Die zunehmende Vernetzung von Maschinen, Steuerungen und IT-Systemen in Anlagen führt zu immer komplexeren Netzwerken auf Fertigungsebene. Außerdem bedingt die Digitalisierung, dass immer mehr Teilnehmer im Netzwerk angebunden werden müssen, und das führt häufig zu großen Netzwerkstrukturen in der Industrie. Um diese OT-Netzwerke zu betreiben, werden effiziente Switches benötigt. Ethernet-Switches sorgen für die notwendige Übertragung von Daten, Sprache, Video und Profinet dank hoher Bandbreiten. Auch Anwendungen mit redundanter Kommunikation und Echtzeitkommunikation sind oft entscheidend, um etwa Safety-Anforderungen zum Schutz von Mensch und Maschine zu gewährleisten.

Managed-Layer-2-Switches aus der Produktfamilie der Industrial Ethernet Switches Scalance X-300 sind sowohl als Kompaktmodelle als auch als 19-Zoll-Varianten erhältlich. Sie werden meist im Schaltschrank verbaut und unterstützen anspruchsvolle Anforderungen an große Portdichte oder hohe Übertragungsraten in OT-Netzwerken. Außerdem sind Modelle mit unterschiedlichen Eingangsspannungen verfügbar und diese können sowohl über Kupfer- als auch über optische Ports Ethernet-Netzwerke aufspannen. Bei den Rack-Switches sind Varianten mit einfachem und redundanten 230-V-AC/DC-Netzteil für hochverfügbare Netzwerkstrukturen erhältlich. Es gibt zudem Varianten mit unterschiedlichster Portanzahl und -ausprägung oder Conformal Coating für den Einsatz auch unter rauen Umgebungsbedingungen. Durch die umfangreichen Zulassungen ist ein weltweiter Einsatz problemlos möglich. Da auf eine aktive Kühlung durch Lüfter verzichtet wurde, sind die Switches Scalance X-300 besonders ausfallsicher und haben somit auch eine geringe Leistungsaufnahme. Dieser lüfterlose Betrieb bedingt einen geringen Energieverbrauch der Geräte und trägt somit zu verringerten Betriebskosten des Daten-Netzwerkes bei.

Cloud- und Edge-Anwendungen im Netzwerk

In der heutigen Zeit verschwimmen die Grenzen zwischen Software und Hardware in industriellen Anlagen. Dies führt dazu, dass immer mehr Softwareanwendungen (wie Erkennung von Anomalien, Remotezugänge oder auch Datenanalyse zur vorbeugenden Wartung) im Netzwerk integriert werden. Dadurch entstehen neue Herausforderungen, um diese Daten bestmöglich den Applikationen zur Verfügung zu stellen. Für eine sehr komfortable und einfache Installation ohne Montage- und Verkabelungsaufwand sorgt die sogenannte Funktionsextender-Schnittstelle, die an der Seite der Switches in kompakter Bauform sichtbar ist. Darüber kann die lokale Verarbeitungsplattform Scalance LPE (Local Processing Engine) einfach an den kompakten Ethernet-Switch Scalance XCM-300 angeschlossen werden. Mit dieser Integration wird die Stromversorgung sichergestellt. Viel wichtiger ist aber, die Netzwerkanbindung durch die internen, leistungsfähigen Ethernet-Schnittstellen zu gewährleisten. Über diese können Telegramminformationen, sogenannter gespiegelter Verkehr, oder auch Zugriffe auf Teilnehmer im Netzwerk zur Verfügung gestellt werden. Mehrere Applikationen für Cloud- oder Edge-Computing, vorausschauende Wartung oder Anomaliedetektion lassen sich dadurch realisieren. Die Scalance LPE mit einer leistungsstarken CPU ermöglicht die Sammlung, Vorverarbeitung und Weitergabe von Daten.

