Dr. Lan: Was Sie über Industrial Ethernet wissen sollten!

Unter dem Begriff Industrial Ethernet werden alle Netzwerk-Aktivitäten zusammengefasst, die auf dem Ethernet-Standard basieren und in der industriellen Fertigung zur Steuerung und Kontrolle von Produktionsprozessen eingesetzt werden.

In diesem Umfeld treten häufig Störfaktoren auf, die massiven Einfluss auf die Übertragungsqualität und die Ausfallsicherheit nehmen können. Vibration, Hitze, Kälte, Schmutz und Feuchtigkeit sind dabei die kritischsten Faktoren. Außer in Leicht- und Schwerindustrie werden Industrial Ethernet Produkte auch in Nah- und Fernverkehrsmitteln, im Offshore-Bereich, Luft- und Raumfahrt, Gebäudetechnik, Telekommunikation etc. eingesetzt, wo sie auf ähnlich widrige Bedingungen treffen können.

Grundsätzlich lassen sich diese Faktoren identifizieren, denen sich die unterschiedlichen Industrial Ethernet Produkte je nach Ausrichtung gewachsen zeigen sollten:

  • extreme Temperaturbedingungen
  • Schmutz und Feuchtigkeit
  • Vibrationen und Erschütterungen
  • Spannungsschwankungen
  • Verbindungsausfälle

Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind die unterschiedlichen Industrial Ethernet Produkte je nach Ausführung mit den folgenden Features ausgestattet:

  • erweiterter Betriebs- und Lagertemperaturbereich
  • resistent gegen Schmutz und Feuchtigkeit (IP65/67)
  • Stoß- und Vibrationsfestigkeit
  • variable/redundante Spannungsversorgung
  • Überspannungs- und Transientenschutz
  • elektromagnetischer Verträglichkeit
  • Standards IEC61850-3 und IEEE1613
  • galvanische Trennung
  • Unterstützung von Ringstrukturen zur Ausfallsicherheit (STP, RSTP, MSTP, KAMR, G.8032)
  • Relay Output zur Ausgabe von Alarmsignalen an externe Endgeräte (Alarmanlage etc.)
  • Automatic Laser Shut Down an Glasfaserports zu Vermeidung von Augenverletzungen und zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen

Typische Industrial Ethernet Produkte sind Switches und Medienkonverter. Dabei werden auch vermehrt Features eingesetzt, die sich im Bereich der konventionellen Netzwerktechnik als überaus nützlich erwiesen haben. Wie zum Beispiel PoE: Power over Ethernet – zur Stromversorgung von Netzwerkkomponenten ohne eigenes Netzteil.


Häufig gestellte Fragen zum Thema Industrial Ethernet:

Wo liegt der Unterschied von Industrial Ethernet und normalem Ethernet?

Die Anforderungen im industriellen Umfeld sind andere als in einer Büroumgebung. Häufig trifft man auf ein raues Umfeld, Schmutz oder extreme Temperaturen. Industrial Ethernet Geräte werden speziell für diese Umgebung entwickelt und gebaut.

Was können die Industrial Ethernet Geräte mehr und warum sind sie teurer als normale Netzwerk Komponenten?

Weitbereichs Spannungsversorgung, erweiterter Temperaturbereich, erhöhte ESD und Vibrationsfestigkeit, Hutschienenbefestigung, Alarmkontakte und Ausfallssicherheit. Bereits bei der Produktion werden industrielle Ethernet Produkte besonderen Tests unterzogen, die dem zukünftigen Einsatz in rauen Umgebungen angepasst sind.

Wo werden Industrie-Komponenten eingesetzt?

Industrial Ethernet wird überall dort eingesetzt, wo normale Netzwerktechnik an Grenzen stößt. Z.B. starten die wenigsten elektronischen Geräte, wenn die Umgebungstemperatur unter -10°C liegt oder sie überhitzen schnell oberhalb von 50°C.

Was hat es mit der Ring-Funktion auf sich?

Üblicherweise werden Netzwerke sternförmig aufgebaut, in der Industrie wird meistens im Ring vernetzt, sprich von einem Punkt zum nächsten. Im herkömmlichen Ethernet sind Ringinstallationen nicht vorgesehen und führen zu gravierenden Problemen. Daher wurden spezielle Lösungen zur redundanten Vernetzung entwickelt, die mittlerweile auch ins Standard Ethernet Einzug gehalten haben. Aufpassen muss man, wenn man Produkte verschiedener Hersteller einsetzt, denn häufig werden Ring-Protokolle verwendet, die nicht untereinander kompatibel sind. Auf der sicheren Seite sind Sie, wenn Sie Hersteller unabhängige Protokolle wie Rapid Spanning-Tree (RSTP) verwenden. RSTP ist Hersteller-unabhängig und standardisiert.

