Autoren: Tim Creutzinger, Indu-Sol, und Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee
Netzwerk-Planungstools allein geben keine richtige Antwort auf die Frage: Welcher Switch passt am besten in meine Anwendung? Wichtig sind immer noch Erfahrungswerte und Knowhow. Die Auswahl der Infrastruktur und damit der Switche nach Performance-Anforderungen ist entscheidend, um den zunehmenden Datenverkehr im Netzwerk managen zu können. Es ist also notwendig, einige grundlegende Kriterien zu definieren.
- Wichtig ist die Anzahl der Ports, also wie viele Netzwerkteilnehmer der Switch mit Informationen bedienen kann. Sind eventuelle Erweiterungen der Anlage vorhersehbar, kann es sinnvoll sein, hier von Anfang an „Luft nach oben“ einzuplanen. Das ist meist kostengünstiger und weniger aufwendig als später aufzurüsten.
- Ebenfalls zu den Basics der Auswahlkriterien gehört die Übertragungsgeschwindigkeit. Genügen 100 Mbit oder ist eher der Mega- oder Gigabyte-Bereich sinnvoll?
Wie groß sind Netzwerk und Datenmenge?
Zentral ist die Frage nach der notwendigen Performance. Hier gilt aus technischer Sicht: je mehr, desto besser. Entscheidend ist dabei vor allem die Größe des Netzwerks, da sie die Datenmenge beeinflusst. Überschreitet der Datenverkehr im Netzwerk die Leistungsgrenze eines Switches, gehen Daten verloren und Störungen in den Applikationen sind die Folge. Hier kommt die Backplane-Kapazität des Switches ins Spiel. Sie zeigt, wie viele Daten dieser pro Sekunde zwischen den Ports transportieren kann. Bei einem 8-Port-Switch sind bei kleineren Netzwerken 5 Gbps (Gigabit pro Sekunde, auch: GBit/s), bei großen 15 Gbps erfahrungsgemäß ein guter Wert.
Zugriffssicherheit in neun Schritten
Eine weitere Kenngröße ist der Data-Throughput. Er definiert die Anzahl der (unterschiedlich langen) Daten-Pakete, die in einer bestimmten Zeit transportiert werden können. Bei kleineren Netzwerken können 1,4 Mpps (Million Packets per Second) ausreichen, bei großen sollten es mindestens 12 Mpps sein.
Dabei gilt es zu berücksichtigen, dass man es heute mit einer Vielzahl von Anwendungen und Kommunikationsprotokollen zu tun hat. Manche Telegramme sind kurz und werden oft verschickt, andere lang und kommen dafür seltener. Ein klassischer Profinet-Switch ist z.B. für kurze Profinet-Telegramme optimiert. Lässt man aber eine Visualisierungsapplikation über denselben Switch laufen, schickt diese deutlich längere Pakete, für die der Switch nicht optimiert ist. Das kann zu Problemen führen und Daten können verloren gehen. Es kommt also auf den Umfang und die Frequenz der Telegramme an.
Wichtig ist in diesem Zusammenhang zusätzlich die Speicherkapazität. Im Speicher des Switches werden die Datenpakete „geparkt“, wenn zum Beispiel bei einer Überlast der Datentransport ins Stocken gerät. Die Speichergröße hängt damit unmittelbar mit dem Datenverkehr auf dem Netzwerk zusammen. Ist der Speicher zu klein, können Informationen verloren gehen, was dann im schlimmsten Fall zum Produktionsstillstand führt. Ausfallkosten im vier- bis achtstelligen Bereich pro Minute wären die Folge. Bei einem 8-Port-Switch sind bei kleineren Netzwerken mindestens 1,0 Mbit Memory bei größeren mindestens 2,0 Mbit erforderlich.
Sind all diese Parameter berücksichtigt, kommt die Frage ins Spiel, für welche Applikationen ein Switch zertifiziert ist. 70 % der automatisierten Industrieanlagen, die auf Ethernet setzen, arbeiten heute mit Profinet oder EtherNet/IP. Eine Profinet-Zertifizierung der Switche vereinfacht beispielsweise die Einbindung ins weitverbreitete TIA-Portal.
Welcher Mehrwert ist sinnvoll?
