunikations-Standards.“ „Die Verabschiedung von Powerlink als IEEE-Standard ist ein wichtiger Schritt, um die industriellen Automatisierungstechnologien auf Feldebene zu standardisieren“, ergänzte Prof. Aleksander Malinowski, IEEE Industrial Electronics Society (IES) Senior Adcom Member.

Vom Profibus fürs Profinet lernen

Indus sol Jitter


29.02.2012 | Profinet etabliert sich immer mehr zum Kommunikationsstandard für Industrial-Ethernet-Anwendungen. Dabei können Anwender aus den über die Jahre gesammelten Erfahrungen bei der Nutzung des Profibusses auch beim Profinet profitieren. Dazu gehört z. B. die Erkenntnis, dass eine äußerlich sichtbare Netzwerkfunktion nach dem Motto „Es geht doch…“ nicht als Maß für die Beurteilung der Netzwerkqualität herangezogen werden sollte. Der Beitrag von Indu-Sol zeigt, welche Qualtitätskriterien zu erfüllen sind und wie dies umgesetzt werden kann.

Die Vorteile von Profinet liegen auf der Hand: Es lassen sich alle Netzwerkstrukturen wie Ring, Stern, Linie oder Netz realisieren bis hin zur sinkenden Störempfindlichkeit durch Punkt zu Punkt Verdrahtung realisieren. Zudem überzeugt Profinet als offener, herstellerneutraler, international genormter Busstandard und kann auf eine ständig steigende Nutzerakzeptanz verweisen. Schließlich ergänzt Profinet sehr gut die PC-basierte Automatisierungstechnik und ermöglicht eine einfache vertikale Integration von der Feldebene bis hin zur Unternehmensebene. Doch warnen Experten für die Netzwerkkommunikation davor, allzu arglos an das Thema heranzugehen. Karl-Heinz Richter, Geschäftsführer für Marketing & Vertrieb Indu-Sol GmbH, mahnt vielmehr, aus den Erfahrungen mit Profibus zu lernen.


Ethernet Switch | Der Datenlenker im Netzwerk


Während beim Profibus 90 % der aufgetretenen Probleme in der Buskommunikation auf physikalische Ursachen (erzeugt durch Lan Kabel, Leitungen, Stecker) zurückzuführen sind, richtet sich im Profinet durch die Möglichkeit der Übertragung von unterschiedlichen Protokollen innerhalb eines Netzwerkes der Blickwinkel verstärkt auf die Bewertung logischer Kommunikationszusammenhänge. Wer die tatsächliche Qualität seiner Kommunikation kennen und nicht nur nach Anlagenfunktion oder Anzahl der Ausfälle urteilen möchte, braucht konkrete Werte.

Das Netz vorab richtig auslegen

Vergleicht man Profinet mit Profibus scheint die Menge der zu übertragenden Daten und die Übertragungsgeschwindigkeit nahezu unbegrenzt. Im Gegensatz zum Profibus ist jedoch die Kommunikationslast nicht konstant, was die Vorhersagbarkeit von zuverlässiger Kommunikation erschwert. Es müssen vorab also die nötigen Lastreserven eingeplant werden und die Netzwerkstruktur ist gut zu durchdenken.

Ähnlich wie man im Straßenverkehr Schwertransporte möglichst nicht über Landstraßen oder zu Hauptverkehrszeiten losschickt, ist es im Profinet wichtig, die Kommunikationswege entsprechend der Last auszulegen. Beispielsweise sollte eine Überwachungskamera möglichst direkt mit dem Visualisierungssystem verbunden oder, um im Bild zu bleiben, nicht per Durchfahrt durch diverse Ortschaften geleitet werden. Ein weiteres Stichwort in der Planung lautet Linientiefe (Kaskadierung von I/O Geräten). Hierbei gilt es vorab zu klären, ob die Linientiefe zur jeweiligen Anwendung passt, wenn eine bestimmte Aktualisierungsrate einzuhalten ist. Linientiefe bedeutet auf das Bild des Straßenverkehrs übertragen, wie viele Ampeln bzw. Ampelübergänge (Switches) auf dem Weg zum Ziel passiert werden müssen.

