Kommunikationsnetzwerke in Zeiten von Industrie 4.0

Um eine I4.0-Umgebung zu realisieren, sind ein hoher Vernetzungsgrad und leistungsfähige Netzwerke gleichermaßen erforderlich. Um beides entsprechend auszulegen und seinem Unternehmen einen Vorteil zu verschaffen, ist es notwendig, Risiken und Prioritäten der industriellen Vernetzung zu erkennen.

Im Mittelpunkt von Industrie 4.0 steht ein Kommunikationsnetzwerk, welches das gesamte Unternehmen verbindet: die Werkshalle, das Back-Office sowie entfernte Standorte. Ziel ist es, eine einzige Plattform für den reibungslosen Informationsaustausch zu schaffen. Diese Netzwerke anhand der hohen Standards für Zuverlässigkeit, Sicherheit und eine optimierte Verfügbarkeit der Produktionsabläufe zu realisieren, erfordert robuste Produkte und Lösungen auf physikalischer Ebene. Die Lösung: Industrial Ethernet.
Aufbauend auf der gleichen Basistechnologie wie das sogenannte Enterprise Ethernet gehen Lösungen für Industrial Ethernet weiter und sind so entwickelt, dass sie den rauen Umgebungsbedingungen von Industrieanlagen standhalten. Da Zuverlässigkeit und Leistung von zentraler Bedeutung sind, haben Netzwerkadministratoren, die die Risiken und Prioritäten der industriellen Vernetzung kennen, bessere Karten, wenn es darum geht, die richtigen Entscheidungen für ihr Unternehmen zu treffen.

Worauf kommt es an?

Obwohl jede Branche einzigartig ist, gibt es hinsichtlich der jeweiligen Kommunikationsnetzwerke dennoch Überschneidungen. Für das heutige industrielle Ethernet gibt es drei unternehmenskritische Anforderungen:

  1. Sicherheit: Der Schutz von Menschen und Prozessen ist entscheidend. Um die ausfallsichere Zuverlässigkeit und Redundanz bei der Datenübertragung zu erreichen, die für die Sicherheit erforderlich ist, müssen Netzwerkkomponenten die Anforderungen an explosionsgefährdete Umgebungen übertreffen.
  2. Betriebszeit: Ungeplante Stillstände sind sowohl unmittelbar als auch mittelbar teuer. Laut einer Umfrage unter Führungskräften in der Automobilindustrie wurden die Kosten auf 22.000 $ pro Minute geschätzt. Um eine 99,9999 prozentige Laufzeit zu erreichen, die den reibungslosen und zuverlässigen Betrieb von Anlagen sicherstellt,  müssen zunächst Probleme bei der Datenübertragung verhindert werden.
  3. Steuerung: Damit die hochautomatisierten Prozesse in den Fabriken der Zukunft mit nur wenigen beziehungsweise keinen Fehlern funktionieren, ist ein unterbrechungsfreier Datenfluss zwischen Geräten, Maschinen und den Steuerungen erforderlich.

Zusätzlich zu diesen gemeinsamen Prioritäten herrschen in allen industriellen Umgebungen extreme und gefährliche Bedingungen. Temperatur, Rauschen, Vibrationen, korrosive Chemikalien, elektromagnetische Grenzflächen und Leistungsschwankungen sind nur einige, denen industrielle Kommunikations- und Steuerungsnetze standhalten und zudem eine gleichbleibende und zuverlässige Leistung bieten müssen.

Enterprise vs. industrielles Ethernet

In Anbetracht der Umgebungsbedingungen, in denen industrielle Kommunikationsnetzwerke funktionieren müssen – und die Auswirkungen, die diese Bedingungen auf ihre Leistung und Lebensdauer haben –,  muss zunächst verstanden werden, warum auch die bestmöglichen Enterprise-Ethernet-Lösungen den Anforderungen nicht genügen. Ein Beispiel dafür sind Ethernet-Kabel. Die extremen Bedingungen und deren Auswirkungen auf die Kabel könnten unter anderem darin bestehen:

  • Extreme Temperaturen: Extreme Kälte kann Kabel hart und spröde machen; extreme Hitze kann den Kunststoff, der zur Herstellung der Kabel verwendet wird, abnutzen und brüchig werden lassen. 
  • Chemische Belastung: Korrosive Flüssigkeiten wie Öl, Lösungsmittel und Reinigungslösungen können dazu führen, dass Kabelmantel aufquellen und ihre Festigkeit verlieren.
  • UV-Bestrahlung: Durch die Einwirkung von Sonnenlicht können sich Kabelmäntel schneller zersetzen, wodurch deren Festigkeit und Leistung beeinträchtigt wird.
  • Physikalische Gefahren: Maschinenbewegung und Vibration können Kabel mit übermäßiger Kraft dehnen, die Leistung beeinträchtigen und die Anfälligkeit für elektromagnetische wie auch hochfrequente Störungen erhöhen. Kabel können auch von Gabelstaplern, Karren oder anderen Fahrzeugen in der Fabrikhalle gequetscht, durchtrennt oder abgeschabt werden.

Funktionen prüfen

Um sicherzustellen, dass Produkte, die auf der physikalischen Ebene des Netzwerks eingesetzt werden, auch unter den harten Bedingungen industrieller Prozesse funktionieren, sollten Netzwerkadministratoren Testergebnisse für ihre Beurteilung hinzuziehen. Zu berücksichtigende Umgebungsfaktoren sind: Abrieb, Kaltbiegen und Stöße, Quetschung, Durchtrennung, extreme Temperaturen, Ölbeständigkeit, UV-Bestrahlung und Wasserkontakt.
Die folgenden Zertifizierungen spiegeln die strengen Vorschriften und Klassifizierungen für Netzwerkprodukte wider, die in industriellen Umgebungen eingesetzt werden:

  • UL Tray Cable (TC): Die Basisklassifizierung für die Installation in Stromkabeltrassen mit 600 V
  • UL CMR-CMX Outdoor: Der grundlegende und häufigste Sicherheitsstandard für Kommunikationskabel
  • C (UL) CMG FT-4: Der grundlegende und häufigste Sicherheitsstandard für Kanada
  • UL Verification Cat 5E/6/6A: Dritte Prüfung der elektrischen Leistung
  • UL Power Limited Tray Cable (PLTC): Die grundlegende Bewertung für den Einbau in Stromkabeltrassen mit 300 V

Entwickelt, um die Profitabilität zu erhöhen

Eine komplette, durchgängige Ethernet-Lösung, die den extremen Bedingungen industrieller Umgebungen standhält, ermöglicht Transparenz in Echtzeit und Flexibilität, senkt die Wartungs- und Arbeitskosten und ermöglicht eine größere physikalische und virtuelle Netzwerksicherheit. Die operativen Vorteile auf der Fabrik- wie auch auf der Unternehmensebene sind:

  • schnellere und kostengünstigere Upgrades, Erweiterungen und Umstellungen
  • Zugriff auf Echtzeitdaten zur Verbesserung sämtlicher Prozesse
  • schnellere Installation und Ferndiagnose
  • Überblick über den Lagerbestand in Echtzeit und erhöhte Produktionskapazität
  • Integration in ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning) für die Disposition, Planung, und Qualitätsverfolgung sowie für Lieferinformationen

Mit einer umfassenden Planung und zielgerichteten Investitionen in eine industriegerechte Ethernet-Infrastruktur machen Unternehmen einen entscheidenden Schritt zum Aufbau eines leistungsfähigen Kommunikationsnetzwerks, das für den Erfolg von Industrie 4.0 erforderlich ist.

 

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