Industrie 4.0 und das Internet der Dinge:
Fokus auf Zuverlässigkeit
Der Begriff Smart Factory beschreibt eine Vision davon, wie die industrielle Produktion in Zukunft aussehen wird. Wie es der Name bereits andeutet, soll die Fertigung in Zukunft deutlich intelligenter, flexibler und dynamischer werden. Maschinen und Anlagen werden dann nicht nur fest vorgegebene Programmabläufe ausführen, sondern die Fähigkeit besitzen, durch Selbstoptimierung und autonome Entscheidungen Prozesse zu verbessern.
Drei Schlüsselfaktoren sind Zuverlässigkeit, Netzwerkmanagement und Weitbereichsnetze.
Faktor 1: Zuverlässigkeit
Die Flexibilität, die die Funkkommunikation vor allem in explosionsgefährdeten Umgebungen bietet, wird zu einem wachsenden Einsatz von industriellen Wireless-Geräten führen, die speziell für solche Umgebungen konstruiert wurden. Ständig zunehmende Datenraten von Funknetzen ermöglichen es durch neue WLAN-Standards wie IEEE802.11ac und .11ad, das noch vorhandene Leistungsdefizit von Funknetzen im Vergleich zu Datenraten kabelgebundener Netzwerke schnell wettzumachen. Diese Konzepte werden zurzeit im klassischen IT-Umfeld perfektioniert. Ihr Einsatz in der Smart Factory wird im Lauf der Zeit erwartet. Allerdings ist die Systemzuverlässigkeit entscheidend bei dieser Entwicklung. Ein Aspekt der Zuverlässigkeit von Anlagen einer Smart Factory betrifft die Netzredundanz, also das Verhalten des Netzwerks im Falle eines Fehlers. Störungen und Unterbrechungen der Datenkommunikation lassen sich nie vollständig ausschließen. Der Ausfall eines Kabels oder Steckverbinders, etwa durch mechanische Überlastung, die Unterbrechung der Stromversorgung oder auch die kurzfristige Abschaltung von Geräten zur Wartung, können die Verfügbarkeit des Netzwerks beeinflussen. In solchen Fällen ist es das Ziel sicherzustellen, dass davon nur der kleinstmögliche Teil der Anlage betroffen ist. Im Zuge einer Smart-Factory-Potenzialanalyse für ihren Kunden KSB identifizierte die Managementberatung NEONEX Opti mierungschancen bei der Beschaffung der Lieferantendokumentation sowie der Erstellung von Unterlagen zur Qualitätsprüfung entlang der Supply-Chain. ‣ weiterlesen
Signifikante Ressourceneinsparung bei Pumpenhersteller KSB
NEONEX, Fabasoft Approve & KSB: „Win-win-win-Situation“ durch starke Partnerschaft
Signifikante Ressourceneinsparung bei Pumpenhersteller KSB
Schleifen vermeiden
Netzwerk-Medienredundanz stellt zwei Wege für die Datenkommunikation bereit. Das Netzwerk ist so aufgebaut, dass bei Unterbrechung einer Verbindung auf einen alternativen Pfad umgeschaltet wird. Eine grundlegende Voraussetzung für jedes Ethernet-Netzwerk ist die Vermeidung von Schleifen. Deshalb ist grundsätzlich nur eine aktive Verbindung zwischen Sender und Empfänger erlaubt. Für die Medienredundanz sind jedoch alternative Verbindungen erforderlich. Um diesen Widerspruch aufzulösen, wird ein Redundanzprotokoll benötigt, das sicherstellt, dass es nur eine logische Verbindung zwischen zwei Geräten gibt, selbst wenn mehrere physikalische Pfade vorhanden sind. Hierzu darf nur eine der Verbindungen aktiv sein und Daten übertragen, während alle anderen im Stand-by-Modus sein müssen. Das erfordert die Überwachung aller Verbindungen, die Erkennung von Unterbrechungen und eine Umschaltung auf einen alternativen Pfad, sobald ein Ausfall erkannt wurde. Das Prinzip bedingt jedoch immer eine gewisse zeitliche Unterbrechung der Datenkommunikation. Es gibt eine Reihe von Redundanzprotokollen auf dem Markt, die auf diesem Verfahren beruhen und sich nach Umschaltzeit und Topologie unterscheiden:
- • Das Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) funktioniert in unterschiedlichen Topologien einschließlich vermaschter Netze, jedoch bestehen Beschränkungen in der Anzahl von Switches zwischen Sender und Empfänger.
- • Das Media Redundancy Protocol (MRP) kann ausschließlich in Ringtopologien eingesetzt werden, bietet aber den Vorteil sehr schneller und deterministischer Umschaltzeiten.
- • Das Parallel Redundancy Protocol (PRP) und das High Availability Seamless Redundancy Protocol (HSR) folgen einem völlig anderen Ansatz, der auf Netzwerken mit zwei unabhängigen aktiven Verbindungen zwischen zwei Geräten basiert. Der größte Vorteil ist eine unterbrechungsfreie Datenkommunikation, die jegliche Ausfallzeit im Falle eines Fehlers verhindert und größtmögliche Netzverfügbarkeit gewährleistet.
Darüber hinaus werden zurzeit noch weitere Ansätze verfolgt wie etwa das verteilte Link Aggregation Protocol (Distributed Resilient Network Interconnect) und das Shortest Path Bridging Protocol (SPB). Für Smart-Factory-Anwendungen müssen daher die Anforderungen an die Netzredundanz genau analysiert werden, bevor ein Protokoll ausgewählt wird. Häufig wird es einen Mix aus solchen Netzwerksegmenten geben, die vollständige Redundanz basierend auf PRP nutzen und anderen in denen RSTP, MRP oder verteilte Link Aggregation die beste Wahl sind, um die erforderliche Ausfallsicherheit zu erreichen.