Spätestens jetzt müssen sich Anlagen- und Maschinenbauer darüber klar werden, welchen Mehrwert sie sich und ihren Kunden im späteren Betrieb bieten wollen. Switche können viele wertvolle Netzwerkinformationen liefern, zum Beispiel über die Qualität der Datenleitung betrifft. Treten in einer Maschine oder Anlage im Betrieb Fehler auf, steht als erstes die Mechanik im Fokus und die Frage, ob Sensorik sowie Aktorik ihren Dienst tun. Das Netzwerk wird vernachlässigt, nicht als relevanter Teil einer belastungsfähigen Anlage gesehen. Dabei kann es zum „Störenfried“ werden und Fehler verursachen, die nur mit einem guten Monitoring nachvollzogen werden können.
So zeigt die Praxis, dass fast 40 % möglicher Netzwerkfehler auf Störungen bei Leitungen oder Steckern zurückzuführen sind. Typische Ursachen dafür können Bewegungen und Vibrationen sein, aber auch Kühl- oder Schmiermittel sowie Feuchtigkeit und aggressive Medien. Ein Switch mit entsprechenden Überwachungsfunktionen ist sehr hilfreich, um Fehler einfacher zu orten. Zudem ermöglicht ein permanentes Monitoring vorbeugende Wartungsmaßnahmen. Dadurch lassen sich ungeplante Stillstände vermeiden und die Maschinen-Verfügbarkeit steigt.
Durchgängig von der Planung bis zum Bau
Eine weitere typische Fehlerquelle in Netzwerken sind EMV-Störungen. Sie verursachen derzeit rund 15 % aller Ausfälle, Tendenz steigend. EMV-Störungen lassen Geräte schneller altern, können sie schlimmstenfalls beschädigen und stören auf jeden Fall den Datenverkehr. Abhilfe schafft hier ein EMV-Monitoring. Der Switch überwacht dazu Ableitströme permanent über das gesamte Frequenzspektrum (20 kHz), macht so Ursachen und Zusammenhänge für EMV-Störungen nachvollziehbar und meldet diese rechtzeitig über eine Alarmfunktion.
Für einen Servicevertrag kann der Maschinen- oder Anlagenbauer die entsprechenden Informationen bei Bedarf aus der Ferne abfragen, was den Service effizienter macht und Reisekosten spart. Eine Temperatur- und 24-V-Überwachung komplettieren das im Switch integrierte Netzwerkmonitoring und bieten weitere wichtige Informationen für eine proaktive Instandhaltung. Ebenfalls sinnvoll in diesem Zusammenhang ist oft ein Umfeld-Monitoring. Ausgestattet mit zusätzlichen Sensoren, die Vibrationen, Helligkeit und Feuchte erfassen, lassen sich Fehler ebenfalls schneller finden oder den Ursachen proaktiv begegnen, um die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen.
Unmanaged Switches leiten die Daten nur weiter
Da die Anforderungen an die Switche recht unterschiedlich sind, hat Indu-Sol eine neue Switch-Serie mit Premium, managed und unmanaged Varianten entwickelt, die sowohl den Anforderungen nach Funktionalität, Mehrwert und Kosteneffizienz gerecht werden. Dabei liefert das Unternehmen nicht nur managed und unmanaged Switches, sondern differenziert sie durch Funktionalität und Preis. Dementsprechend erfasst die Premium-Variante alle oben genannten Zustandsdaten des Netzwerks, während es die Basic-Variante ohne diese Zusatzfunktionen, aber mit der gleichen Performance gibt. Für einfache Anwendungen stehen auch kostengünstige unmanaged Switches zur Verfügung, die Daten lediglich weiterleiten. Das heißt, sie können weder Netzwerkinformationen monitoren, noch Anomalien aufspüren, die die Stabilität des Netzwerks stören.
Lieferbare Industrie-Switche
Da die Auswahl nach Performance-Anforderungen entscheidend ist für einen zuverlässigen Datenverkehr im Netzwerk, bietet Indu-Sol auch Beratung und Service von der Planung und Auslegung bis hin zur permanenten Überwachung industrieller Netzwerke und der Schulung von Mitarbeitern an. Mit der Netzwerkplanungssoftware Pronetplan lassen sich zudem Leistungsanforderungen an die Infrastruktur simulieren und die Netzwerkstruktur nach individuellen Bedürfnissen gestalten, was die Auswahl der passenden Switches deutlich erleichtert.
