Hochverfügbare Prozessdatennetze
Unter Industrial Ethernet werden im Allgemeinen alle Bestrebungen zusammengefasst, in der industriellen Fertigung und ähnlichen Bereichen den Ethernet-Standard für die Vernetzung von Systemen zu nutzen. Ethernet wird fast überall im LAN-Bereich eingesetzt, daher ist es zur Vereinfachung der Netzstrukturen und –übergänge interessant, mit Industrial Ethernet den Produktionsbereich in das vorhandene LAN mit einzubeziehen. Damit sind auch alle Informationen direkt verfügbar, die für die Steuerung und Kontrolle von Produktionsprozessen benötigt werden. Glasfaser, CAT-x , Kupfer-Doppeladern oder Funk (Mobilfunk, WLAN) werden als Übertragungsmedien genutzt.
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Industrial Ethernet wird in vielen Szenarien eingesetzt:
• Produktion (Fertigung, Automatisierung …)
• Energieversorgung (Stationsvernetzung, Erneuerbare Energien, Smart Grid …)
• Verkehrsbetriebe (Schienen , Bus, Flughafen, Schifffahrt )
• Bergbau
• uvm.
Heute existieren neben Switches, Hubs und Medienkonvertern auch Produkte, die Aspekte wie Mobilität oder Sicherheit in diesen Bereich bringen. Alle Geräte müssen natürlich an industrielle Umgebungsbedingungen angepasst sein. Dies betrifft beispielsweise
• die Befestigung auf einer DIN Hutschiene,
• Wechselstrom- und Gleichstrom-Spannungsversorgung (z.B. 24 V DC),
• redundante Netzteile,
• ein erweiterter Betriebstemperaturbereich,
• die Schutzart (Schutz gegen Staub, Spritzwasser, Explosionsschutz usw.),
• Vibrationsfestigkeit und
• eine erhöhte Verfügbarkeit des Gesamtsystems z.B. durch den Verzicht auf bewegliche Teile.
Industrial Ethernet Netze werden häufig in Ringen realisiert, um jeden Störfall auf maximal einen Switch zu begrenzen. Eine hohe Verfügbarkeit des Netzwerkes wird durch geeignete Redundanz-Protokolle gewährleistet. Fällt eine Leitung oder eine Netzwerkkomponente aus, kann das restliche Netzwerk weiterarbeiten. Die Rekonfiguration im Ring erfolgt entweder durch Rapid Spanning Tree (RSTP) oder durch normierte Ring Redundanz Protokolle wie z.B. G.8032, MRP (IEC62439) mit schnellen Umschaltzeiten. Neue Redundanz Mechanismen wie PRP oder HSR erlauben eine unterbrechungsfreie Umschaltung im Fehlerfall.
Viele verschiedenartige Daten müssen im Industrial Ethernet übertragen werden, neben den Ethernet-basierenden Protokollen wie DNP3, ProfiNet IO, IEC 60870-5-104, Modbus TCP usw. bieten einige Systeme auch die Möglichkeit der Übertragung der immer noch weit verbreiteten seriellen Datenkommunikation (V.24,X.21,…) über Ethernet.
Stuxnet & Co zeigen, dass industrielle Netzwerke gezielt angegriffen werden. Datenverlust oder Datenmanipulation kann in industriellen Netzwerken gravierende Folgen haben, so dass der Schutz der Daten vor unterschiedlichen Angriffsszenarien von außen und von innen notwendig ist:
• Security Vorgaben der Behörden müssen erfüllt werden
• Aufgrund großflächiger Vernetzung müssen die Daten häufig auch über öffentliche Netzwerke übertragen werden, dabei ist eine Verschlüsselung der Daten notwendig (VPN Tunnel)
• Zugang zum Netzwerk muss abgesichert werden (Authentifizierung der User am Port)
• Auch innerhalb des Netzes muss der Datenverkehr kontrolliert und gesichert werden
Mobilität wird auch im Umfeld des Industrial Ethernet immer wichtiger. Verbindungsprobleme, wechselnde Übertragungsqualität und fehlende Standards sprachen gegen den Einsatz von Wireless LAN für die Industrieumgebung. Mit den richtigen Komponenten und einer sorgfältigen Planung sind aber auch diese Aufgaben in modernen Netzwerken lösbar.