Drei messbare Netzzustandsgrößen

In der Messpraxis der Netzwerkexperten von Indu-Sol haben sich für Profinet drei messbare Netzzustandsgrößen herauskristallisiert, welche sich durchaus als allgemeingültige Qualitätskriterien in der Profinetkommunikation durchsetzen könnten: der Telegramm-Jitter, die Anzahl ausgefallener Telegramme und das Lastspektrum wie beim Verhältnis von Profinet zu TCP/IP. Unter Beachtung dieser Qualitätskriterien sowie deren Grenzwerte und Verhältnisse zueinander lassen sich Netzwerke von vornherein zuverlässig planen bzw. optimal auslegen.

Zum Unterschied zwischen Theorie und Praxis erklärt Richter: „Zwei generelle Ursachen führen in der Regel dazu, dass Theorie und Praxis nicht übereinstimmen. Erstens hält man sich bei der Umsetzung oft nicht exakt an die Planung. Hier können Messungen dazu beitragen, Planungsdaten zu kontrollieren. Zweitens ist es bei komplexen Anlagen in der Planungsphase oft nicht möglich, alle Eventualitäten zu berücksichtigen und dem Ausführenden werden bewusst gewisse Freiheiten in der Netzwerkauslegung (Installation) eingeräumt. Hier kann die Messung in realen Betrieb dabei helfen, Einstellungen oder auch die Kommunikationswege zu optimieren.“ Will man Theorie und Praxis zusammenbringen, ist das nur mit zuverlässigen Messergebnissen möglich, z. B. mit einer Netzwerküberwachung unter Produktionsbedingungen über einen längeren Zeitraum von zum Beispiel 14 Arbeitstagen. Wer die Qualität der Kommunikation nicht an der „Zustands-LED“ der Steuerung oder an der Anzahl der Ausfälle beurteilen will, braucht vor allem eins, eindeutige und nachvollziehbare Qualitätskriterien.

Qualitätskriterien für die Profinet-Kommunikation

In der Praxis der Netzwerkexperten haben sich für Profinet drei Netzzustandsgrößen herauskristallisiert, welche sich durchaus als allgemeingültige Qualitätskriterien in der Profinet-Kommunikation durchsetzen könnten: der Telegramm-Jitter, die Anzahl ausgefallener Telegramme und das Lastspektrum (z. B. das Verhältnis von Profinet zu TCP/IP) (Bild 2).

Der Jitter ist ein Maß für die Abweichung von der Aktualisierungsrate. Richter erklärt: „Wir können den „Jitter“ beispielsweise mit den Ankunftszeiten von Linienbussen vergleichen. Wenn wir im Stundentakt einen Bus erwarten und dieser mal zu früh und mal zu spät kommt, können wir hier von einer zeitlichen Abweichung vom eigentlich erwarteten Zeittakt sprechen. Beim Profinet stellen wir die 'Ankunftszeiten' über die Aktualisierungsintervalle ein. Sollte eine Zeit um mehr als 50 Prozent abweichen, so ist die Frage nach dem 'Warum' ein Muss. Von außen aber würde man diesen Fakt einer Problemfrühindikation nicht mitbekommen.“

Das Erkennen ausgefallener Telegramme als zweites Kriterium ist beim Profibus ähnlich dem Retry limit zu sehen. Wichtiger Unterschied ist aber, dass beim Profibus die Telegramme wiederholt und beim Profinet bis zu drei fehlende Telegrammpakete toleriert werden, ohne dass es äußerlich für den Betreiber sichtbar wird.

Das dritte Profinet-Kriterium, die allgemeine Bus-Last oder der Traffic, umfasst die Summe des gesamten zyklischen und azyklischen Datenverkehrs. Richter führt an: „Auch hier kann uns ein Vergleich aus dem Straßenverkehr zum Verständnis 'Bus-Last' oder 'Traffic' helfen. Beim Profibus fährt immer nur ein Auto des Typs „Pkw“ von A nach B oder umgekehrt. Beim Profinet haben wir neben dem Pkw-Verkehr auch die Möglichkeit Lkw oder Motorräder auf der gleichen Straße fahren zu lassen. Im Sinne der Bewertung ist es jetzt wichtig zu wissen, in welchem prozentualen Verhältnis die jeweiligen Teilnehmer zueinander in die Verkehrslast eingehen. Ein Richtwert für das Lastspektrum ist ein Verhältnis von 100:1, sprich auf 100 Profinet-Telegramme sollte beispielsweise maximal ein Ethernet-Telegramm übertragen werden.“

