Uneinheitliches Meinungsbild

Die 10-Gbit-Technologie ist im IT-Umfeld bereits etabliert und zunehmend tauchen auch im industriellen Bereich die entsprechenden Infrastrukturkomponenten bis hin zu den Steckverbindern auf. Im Rahmen des Trendteils „Data & Communication" beziehen daher neben den Steckverbinder-Experten (s. S. 32) auch Vertreter der Nutzerorganisationen CLPA, EPSG, ODVA, PNO, Safety Network International, Sercos International und VNO Stellung zu diesem Thema.

elektro Automation: Für welche industriellen Applikationsbereiche sehen Sie am ehesten den Bedarf an der 10-Gbit-Ethernet-Technologie?

Eikmeier: Auch wenn es zurzeit noch keinen konkreten Bedarf an der 10-Gbit-Ethernet-Technologie gibt, sehe ich die künftigen Einsatzfelder zunächst in der Vernetzung von industriellen Leitebenen, übergeordneten Produktplanungs- und SAP-Systemen. Daneben wird es natürlich auch in der industriellen Bildbearbeitung eine Nachfrage nach hohen Bandbreiten geben.

Jones: Die 10-Gigabit-Ethernet-Technologie ist für alle Bereiche der Industrie- und Gebäudeautomation interessant, in denen große Datenmengen verarbeitet und an ein zentrales Datenerfassungssystem übermittelt werden müssen. Denn Unternehmen, die über alle Ebenen hinweg schnell und gezielt auf gesicherte Informationen zugreifen können, sind nicht nur bei der Suche nach mehr Effizienz klar im Vorteil. Moderne, modulare Fertigungskonzepte, die beispielsweise in Hochtechnologiebranchen wie der Halbleiter-, Flachbildschirm- und Automobilindustrie immer häufiger anzutreffen sind, verlangen einen schnellen Austausch großer Datenmengen zwischen den Netzwerk- und Produktionsstationen. Ein weiterer Einsatzbereich sind moderne Gebäudemanagementsysteme, die die komplette technische und betriebswirtschaftliche Verwaltung größerer Gebäudekomplexe wie Hotels, Büro- und Fabrikgebäude von einer zentralen Leitstelle aus erlauben. Hier besteht ein hoher Bedarf an effizienten Netzwerktechnologien zur Datensammlung, um neue Anwendungsfelder wie Energie- und Asset-Management zu erschließen.

Lutz: Technologien, die diese hohen Datenraten unterstützen, werden zunächst in IT-Netzwerken im Bereich LAN/WAN zum Einsatz kommen. Eine Relevanz dieser Technologien für die Vernetzung von Peripherie im Maschinen- und Anlagenbau ist aus unserer Sicht aktuell nicht absehbar.

Moebus: Grundsätzlich kann man sagen, dass mit steigender Bandbreite eines Kommunikationssystems auch die Komponentenkosten und die Empfindlichkeit in Bezug auf Installationsfehler und Störungen steigen. Das bedeutet für die Feldebene, in der E/As und Steuerungen kleine Datenmengen in schnellen Zyklen kommunizieren, dass 10- Gbit-Ethernet gegenüber 100 Mbit mehr Nachteile als Vorteile bringt. Bei 10-Gbit-Ethernet werden Kat.-7-Kabel und alle acht Adern benötigt. Bei 100 Mbit müssen nur vier Adern angeschlossen werden, kostengünstige Kat.-5-Kabel reichen aus. Die aufwändig zu installierenden fiberoptischen Kabel werden vom Anwender als Kupferersatz nicht überall akzeptiert. Performancegewinne sind eher da zu erwarten, wo große Datenmengen transportiert werden. Dies sind z.B. industrielle Bildverarbeitungssysteme oder Anwendungen im Bereich der Prozessleitsysteme. Zur Anbindung der Automatisierungsnetzwerke an die Officebackbones wird 10-Gbit-Ethernet ebenfalls eine Rolle spielen.

Schiffer: Für eine 10-Gbit-Ethernet-Technologie besteht am ehesten dort Bedarf, wo von Natur aus große Datenmengen sehr schnell transportiert werden müssen, also z.B. über unternehmensweite Backbone-Strukturen. Im direkten Bereich der Maschinenautomatisierung sehen wir auf absehbare Zeit keinen Bedarf dafür.

Schuller: Beim Wechsel von 10 Mbit/s auf 100 Mbit/s wurde die Performance nahezu verdoppelt. Die Einführung von Gigabit-Ethernet brachte nur eine geringe Performancesteigerung. Im Bereich der industriellen Bildverarbeitung mag die 10-Gbit/s- Datenübertragung durchaus sinnvoll erscheinen. Für I/O-Signale im schnellen Serienmaschinenbau benötigt Varan lediglich eine 100-Mbit-Verbindung, um alle Daten zeitsynchron zu übertragen. Eine Aufrüstung auf 10 Gbit/s würde die Gesamtkosten erheblich erhöhen und die Gesamt-Performance nur geringfügig steigern.

