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Ethernet
Ethernet ist eine Datenübertragungstechnik für kabelgebundene Netzwerke und der Standard zur Übermittlung von Datenpaketen in lokalen Heim- oder Büro-Netzwerken (LAN, Local Area Network).
Innerhalb eines solchen Netzwerks können alle angeschlossenen elektronischen Geräte wie Computer, Drucker und Server über LAN-Kabel miteinander kommunizieren.
Daten werden über Ethernet gesendet und empfangen. Ethernet funktioniert nicht kabellos wie WLAN, sondern nur kabelgebunden. In vernetzten Industrieumgebungen bietet kabelgebundenes Ethernet gegenüber der alternativen Vernetzung über WLAN (Wireless Local Area Network) eine deutlich gesteigerte Übertragungsgeschwindigkeit sowie eine zuverlässige Übertragungsstabilität.
Die US-amerikanische Arbeitsgruppe IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) hat das Ethernet-Netzwerkprotokoll sowie den Aufbau seiner Pakete mit der IEEE-Spezifikation 802.3 definiert und standardisiert.
Die Relevanz von Ethernet
Die Anfänge des Ethernet-Standards liegen in den 70er Jahren. Damals war jedoch nur eine sehr geringe Übertragungsrate möglich. In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Datenübertragungstechnologie stetig weiterentwickelt, sodass heutzutage Geschwindigkeiten von bis zu 10.000 Mbit/s bzw. 10 Gbit/s erreichbar sind. Dann ist auch vom sogenannten Gigabit-Ethernet die Rede.
Als Industrie 4.0 und das Internet of Things aufkamen, war der Moment gekommen, um die Möglichkeiten der Datenübertragung weiterzuentwickeln. Diese neue Wirtschaftsumgebung forderte, dass Informatiksysteme von Gebäude- und Büronetzwerken mit den industriellen Maschinennetzwerken verschmelzen. Das veränderte die Art der Kommunikation und damit die Anforderungen an die Datenübertragung.
Es zeigte sich schnell, dass die Eigenschaften des klassischen Ethernets aus dem Gebäudeverkabelungsbereich für industrielle Umgebungen nicht mehr ausreichend waren.
Was ist was: Ethernet vs. Industrial-Ethernet
Industrial-Ethernet ist der Nachfolger des herkömmlichen LAN-Ethernets aus dem Büro und wird primär für die Datenkommunikation in der industriellen Fertigung eingesetzt. Das hat auch gute Gründe: Es bietet eine nahtlose Netzinfrastruktur und das in Echtzeit. Die Einsatzgebiete sind vielfältig und reichen inzwischen von der Feldebene über die Steuerungsebene bis hin zur Unternehmensleitebene (Manufacturing Execution System [MES] für die Auftragskoordination und Enterprise Ressource Planning [ERP] für die Materialplanung).
Dabei umfasst die Industrial-Ethernet-Technologie einen sehr grossen Adressraum. Mit IPV6-Adressierung können Netzwerke mit nahezu unbegrenzter Teilnehmerzahl realisiert werden. Grosse Datenmengen können gleichzeitig mit hohen Geschwindigkeiten von bis zu 40 Gbit/s per Kupfer übertragen werden. Dies gilt ebenfalls für die Datenkommunikation über grosse Entfernungen: Mittels Lichtwellenleitern können im Vergleich zu Kupferleitern Distanzen bis zu 80 km überbrückt werden. Über Switche und Router lassen sich Netzwerke einfach erweitern und segmentieren.
Vorteile des Industrial-Ethernet gegenüber der Feldbus-Technologie
Feldbusse sind Bussysteme, die in der Feldebene zum Einsatz kommen, um Sensoren und Aktoren zum Informationsaustausch mit einem Steuerungsrechner zu verbinden. Ihren Ursprung haben Feldbusse in der Fertigungstechnik. Dort werden sie noch immer vorrangig eingesetzt.
Wenn es nun um Automatisierung geht, spielen sich Kommunikationsprozesse meist auf mehreren Ebenen ab. Industrial-Ethernet kommt in der industriellen Automatisierung immer dann zum Einsatz, wenn die Funktionalitäten der Feldbusse nicht mehr ausreichen. Denn die Vorteile des Industrial-Ethernets sind:
- Vernetzungsmöglichkeit über mehrere Ebenen der Automatisierungspyramide
- Deutlich schnellere Datenübertragung
- Bessere Echtzeiteigenschaften
- Höhere technische Leistung
- Übertragung grösserer Datenmengen
- Integration von Safety-Protokollen
Verbindung zu drahtlosen Netzwerken möglich
Beim Wireless LAN werden Daten innerhalb eines Netzwerks kabellos mittels Funktechnologie übertragen. Auch im industriellen Bereich halten intelligente Funklösungen immer weiter Einzug. Das Resultat ist ein komplexes, dynamisch gestaltetes Funkfeld.Die Datenübertragung zwischen kabellosen und kabelgebundenen Netzwerken ist möglich; WLAN und Ethernet können also miteinander kommunizieren.
Vorteile der Funktechnologie
- Verbindung von beweglichen Netzwerkteilnehmern mit stationären Teilnehmern
- Verbindung zu rotierenden Teilnehmern wie Karussells oder Kränen
- Aufbau von Funkbrücken über Gebäudegrenzen oder Gewässer hinweg
- Kommunikation mit schwer zugänglichen Teilnehmern
Nachteile der Funktechnologie
- Funkwellen werden an Hindernissen gebeugt
- Funkwellen werden an Hindernissen reflektiert
- Funkwellen können beim Hindurchgehen geschwächt werden
- Funkwellen können unberechtigt eingefangen und genutzt werden
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