Weiterhin gilt es in einer durchdachten Netzwerkplanung vorab zu überlegen, welche Lasten wann auftreten können und wie sie sich zu einer guten Gesamtauslastung des Netzes sinnvoll verteilen lassen. Richter nennt auch hier einen Erfahrungswert: „Mit einer maximalen Bus-Last von 20 Prozent kann eine Netzwerkkommunikation ohne überraschende Kommunikationsausfälle auf jeden Fall sichergestellt werden. Bildlich ausgedrückt: Wenn bei uns in Schmölln die Straßen zu 20 Prozent ausgelastet sind, kann man als Autofahrer sicher sein, dass es immer freie Fahrt und grüne Welle gibt, egal wo man mit seinem Auto herkommt oder hinfährt.“

Leitungen einmessen war gestern

Indus sol ProfinetUm beim Profibus die Kommunikationszuverlässigkeit von vornherein sicherzustellen, überprüft man üblicherweise zuerst die physikalische Leitungsqualität. Das ist auch wichtig, hängen beim Profibus doch an einer Leitung oft bis zu 30 Teilnehmer. Im Profinet, wo auf 30 Teilnehmer 30 Leitungen kommen, ist dieses Vorgehen nicht nur aufwändig und teuer sondern birgt auch die Gefahr, dass durch das An- und Abstechen in die Installation aktiv eingegriffen wird und somit neue Fehlerquellen entstehen könenn. Richter hierzu: „Auch eine Diskussion mit Fachexperten brachte keine eindeutige Mehrheit zum 'Für oder Wieder' in Bezug eines Leitungstestes im Profinet.“

Aus den bisherigen Erfahrungen von Indu-Sol kann man bei einem ordnungsgemäß durchgeführten Online-Test auf den Leitungstest als Abnahmekriterium im Profinet verzichten. Sind nämlich im Online-Test alle drei der genannten Qualitätskriterien erfüllt, kann man auch davon ausgehen, dass die Leitungsqualität stimmt. Umgekehrt werden anhand von Abweichungen der Qualitätsparameter Fehler in Leitungen ohnehin sichtbar. Durch den Einsatz eines Diagnosetools wie dem Profinet-Inspektor, der diese drei Kriterien für die Beurteilung der Kommunikationsqualität zu Grunde legt, kann auf aufwändige und teure offline Kabeltests im Sinne der Abnahme verzichtet werden.

Langfristig auf der sicheren Seite

Darüber hinaus hat der 'Online-Check' mit dem Profinet-Inspektor den Vorteil, dass alle Abnormalitäten mittels der webbasierten Visualisierung aufgezeichnet und mit Zeitstempel und realer Werteangabe übersichtlich dargestellt werden. Das erleichtert die Analyse, welches Problem wodurch verursacht wurde. So lassen sich Netze nicht nur von vornherein sinnvoll planen, sondern eine zuverlässige Kommunikation auch langfristig sicherstellen. Dazu bietet es sich an, den Inspektor auch während der gesamten Anlagenlaufzeit als 'Langzeit-EKG' der Anlage zu nutzen. Alle Änderungen, vor allem auch überraschende, die durch azyklisch auftretende Datenmengen verursacht werden, lassen sich so jederzeit sicher aufspüren und Kommunikationsprobleme vermeiden.


Mittels Adapter einfach vom Profibus ins Profinet wechseln

Hilscher Profinet Adapter08.12.2014 | Profinet entwickelt sich zunehmend zum Standard in der Fabrik- und Prozessautomation. Doch heute haben noch längst nicht alle Feldgeräte die dafür notwendige Schnittstelle. Mit seinem Netlink Proxy bietet Hilscher jedoch mit seiner Migrationstechnologie eine Lösung, mit der sich auch bestehende Profibus-Feldgeräte problemlos in die Profinet-Welt einbinden lassen.


Grundlagen Industrial Ethernet

Was bedeutet Industrial Ethernet?

Industrial Ethernet bezeichnet die Anwendung des Ethernet-Standards in der industriellen Automatisierung und Produktion. Während Ethernet ursprünglich für Büro- und Heimnetzwerke entwickelt wurde, ist die Industrial Ausführung für die speziellen Anforderungen in der Industrie modifiziert und angepasst.

Was ist der Unterschied zwischen Feldbus und Industrial Ethernet?

