Aktuell zeichnen sich zwei Verfahrensweisen ab, mit welchen man einer Netzwerk-Überlastung entgegenwirken will: Ein Ansatz sieht vor, innerhalb der Maschine bzw. Anlage TCP/IP-Kommunikation und PROFINET zu trennen. Der andere strebt eine Vergrößerung der Bandbreite im Maschinennetzwerk durch den Einbau von Gigabit-Infrastrukturkomponenten an. Beide Ansätze erscheinen zunächst als zielführend, weil sie die momentanen Performance-Anforderungen erfüllen. Es ist jedoch bereits jetzt absehbar, dass diese Lösungsansätze dem rasant steigenden Datenverkehr und auch dem zunehmenden Vernetzungsgrad in der OT-Ebene langfristig nicht standhalten werden. Nur ein generelles Umdenken in Bezug auf die Netzwerkstruktur inklusive eines proaktiven Netzwerkmanagements bietet Ansätze für eine langfristig stabile Kommunikation trotz steigenden Datenaufkommens.
Im Ergebnis mehrerer zu dieser Thematik geführten Diskussionen mit Anwendern aus unterschiedlichen Produktionsbereichen zeichnet sich ab, dass zwischen OT und IT eine High-Performance-Gigabit-Kommunikationsebene eingeführt wird: Über diese industrielle Informations-Technologie (IIT) kann sowohl der hauptsächliche Anteil des TCP/IP-Datenverkehrs sowie die Maschine-Maschine-Kommunikation abgewickelt werden. Das eigentliche Maschinennetzwerk (OT-Ebene) erfährt dadurch eine erhebliche Entlastung und somit Reserven, um den weiterhin steigenden Anforderungen an die Maschinensteuerung im 100 Mbit-Bereich gerecht zu werden.
Infrastruktur nach Leistungsklassen auswählen
Neben der Planung der Netzwerkstruktur und der Festlegung der Kommunikationsebenen ist ein weiterer wichtiger Aspekt die Auswahl der richtigen, der Applikation entsprechenden Netzwerkinfrastrukturkomponenten. Nicht selten erfolgt die Auswahl, beispielsweise bei Switches ausschließlich nach dem Preis. Somit finden sich in den Maschinen- und Anlagennetzen noch eine große Anzahl von unmanaged Switches. Natürlich ist dagegen aus dem funktionalen Blickwinkel nichts einzuwenden – für eine portbezogene Diagnoseauskunft oder einen Topologiescan im Servicefall sind sie jedoch völlig ungeeignet. Zusätzlich ist bei der Auswahl von managed Switches darauf zu achten, welche Parameter für die Kommunikation zwischen Anwender und Ziel im Sinne von „Quality of Service“ (QoS/Dienstgüte) wie ausgeführt werden bzw. verfügbar sind. Typische Beispiele dafür sind Latenzzeit, Jitter, Paketverluste, Fehlertelegramme sowie Angaben zum Datendurchsatz.
Ein Blick in die IT zeigt, dass hier die Komponenten schon seit Längerem nach Leistungsklassifikationen gemäß der jeweiligen Anwendung bzw. der Kommunikationsbeziehung ausgewählt werden. Mit ansteigender Leistungsfähigkeit werden die Klassifikationen als Access Layer (Verbindung Endegeräte und Server), Distribution Layer (Routing, QoS-Richtlinien) und Core Layer (Hohe Datenrate, hochredundante Weiterleitung) bezeichnet.
Transferiert man die vorgenannte IT-Klassifizierung von Switches in die OT-Ebene, so ist festzustellen, dass der heute verwendete Switch in der Maschine eher dem Access-Layer zuzuordnen ist, obwohl die Kommunikationsbeziehungen durchaus an manchen Stellen bereits einen Switch aus dem Bereich des Distribution Layer erfordern würde. Mit Access-Layer-Infrastrukturkomponenten können QoS-Parameter jedoch nicht erfüllt werden. Auch deshalb sind in einer High-Performance-Umgebung mindestens Distribution-Layer-Infrastrukturkomponenten nötig.
