Schnell, robust und sicher Gigabit-Ethernet drängt ins Feld

Auch bei Profinet ist der Trend eindeutig: Laut Profibus & Profinet International (PI) wurden im Jahr 2017 mit 4,5 Millionen nahezu doppelt so viele Profinet- als Profibus-Knoten neu installiert; dies ergibt eine Marktbasis von knapp 21 Millionen Profinet-Geräten weltweit. Ganz allgemein laufen die Ethernet-basierten Kommunikationstechnologien im Industrieumfeld klassischen Feldbussen mehr und mehr den Rang ab.

Das hat vielfältige Gründe, angefangen bei der horizontalen und vertikalen Durchgängigkeit, über deutlich höhere Netzwerkteilnehmerzahlen und Übertragungsraten, die Skalierbarkeit, bis zu einer entschieden einfacheren Installation, Diagnose und Wartung. Die Ethernet-basierten Lösungen sind die Voraussetzung für die weitere Verbindung von OT und IT – der industriellen Kommunikationsnetzwerke und der sonstigen Unternehmens-IT. Ethernet fungiert als Rückgrat der rasant fortschreitenden Digitalisierung.

Datenmengen steigen rasant

So steigt unter anderem die Zahl produzierender Betriebe, die auf hochauflösende Kamerasysteme setzen. Ziel ist es, die Qualität ihrer Erzeugnisse in Form von Bilddaten live und oft in hoher Frequenz erfassen und nachweisen zu können. Andere wollen oder müssen wiederum umfangreiche Produktionsdaten vieler Maschinen gleichzeitig erfassen, aufbereiten und analysieren. Dies geschieht entweder lokal, immer häufiger aber auch über interne oder externe cloudbasierte Systeme. So können sie ad hoc oder im Nachhinein Fehler­ursachen erkennen und angemessen reagieren oder aussagekräftige Daten für die Optimierung zurück ins digitale Abbild ihrer Anlagen fließen lassen. Ein anderer Grund für den Einsatz höherer Bandbreiten sind umfangreiche Software-Updates oder Backups, die sonst viel Zeit beanspruchen und zu Lasten der Produktivität gehen. Die Videoüberwachung – eine weitere sehr datenintensive Anwendung – ist in weitläufigen Anlagen in der Prozessautomatisierung ein Mittel, die Produktivität und/oder Zugangssicherheit bei reduzierten Kosten hoch zu halten.

In all diesen Fällen sind Übertragungsraten von 100 Mbit/s nicht mehr ausreichend. Die Anwender fordern leistungsfähigere Kommunikationstechnik für das Produktionsumfeld, sie brauchen Gigabit-Ethernet-fähige Industrial Ethernet-Switches und entsprechend performante IT-Security-Komponenten. Siemens bietet dafür unter anderem für den industriellen Einsatz konzipierte Scalance X-Geräte und die darauf abgestimmten Industrial Security Appliances Scalance S.

Idealerweise vom Hersteller getestete Systemkomponenten fügen sich nahtlos in beliebige Netzwerktopologien ein, lassen sich komfortabel zu maßgeschneiderten Zellen- beziehungsweise Hallen­netzwerken strukturieren und auch skalieren. Die Gigabit-Switches sollten ebenfalls einfach an Industrial Backbones angebunden und somit in überlagerte Netzwerke mit höherer Performance von 10 Gbit/s integriert werden können. Die Geräte im Backbone stellen wiederum geschützt über industrielle Firewalls Schnittstellen bereit. So zum Beispiel zu externen Rechenzentren, zur Unternehmens-IT mit noch höheren Bandbreiten und von dort ins Wide Area Network (WAN) sowie in die Cloud, etwa ins cloudbasierte und offene IoT-Betriebssystem Mindsphere.

Komfortables Management

Je größer die Zahl der Netzwerkteilnehmer, umso wichtiger werden komfortables Management und eine aussagekräftige Diagnose, wofür Siemens mit Sinema Server eine performante Netzwerkmanagement- und -diagnose-Software entwickelt hat. Beides sind in der Regel zentral von einer Leitstelle oder einem Rechenzentrum aus organisierte Aufgaben, wobei vor allem die Diagnose von aktuellen Informationen aus dem Feld lebt. Um Visualisierungsdaten und zunehmend Live-Streams schnell nutzbar zu machen, braucht es eine performante Basis, ergo leistungsfähige Switches, die hohe Bandbreiten unterstützen.

Ohne Cybersecurity geht nichts

Nicht zuletzt durch die Anbindung der Produktionsnetzwerke ans Internet steigt das Risiko unautorisierter Zugriffe und damit die Notwendigkeit, geeignete Schutzmechanismen zu etablieren. Auch dafür bieten die führenden Hersteller aufeinander abgestimmte Konzepte und Geräte, angefangen beim Zellenschutz durch physikalische Netzwerktrennung bis hin zu sicheren Fernzugriffslösungen. Siemens verfolgt hierbei den Ansatz einer tiefengestaffelten Verteidigung, bei der die Netzwerksegmentierung durch Industrial Security Appliances und über Virtual Private Networks (VPN) gesicherte Kommunikation lediglich einzelne Teilaspekte darstellen.

Ein weiterer aktueller Trend, der im Rahmen der Cybersecurity in industrielle Umgebungen Einzug hält, ist die Analyse des Netzwerkverkehrs und die sogenannte Anomalie-Erkennung. Hierfür werden beispielsweise Datenströme über Mirror-Ports gespiegelt, ausgeleitet und letztlich von speziellen Security-Komponenten analysiert. Dies erfordert aber ebenfalls eine entsprechend höhere Bandbreite.

Innovativ in die Zukunft

Auch beim Thema Profinet geht es innovativ weiter. Die Profibus & Profinet International (PI) arbeitet gerade an einer Erweiterung der Profinet-Spezifikation, um die neue Kommunikationstechnologie Time-Sensitive Networking (TSN) nutzen zu können. Mit TSN wird die Gigabit-Technologie auch auf der Feldebene Einzug halten, auch dafür wurden die notwendigen Hardware-Vor­aussetzungen bereits geschaffen.

Mit der rasanten Entwicklung Schritt zu halten, erfordert eine tiefgehende Expertise in industrieller Netzwerktechnik. Wer diese nicht hat, braucht einen erfahrenen Ausrüster und Lösungs-Partner. Siemens liefert zum einen die Komponenten und unterstützt zum anderen mit individuellem Vor-Ort-Service und Support, bei Consulting, Design, Inte­gration und Inbetriebnahme. Zertifizierte Trainings runden das Portfolio ab.