Netze für die firmenweite Kommunikation auslegen
Die großen Fortschritte bei den Vernetzungs-, Datenspeicher- und Softwaremöglichkeiten sowie -fähigkeiten erhöhen den Wert automatisierter Anlagen und Systeme. Gleichzeitig setzen sie Techniker unter Druck, maschinentechnische und firmenweite Systemauslegungen durch solche Lösungen auf den neuesten Stand zu bringen, die die Informations- und Steuerungsdaten zusammenführen. Für die Bewältigung dieser Herausforderung werden jetzt validierte Architekturen und geprüfte physikalische Lösungen immer wichtiger, die Informations- und Steuerungssysteme integrieren.
Um global in die industriellen Vorgänge hinein vernetzt zu werden, brauchen die Anwender validierte Logikdiagramme der Funktionen innerhalb des Netzwerks und die Schnittstelle zu den Unternehmenssystemen. Die von Rockwell Automation und seinem Strategic Alliance Partner Cisco entwickelte logische Referenzarchitektur Converged Plantwide Ethernet (CPwE) Design and Implementation Guide beschreibt die Vernetzung zwischen Unternehmens- und Produktionsbereichen auf logischer Ebene. Sehr wichtig innerhalb der logischen Architektur ist das Identifizieren und Festlegen von Datenübertragungspfaden von der Ebene 3 Fertigung zu den Ebenen 0 bis 2, die innerhalb der Zellen-/Bereichszonen auf unterster Produktionsebene (Maschine) zugeteilt sind. Die physikalische Schichtarchitektur ist die Infrastruktur, die für die Umsetzung einer Vernetzung erforderlich ist und auf Datendurchsatz, Umgebung, Kabellängen und Verfügbarkeit hin ausgelegt. Ein strukturierter technischer Ansatz ist entscheidend für die physikalische Schicht, um sicherstellen zu können, dass Investitionen in die Netzverteilung auch das gewünschte Ergebnis hervorbringen.
Die richtigen Verbindungen herstellen
Für die Unterstützung des physikalischen Architekturnetzwerks, wird üblicherweise Schicht-3-Switching in den Ebene-3-Betriebsabläufen (industrielles Datenzentrum) eingesetzt. Schicht-2-, oder direkte physikalische Verbindungen, werden in Zonenverteilern oder Steuerschränken hergestellt, oder werden direkt mit den Geräten innerhalb der Zellen/Bereichszone auf unterster Produktionsebene verbunden. Die physikalische Umgebung der produktionstechnischen Geräte und deren Entfernung zur Leitwarte bzw. Steuerschrank, die als Schnittstelle zu den Ebene-3-Betriebsvorgängen dient, bestimmt die Eigenschaften der erforderlichen Verkabelungslösung. Umfeld- und umgebungstechnische Risiken werden anhand der TIA 568-C.0 ‚Generic Telecommunications Cabling for Customer Premises, Annex F: Environmental Classifications‘ ermittelt. Bei der Festlegung auf eine Verkabelungslösung sind die mechanischen, schutzarttechnischen, klimatischen und elektromagnetischen (MICE) Bedingungen zu beachten. So wird sichergestellt, dass der gesamte Kabelschutzplan – Schränke, Leitungspfade, Erdung/Kontaktierung und Kabelauswahl – den vorherrschenden Belastungen durch das Umfeld und die Umgebung Rechnung trägt. Der Einsatz einer traditionell strukturierten Verkabelung in CPwE-Netzen würde bedeuten, dass mehrere horizontale Kupferleitungen von der Ebene-3-Leitwarte zu jedem Steuerschrank innerhalb der Zellen-/Bereichszone geführt werden müssen.
Klassische Home-Run-Struktur
Diese Art der sternförmigen Verkabelung wird auch als Home Run bezeichnet. Bei sehr kleinen Anlagen kann dieser Ansatz funktionieren. Allerdings kann die herkömmlich strukturierte Verkabelung in vielen Umgebungen Hunderte von unnötig langen Kupferkabeln bedeuten, die nicht nur schwer zu managen sind, sondern auch eine Herausforderung wegen der Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen darstellen. Darüber hinaus können sie praktisch nicht oder nur unter sehr großem Aufwand ausgetauscht oder entfernt werden, wenn der Rückbau nicht mehr genutzter Kabel baurechtlich gefordert wird. Auf der Maschinenebene wird die traditionell strukturierte Verkabelung vom Mikrodatenzentrum (MDC) zu einem Steuerschrank oder Zonenverteiler geführt, der aktive Geräte enthält. Alternativ kann ein Zonenverkabelungsansatz einen logisch platzierten Verbindungspunkt im horizontalen Kabel aufweisen, der für das Routing vom MDC zu den aktiven Zonenverteilern sorgt. So sind kürzere Kabelstrecken vom Zonenverteiler zu jedem Gerät in der jeweiligen Zone möglich. Bei der Verbindung der Zellen-/Bereichszone mit der Leitwarte für die Ebene-3-Betriebsabläufe sind einige Faktoren zu beachten. Die Anwender müssen sich für Architekturen, physikalische Übertragungsmedien und Verbindungsfähigkeiten für den zu vernetzenden Bereich entscheiden, die nicht nur kostengünstig sind, sondern auch die erforderliche Flexibilität, Festigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und Leistungsreserve sicherstellen, um mit den jetzigen und zukünftigen fertigungstechnischen Anforderungen mithalten zu können.
