Industrielle Netzwerke so gestalten, dass sie stets einfach zu diagnostizieren sind

Eine Herausforderung, der sich Ingenieure seit den Anfängen von Steuerungssystemen stellen müssen, ist die Planung für die Zukunft. Wenn Sie sich festgelegt haben, könnten Sie in einer Versandanlage ein kleines Ethernet-System eingesetzt haben und zehn Jahre später noch immer am selben anlagenweiten System arbeiten. Oder Sie befinden sich am anderen Ende des Spektrums. Ich möchte nur ungern in einer Anlage ankommen, deren Netzwerkaufbau mangelhaft ist und in der Fehler aus zehn Jahren korrigiert werden müssen.

Wie planen wir für die Zukunft unserer Anlagen? Welche Schritte können wir unternehmen, um die Voraussetzungen für unseren Erfolg zu schaffen? Dies ist keine vollständige Liste, aber ich kann einige Erkenntnisse aus Problemen teilen, die ich selbst erlebt und anschließend beheben musste.

 

Schulung und Wissen erwerben

Wenn Sie diesen Artikel lesen, befinden Sie sich bereits bei diesem Schritt – aber hören Sie keinesfalls hier auf. Dieses Thema steht aus gutem Grund an erster Stelle meiner Liste: Es ist das Wichtigste. Ich arbeite hauptsächlich mit Allen Bradley, daher wäre es für mich sehr vorteilhaft, einen AB-Kurs zu den Grundlagen von Netzwerken (CCP184-EL) zu finden. Vielleicht verwenden Sie Siemens-SPS oder eine der SPS-Familien von Automation Direct. Versuchen Sie, nach Möglichkeit eine Schulung zu finden, die speziell zu Ihnen und Ihrer Ausrüstung passt. Die Vertrautheit mit der Hardware, die Sie dabei erlangen, wird Ihnen sehr helfen.

 

Abbildung 1. Eine auf Ihr spezifisches Netzwerk zugeschnittene Schulung kann von unschätzbarem Wert sein. Bild mit freundlicher Genehmigung von Rockwell Automation

 

Es gibt unzählige verschiedene Schulungen, aus denen Sie wählen können, aber nicht alle vermitteln Ihnen Kenntnisse über industrielle Anwendungen. Einen Automatisierungsdistributor mit einem Kurs zu finden, kann sehr hilfreich sein, da er versteht, wie automatisierte Anlagen funktionieren. Wenn Sie sich beraten lassen und Ihre Anlage wie ein Rechenzentrum ausschließlich mit IT-Hardware aufbauen, könnten Sie später in Schwierigkeiten geraten. Versuchen Sie, Ihr Wissen von Menschen aus Ihrer Branche zu beziehen. Bauen Sie ein Telekommunikationszentrum nicht wie ein Sägewerk auf – und umgekehrt sollten Sie ein Sägewerk nicht wie ein Telekommunikationszentrum aufbauen.

 

Netzwerksegmentierung

Netzwerksegmentierung bezeichnet die Aufteilung eines Netzwerks und seine Isolierung von anderen Bereichen desselben Netzwerks. Stellen Sie sich das wie eine Schule vor. Eine einklassige Schule (ein einziges Netzwerk für alles) funktioniert gut, wenn die Schule nur zwölf Schüler hat. Bei 400 Schülern stellen Sie schnell fest, dass Sie sie segmentieren und auf verschiedene Klassenräume verteilen müssen, weil sonst alle durcheinanderreden und es viel zu lange dauern würde, bis jeder zu Wort kommt, Ideen austauscht und auf Anfragen reagiert.

Diese Segmentierung umzusetzen, wird Zeit und unterschiedliche Sichtweisen erfordern. Hier ist ein Beispiel: Ich arbeite in Sägewerken, in denen Holz von einer Bearbeitungsmaschine zur nächsten transportiert wird. Jedes Maschinenzentrum verfügt über eine zentrale SPS, die es steuert. Gelegentlich gibt es mehrere SPS in einem Maschinenzentrum, aber nur eine zentrale SPS. In unseren Sägewerken ist es sinnvoll, die Netzwerke zu segmentieren und jedem Maschinenzentrum einen eigenen Netzwerkbereich (ein Subnetz) zuzuweisen.

 

Abbildung 2. Netzwerksegmentierung kann Subnetze umfassen, um Funktionen, physische Bereiche oder Maschinenzentren voneinander zu trennen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Control.com

 

Eine andere Anwendung könnte eine Anlage sein, in der viele kurze Montagelinien ein Produkt von Anfang bis Ende fertigen. Für diese Anlage könnte es sinnvoll sein, das Netzwerk mit einem Subnetz pro Linie zu segmentieren. Lassen Sie sich Zeit und arbeiten Sie mit mehreren sachkundigen Personen zusammen, um sicherzustellen, dass der Plan langfristig Bestand hat.

 

Routing und Backbone-Infrastruktur

Wenn Ihr Netzwerk gut segmentiert ist, können die Geräte in einem Subnetz nicht in andere Subnetze gelangen und diese mit Datenverkehr überlasten. In meinem Beispiel mit dem Sägewerk habe ich ein Segment für meine vorgelagerte Maschine beschrieben, durch das ihr Datenverkehr von der nachgelagerten Maschine isoliert werden konnte. Was aber, wenn diese vorgelagerte Maschine eine sehr wichtige Information hätte, die jedes Mal an die nachgelagerte Maschine gesendet werden müsste, wenn ein Brett von einer Maschine zur anderen gelangt? Dann wäre eine Route erforderlich!

Das Routing eines Netzwerks geht Hand in Hand mit der zuvor besprochenen Segmentierung. Das Routing eines Netzwerks ist im Wesentlichen eine Karte. Es handelt sich um eine Tabelle oder eine Gruppe von Tabellen, die in Managed Switches gespeichert sind und diesen mitteilen, wohin sie Datenverkehr senden müssen, wenn dieser das Subnetz verlassen soll. Diese Managed Switches sind in der Regel Bestandteil Ihrer Backbone-Netzwerkinfrastruktur. Entweder bilden sie – wie unten abgebildet – ein eigenes Backbone für die Betriebstechnik (OT), oder sie sind an ein herkömmliches IT-Backbone angebunden.

 

Abbildung 3. Managed Switches verbinden jedes Subnetz mit einem Netzwerk-Backbone. Bild mit freundlicher Genehmigung von Control.com

 

Ob Sie sich an ein IT-Backbone anbinden oder ein eigenes aufbauen, liegt bei Ihnen und Ihrer IT-Abteilung. Bei Unternehmen mit einer größeren Infrastruktur ist es üblich, dass bereits ein Netzwerk vorhanden ist, das vom IT-Team betrieben wird.

 

Als ein Team mit einem gemeinsamen Ziel arbeiten

Es ist wichtig, mit Ihrem IT-Team zusammenzuarbeiten, um sicherzustellen, dass Sie die notwendigen Schritte unternehmen, damit Ihr Netzwerk sicher bleibt und den geltenden Unternehmensrichtlinien entspricht. Die Zusammenarbeit mit der IT als OT-Fachkraft kann Ihnen außerdem ermöglichen, den IT-Mitarbeitern die Unterschiede zwischen IT- und OT-Netzwerken näherzubringen.

Eine gute, von gegenseitigem Respekt geprägte Beziehung kann den Weg dafür ebnen, dass Sie von einer IT-Gruppe umfassend unterstützt werden! Möglicherweise kann sie sogar neue Regeln und Standardarbeitsanweisungen (SOPs) einführen, die einen effizienteren Betrieb Ihrer Fertigung ermöglichen.