Hardware-Plattform für TSN und stoßfreie Redundanz

Mit den bekannten Funktionalitäten aus dem vertrauten Portfolio der Scalance-Netzwerkkomponenten sind die verschiedensten Anwendungen möglich. So können flexible Layer-2-Netzwerkstrukturen als Stern oder Ring mit bis zu 10 Gbit/s aufgesetzt werden. Zukünftig wird das Set-up der Produktlinie Scalance X-300 sukzessive um weitere Innovationen wie Time-Sensitive Networking (TSN), weitere Edge-Funktionen oder stoßfreier Redundanz erweitert. Das Besondere ist, dass die Hardware gleich bleibt, nur das Betriebssystem im Inneren der Switches lässt sich je nach gewünschter Applikation ändern. Je nach Anforderung lässt sich damit aus den Rack- und kompakten Bauformen der Produktfamilie Scalance X-300 der passende Switch wählen. Mit dieser Strategie zur Migration von Betriebssystemen bieten die Switches mehr Flexibilität für die Zukunft und sichern getätigtes Investitionsbudget. Ermöglicht wird das durch die Verwendung von gleichwertiger Hardware für alle eingeführten kompakten oder 19-Zoll-Varianten der Switches-Familie Scalance X-300 ab 2022. Das bedeutet, dass keine Geräte ausgetauscht werden müssen, wenn ein Wechsel auf ein anderes Betriebssystem erfolgt. Mit dieser flexiblen und industrietauglichen Plattform von Scalance X-300 können heutige Anlagen aufgebaut werden, die die Anforderungen von Morgen wie TSN oder 5G-Fronthaul/Backhaul-Infrastruktur problemlos erfüllen können. Zukunftssicherheit und Nachhaltigkeit gehen somit Hand in Hand.

Anforderungen für immer höhere Datenraten

Ein starker Treiber für höhere Datenraten in der industriellen Kommunikation sind beispielsweise Kameraanwendungen, große Softwareupdates in der Produktion oder aufkommende Virtualisierungslösungen.

IP-Kameras werden zunehmend in der Produktion zur Überwachung und Optimierung der Prozesse sowie zur Qualitätssicherung eingesetzt. Darunter fallen auch sehr datenintensive Anwendungen mit Kameras, die Produktionselemente in 3D vermessen. In industrienahen Anwendungen werden hochauflösende Kameras zum Beispiel zur zielgenauen Steuerung von Kränen und in Tunnelanwendungen zur Live-Überwachung verwendet. Immer mehr Produkte, die Daten liefern, wie beispielsweise leistungsfähige Kameras mit hoher Auflösung, werden an vielerlei Stellen in der Produktion eingesetzt. Dadurch sind steigende Datenraten unvermeidbar, sodass die Anforderungen an immer höhere Gigabitbandbreiten im Produktionsnetzwerk steigen werden. Die IP-Kameras als Kommunikationsteilnehmer erzeugen deutlich höhere Datenmengen im Vergleich zu Quellen reiner Automatisierungs- und Steuerungsdaten. Daher wird eine leis- tungsstarke und flexible Netzwerkinfrastruktur benötigt, in der die Switches über Gigabit-Ports oder sogar 10 Gigabit-Ports verfügen müssen. Dies gewährleistet, dass die Daten schnell und effizient weitergeleitet werden können. Um die immer komplexeren Netzwerke beherrschen zu können, wird neben der Datenrate auch mehr Funktionalität und umfangreiche Diagnose benötigt. Dies bieten die Scalance XC- sowie Scalance XCM-300 und Scalance XR- sowie Scalance XRM-300 als managed Industrial Ethernet Layer-2 Switches. Sie verfügen zum Beispiel über virtuelle LANs (VLAN) für die strukturierte Unterteilung großer Netzwerke in kleinere, logische Teilnetzwerke.

Aktuelle Herausforderung mit Blick in die Zukunft

In immer kürzer werdenden Innovationszyklen darf der Blick auf die aktuellen Herausforderungen nicht verloren gehen. Das zeigen Beispiele von Erwartungen einiger Anwender, wie:

• einfacher Austausch der Geräte bei gleichzeitiger Beibehaltung der Konfigurationen,
• Erfüllung der industriellen Temperaturanforderungen bei mehr Leistung für neue Funktionen und
• Integration in bestehende Netzwerke.

Die neue Serie Scalance X-300 kombiniert beides. Bestehende Anforderungen werden erfüllt, kontinuierlich weiter optimiert und parallel entstehen neue Möglichkeiten für die Anwender. Diese umfassen beispielsweise die bessere Integration von Edge- und Cloudanwendungen ins Netzwerk oder neue leistungsfähige Netzwerkfunktionen. TSN und die An- sowie Einbindung von 5G-Infrastrukturen sind derzeit die neuesten Trends.

René Bernhard, Michael Kasper, Scalance X Product Owner, Siemens

Hannover Messe, Halle 9, Stand D53