Warum werden Industrial Ethernet Komponenten ohne Netzteil geliefert?

Industrial Ethernet Komponenten werden im Regelfall in Schaltschränken und auf Hutschienen installiert. In den meisten Schaltschränken gibt es bereits eine Versorgungsspannung, die für das Ethernetgerät mitgenutzt werden kann. Da die Anforderungen an Netzteile im Industrieumfeld ähnlich hoch sind wie bei Industrial Ethernet Komponenten, ist die Versorgung der Geräte aus bereits vorhandenen Netzteilen die meist günstigste Lösung.

Was hat es mit den IP Schutzarten auf sich?

IP Schutzarten definieren die Eignung für bestimmte Umgebungen und den Berührungsschutz für Menschen. Die IP Schutzarten werden mit zwei Ziffern angegeben, dabei zeigt die erste Ziffer den „Schutzgrad für Berührungs- und Fremdkörperschutz“ an und die zweite Ziffer den „Schutzgrad Wasserschutz“.

IP-Schutzarten

1. Ziffer Schutz gegen Fremdkörper und Berührung 2. Ziffer Schutz gegen Wasser
0 ungeschützt 0 geschützt gegen Tropfwasser
1 geschützt gegen feste Fremdkörper > 50mm und gegen Berührung mit dem Handrücken 1 geschützt gegen Tropfwasser
2 geschützt gegen feste Fremdkörper > 12mm und gegen Berührung mit Finger 2 geschützt gegen Sprühwasser
3 geschützt gegen feste Fremdkörper > 2,5mm und gegen Berührung mit Werkzeug 3 geschützt gegen Spritzwasser
4 geschützt gegen feste Fremdkörper > 1mm und gegen Berührung mit Draht 4 geschützt gegen Strahlwasser
5 geschützt gegen Staub und Berührung 5 geschützt gegen schwere See
6 dicht gegen Staub, geschützt gegen Berührung 6 geschützt gegen die Folgen von Eintauchen
    7 geschützt gegen zeitweiliges Untertauchen
    8 geschützt gegen dauerhaftes Untertauchen

 

Ein Beispiel: Der Industrieswitch KGS-0860 von KTI entspricht IP65/67 und ist damit sowohl staubdicht, als auch geschützt gegen zeitweiliges Untertauchen. Mit der KGS-0860 Serie hat KTI damit die weltweit ersten gemäß IP65/67 eingestuften Gigabit-Switche auf den Markt gebracht.

IEC-Normen

Die wichtigsten Herausgeber von technischen Normen auf internationaler Ebene sind die Internationale Organisation für Normung (ISO) und die International Electrotechnical Commission (IEC). Dabei beschäftigt sich die IEC vornehmlich mit Themen der Elektrik und Elektronik.

Das schließt die gesamte Elektrotechnik ein, einschließlich Wandlung und Verteilung von Energie, Elektronik, Magnetismus und Elektromagnetismus. Aber auch Normen für elektromagnetische Verträglichkeit, Messtechnik und Betriebsverhalten, Zuverlässigkeit, Design und Entwicklung, Sicherheit und Umwelt werden definiert.

IEC-Normen (Auswahl):

  • IEC 60038: Netzspannungen (Niederspannung für die Verwendung in Stromversorgungssystemen)
  • IEC 60050: Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch
  • IEC 60196: Normfrequenzen für akustische Messungen
  • IEC 60228: Leiterquerschnitte
  • IEC 60309: Stecker, Steckdosen und Kupplungen für industrielle Anwendungen
  • IEC 60870: Fernwirkeinrichtungen und -systeme
  • IEC 61131: Speicherprogrammierbare Steuerungen
  • IEC 61158 / IEC 61784: Feldbusnormenreihe
  • IEC 61400: Windenergieanlagen
  • IEC 61499: Funktionsbausteine für industrielle Prozessmess- und -steuerungssysteme
  • IEC 61508: Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme
  • IEC 61850: Übertragungsprotokoll für die Schutz- und Leittechnik in elektrischen Schaltanlagen der Mittel- und Hochspannungstechnik
  • IEC 61970: Schnittstelle für Anwendungsprogramme für Netzführungssysteme
  • IEC 62196: Steckertypen und Lademodi für Elektrofahrzeuge
  • IEC 62264: Integration von Unternehmens-EDV und Leitsystemen
  • IEC 62351: Sicherheit in Energiemanagementsystemen
  • IEC 62443: Industrielle Kommunikationsnetze - IT-Sicherheit für Netze und Systeme
  • IEC 62541: OPC Unified Architecture