Industrielles Ethernet samt Verkabelung ist im Kommen

Bereits 2017 wurden mehr Ethernet-basierende Anlagen errichtet als alle sonstigen Feldbus-Systeme zusammen. In diesem Kontext wird auch das industrielle M2M-Kommunikationsprotokoll OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) in die Feldbus- und Ethernet-Welt integriert. Die Plattform Industrie 4.0 setzt auf OPC UA als Fundament für den Datenaustausch und die Datenintegration im IIoT. Alle namhaften Feldbusorganisationen sind zwischenzeitlich Kooperationen mit der OPC Foundation eingegangen und arbeiten an der Integration von OPC UA in die Feldbuswelt.
Die angestrebte Vernetzung der Feldebene im Produktionsumfeld (operational technology, OT) und der Informationstechnik (IT) verlangt eine stabile und sichere Kommunikationsinfrastruktur, die nach der Installation jedoch nur durch die Abnahme des gesamten Netzwerkes ermöglicht werden kann. Sie bildet den Grundstein für eine sichere und zuverlässige Kommunikation und ist ein wesentlicher Baustein zeitgemäßer Qualitätssicherung. Im klassischen System von Ethernet in der Büro- und Rechenzentrumswelt ist dies seit langem fester Ausgangspunkt vor der Inbetriebnahme eines jeden Kommunikationsnetzwerkes. Im industriellen Umfeld beginnt diese Arbeitsweise gerade Fuß zu fassen, d. h. zuerst muss die passive Infrastruktur vermessen und erst danach können aktive Komponenten eingeschaltet werden.

Profinet

Ein bei uns sehr verbreiteter Vertreter der modularen Feldbusse ist das bereits erwähnte Profinet. Dieses von Siemens und der Profibus Nutzerorganisation (PNO) entwickelte System ist ein offener Standard für Industrial Ethernet. Es wird eingesetzt bei Lösungen für die Fertigungs- und Prozessautomatisierung, bei Anwendungen im Überwachungsbereich und für das gesamte Spektrum der Antriebssteuerung, bis hin zu Echtzeitregellösungen. Unterhalb des Ethernets, das als Übertragungsprotokoll verwendet wird, befindet sich eine Verkabelungsstruktur mit direkten Verbindungen, die als Stern- bzw. Linienstruktur verschaltet sind.
Die Abnahme einer solchen Anlage ist in einem speziellen Dokument, der „Profinet Inbetriebnahmerichtlinie“, geregelt. Die aktuelle Version 1.36 stammt vom Dezember 2014. Die Abnahme erfolgt in zwei Schritten. Der erste beinhaltet die messtechnische Überprüfung der elektrischen Eigenschaften des Netzwerkes, insbesondere der Verkabelung. Besonders nach der Montage einer Anlage ist eine Vermessung wichtig, da die Verkabelung im industriellen Umfeld hohen Belastungen ausgesetzt ist und sich für das bloße Auge nicht sichtbare Schäden oder Fehler ergeben können. Immer komplexere Fertigungsabläufe gekoppelt mit elektromagnetisch und witterungsbedingt rauhen industriellen Umgebungen erfordern eine robuste Kommunikations-Infrastruktur und die Übertragung von hohen Datenraten unter schwierigen Bedingungen. Aus diesem Grund ist die Überprüfung der Übertragungsfähigkeit der Leitungen zwingend notwendig. Es muss sichergestellt sein, dass alle Informationen ungehindert übermittelt werden können und sich keine „Schlaglöcher auf der Datenautobahn“ befinden. Die Inbetriebnahmerichtlinie erläutert die drei existierenden Ebenen der Verkabelungsmessung, beginnend mit einem einfachen Verdrahtungstest ohne Aussage zur Übertragungsfähigkeit mittels Leitungstester (Verifizierer), über den Einsatz von Funktionstestern (Qualifizierer), bis hin zu den eigentlichen Abnahmetestern (Zertifizierer), wie z. B. dem WireXpert Industrial Ethernet von Softing IT Networks (Bild). Mit einem Zertifizierer werden Ethernet-Verkabelungen nach den gängigen Standards getestet. Zu beachten ist dabei, dass in der industriellen Verkabelung sogenannte „Ende-zu-Ende“-Strecken zum Einsatz kommen. Das hängt damit zusammen,dass sich die Verkabelungsstrukturen in der Industrie wesentlich von denen in der Büro- und Rechenzentrumsumgebung unterscheiden.

Autoren: A. Huber, A. Winkler

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