Folgende vier Unterscheidungsmerkmale sind die wichtigsten:

  • Robustheit: Industrial Ethernet ist für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen konzipiert. Die Hardware und Ethernet Kabel sind oft widerstandsfähiger gegen physische Einflüsse wie Temperatur, Vibration oder elektromagnetische Interferenzen.
  • Echtzeitkommunikation: In vielen industriellen Prozessen inzwischen gefordert, bietet das Industrial Ethernet-Protokoll Mechanismen für deterministische Datenübertragungen. Diese stellen sicher, dass Daten innerhalb einer vorher festgelegten Zeit geliefert werden.
  • Skalierbarkeit: Von kleinen Maschinennetzwerken bis hin zu großen Produktionsanlagen können skalierbare IE Lösungen mit den Anforderungen des Unternehmens wachsen.
  • Sicherheit: IE-Systeme sind oft mit erweiterten Sicherheitsmerkmalen ausgestattet, um Netzwerke vor Cyber-Angriffen schützen.

Was ist der Unterschied zwischen Ethernet und Profinet?

Ethernet wurde ursprünglich für das Heimnetzwerk und den allgemeinen Datenverkehr entwickelt. Es ist die dominierende Technologie für LAN Technik und wird in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt. Ethernet als auch Profinet basieren auf der gleichen grundlegenden Ethernet-Technologie. Profinet wurde speziell für die Anforderungen der industriellen Automatisierung optimiert und bietet Vorteile in industriellen Umgebungen wie Echtzeitkommunikation, erweiterte Diagnosefunktionen und die Möglichkeit zur Integration in bestehende Systeme.

Was ist ein Ethernet Protokoll?

Das Ethernet-Protokoll ist ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll, das die Datenübertragung in lokalen Netzwerken (Local Area Networks, LANs) regelt. Zur Erklärung: Es definiert, wie Datenpakete in einem Netzwerk erstellt, übertragen und empfangen werden. Das Ethernet-Protokoll verwendet eine spezifische Datenpaketstruktur. Die sog. Ethernet-Frames enthalten u. a. die Ziel- und Quell-MAC-Adressen, Nutzdaten und eine Fehlerüberprüfungsinfo. Ethernet kann Kollisionen von Datenpaketen erkennen und Geräte entsprechend steuern. Die Übertragungsrate hat sich von 10 Mbit/s (ursprünglicher Standard) auf Geschwindigkeiten von 100 Mbit/s (Fast Ethernet), 1 Gbit/s (Gigabit Ethernet), 10 Gbit/s, 40 Gbit/s und sogar 100 Gbit/s und darüber hinaus erhöht.

Welche Ethernet Protokolle gibt es?

Hier sind einige der gängigen Industrial Ethernet-Protokolle:

  • Profinet (PROFessional NETwork) ist die Erweiterung des Profibus-Standards, entwickelt von der Profibus & Profinet International (PI) Organisation. Profinet bietet Echtzeit-Ethernet-Kommunikation und wird hauptsächlich in Automatisierungs- und Fertigungsumgebungen eingesetzt.
  • Ethercat (Ethernet for Control Automation Technology) ist ein offenes, Echtzeit-Ethernet-Kommunikationssystem, entwickelt von Beckhoff. Es zeichnet sich durch kurze Zykluszeiten und eine präzise Synchronisation aus.
  • Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol) wurde von der ODVA (Open Devicenet Vendor Association) entwickelt. Ethernet/IP basiert auf dem Common Industrial Protocol (CIP) und ermöglicht die Interaktion von industriellen Geräten über ein Ethernet-Netzwerk.
  • Modbus/TCP ist eine Ethernet-Adaption des bekannten Modbus-Protokolls. Es ermöglicht die Kommunikation zwischen Automatisierungkomponenten und ist insbesondere in der Prozessautomatisierung verbreitet.
  • Powerlink wurde ursprünglich von der Firma B&R entwickelt. Das Echtzeit-Protokoll gewährleistet die deterministische Datenübertragung.
  • Sercos III (SErial Real-time COmmunication System) ist die dritte Generation des Sercos-Interfaces, das für die Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen industriellen Geräten entwickelt wurde.
  • CC-Link IE (Industrial Ethernet) ist ein in Asien weit verbreitetes Protokoll, entwickelt von der CC-Link Partner Association. Es ist ein

    Hochgeschwindigkeits-Feldnetzwerk mit reduziertem Verdrahtungsaufwand für Anwendungen in der Fertigungsindustrie. CC-Link IE wird bevorzugt von Mitsubishi Electric eingesetzt.

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