Die PROmesh-Switches: Infrastrukturkomponenten neuester Generation
Die Switch-Familie PROmesh von Indu-Sol reiht sich mit dem PROmesh P9 in den Access-Layer und mit dem PROmesh P20 in den Distribution Layer ein. Gemäß der Zertifizierung für PROFINET durch die Nutzerorganisation PROFIBUS & PROFINET International (PI) erfüllen diese Geräte die Anforderungen der „Conformance Class B“ sowie der höchsten Netzwerklastklasse „Netload Class III“. Beide Switches verfügen zudem über das bislang einzigartige Feature der integrierten Ableitstromüberwachung. Im industriellen Maschinenumfeld können Störungen durch höherfrequente Leistungselektronik mitunter ungewollte Ströme auf den Schirmen von Datenleitungen provozieren, weshalb es die Belastung des Potentialausgleichs permanent zu überwachen gilt. Zusammen mit den ermittelten Diagnosedaten (Portstatistiken) aus dem Netzwerk – Netzlast, Discards und Errors – leisten beide Switches eine automatisierte, lückenlose Überwachung der OT-Netzwerke, sodass kein relevantes Ereignis verpasst wird und umgehend eine Benachrichtigung erfolgt. Der PROmesh P20 verfügt zudem über eine integrierte Routingfunktionalität, dank derer einzelne Kommunikationsverbindungen zwischen verschiedenen Netzwerken zugelassen oder verboten werden können.
Zentrales Monitoring als Basis für gezieltes Netzwerkmanagement
Unabhängig davon, welche Netzwerkstruktur in der Industrie-Automation heute gewählt wird, ist festzustellen, dass das Thema Netzwerk-Monitoring im OT-Bereich bestenfalls randläufig angegangen wird. Während in der IT heute kein Netz ohne Überwachung und verantwortlichen Administrator mehr in Betrieb genommen würde, endet diese Grundhaltung oft am Hallenswitch. Dabei bilden aktuelle und historische Zustandsdaten zum Netzwerk die unverzichtbare Basis jeglichen Netzwerkmanagements. Das Netzwerk-Monitoring hat hier grundsätzlich die Aufgabe, sämtliche Abweichungen bei der Überwachung von Vorgängen zu visualisieren und damit z.B. Netzwerkabnormalitäten in Form von Anomalien oder Netzwerküberlastungen in Form von Discards und Jittern zu erkennen. Unabhängig davon, welche managed Switches Sie einsetzen: Die Monitoring-Software PROmanage® NT von Indu-Sol liest automatisiert und zyklisch die Portstatistiken der managebaren Switches per SNMP-Abfrage aus und bündelt diese an einem zentralen Punkt – etwa der IIT-Ebene – zu einem Gesamtzustand. Ereignisse, die die Verfügbarkeit und Sicherheit des Netzwerkes beeinflussen, werden mit Zeitstempel protokolliert und in der so erstellten Datenbank minutengenau bis zu einem Jahr in die Vergangenheit verfügbar gehalten. Beim Auftreten von Ereignissen im Netzwerk erfolgt dann etwa per SNMP-Trap, E-Mail oder über eine OPC-Schnittstelle eine entsprechende Warnung an das übergeordnete Leitsystem. Bei Bedarf ist zudem eine Tiefenanalyse bis auf das einzelne Gerät möglich.
Der Bedarf an Daten aus Industrie-Netzwerken wächst kontinuierlich und mit ihm die Anforderungen an die Technologie. Um zukunftssichere Lösungen zu finden, müssen immer die individuellen Anforderungen berücksichtigt werden. Intelligente, diagnosefähige Komponenten wie die PROmesh-Switches können aber zusammen mit entsprechender vorangeschalteter Netzwerkplanung und qualifiziertem Personal oder Dienstleistungsgemeinschaften, die einen reibungslosen Betrieb Ihrer Netzwerke vom ersten Telegramm an sicherstellen.