Wenzel: Das 100-Mbit-Standard-Ethernet ist in den Applikationen in der industriellen Automatisierung seit Jahren etabliert. Profinet-Applikationen finden sich in zahlreichen Anlagen der gesamten Breite der Fertigungsautomatisierung und zunehmend auch in der Prozessautomatisierung. Die Automatisierungsaufgaben können mit dieser Ausprägung bestens gelöst werden. Die Diskussion über eine noch höhere Leistungsfähigkeit führt immer wieder auf die 10- Gbit-Ethernet-Technologie. Zielapplikationen liegen hier eher bei der Übertragung von großen Datenmengen, beispielsweise Bildauswertung. Eine weitere Anwendung liegt in der Ankopplung an überlagerte Office-Systeme, um z.B. an MES-Systeme anzukoppeln. Typische E/A-Applikationen mit wenigen Bytes profitieren weniger davon.

elektro Automation: Wird das von Ihnen unterstützte Industrial-Ethernet-Protokoll von der 10-Gbit-Technologie profitieren und wie sieht hier ihre Entwicklungs-Roadmap aus?

Eikmeier: Als reine Softwarelösung, die konform zum Ethernet-Standard ist, kann Powerlink die Entwicklung direkt nutzen und bereits jetzt mit der 10-Gbit-Technologie verwendet werden. Da sich das 10-Gbit-Ethernet aber im Consumerbereich noch nicht verbreitet, ist auch die erforderliche Hardware derzeit noch sehr teuer. Somit sehen wir auch mittelfristig keinen großen Bedarf oder eine relevante Nachfrage, die wir durch eigene Entwicklungen decken müssten. Das Thema hat bei uns aktuell keine Priorität, wir versprechen uns eher langfristig einen Nutzen, da Powerlink als einziges Echtzeit-Protokoll automatisch von jeglicher Weiterentwicklung am Ethernet-Standard profitiert.

Jones: Die CLPA begrüßt die Fortschritte bei den Ethernet-Geschwindigkeiten. Bei der Einführung von CC-Link IE im Oktober 2007 haben wir uns bewusst für eine optische Datenübertragung über Glasfaserkabel entschieden. Zu der Zeit sprach man von 1- oder 10-Gigabit-Netzwerken in der Industrieautomation, aber in fünf Jahren wird man wahrscheinlich über 100-Gigabit-Netzwerke oder noch schnellere Technologien reden. Wer in CC-Link IE investiert, kann sicher sein, dass die installierten Netzwerke zukunftssicher sind, da diese Verkabelungslösung mit allen in absehbarer Zeit zu erwartenden Übertragungsgeschwindigkeiten Schritt halten kann. Und als eine in der Entwicklung offener Feldbusnetzwerke international führende Organisation wird die CLPA natürlich auch weiterhin die Anforderungen der Industrie an moderne Netzwerktechnologien erfüllen – inklusive CC-Link-IE-Varianten mit höherer Datenübertragungsgeschwindigkeit.

Lutz: Sercos III basiert auf Fast Ethernet mit 100 Mbit/s und erreicht eine Performance, die die gesamte Bandbreite von Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau abdeckt. Dies liegt am äußerst effizienten Übertragungsprotokoll, das selbst bei kürzesten Zykluszeiten noch eine ausreichende Bandbreite für den Datenaustausch von Echtzeit- und Nicht-Echtzeitdaten zur Verfügung stellt. Aus diesem Grund gibt es aktuell bei Herstellern und Anwendern der Sercos-III-Technologie keinen Bedarf, auf Gbit-Ethernet-Technologien umzusteigen. Selbstverständlich ist aus technischer Sicht ein Umstieg zu einem späteren Zeitpunkt möglich. Jedoch wird dies noch einige Jahre auf sich warten lassen.

Moebus: Das Besondere an Ethernet ist, dass es sich so rasant weiterentwickelt. Wir möchten, dass Safetynet-p-Anwender von diesem Fortschritt profitieren können. Daher werden neue Technologien ständig auf Anwendbarkeit geprüft. Bei Safetynet p muss man zwischen zwei Protokollen unterscheiden. RTFL wurde schwerpunktmäßig für die Echtzeit-Kommunikation innerhalb von Maschinen entwickelt. Hier bringt Gbit-Ethernet aufgrund der sehr hohen Protokolleffizienz von RTFL kaum Performancegewinn. Bei RTFN auf der Zellenebene können wir uns einen Performancegewinn durch höhere Übertragungsraten vorstellen. Hier prüfen wir applikationsabhängig die Anwendbarkeit.

Schiffer: Da EtherNet/IP auf standardmäßigem Ethernet mit TCP/IP und UDP/IP aufsetzt, ist es von Natur aus vollkommen unabhängig von der Bitrate des Ethernetsystems. Somit kann EtherNet/IP direkt von den Vorteilen einer derartigen Technologieerweiterung profitieren, z.B. beim Transport von EtherNet/IP-Nachrichten über eine 10-Gbit-Ethernet-Infrastruktur. Allerdings sehen wir derzeit im Bereich der Endgeräte keinerlei Bedarf für eine 10-Gbit-Ethernet-Technologie, sodass keinerlei Entwicklungsanstrengungen in diesem Bereich zu erwarten sind.

Schuller: Mit Varan ist aktuell nicht einmal eine 1-Gbit/s-Datenübertragung erforderlich, da bereits mit der scheinbar „veralteten" Technologie von 100 Mbit/s alle Bedürfnisse der heutigen Automatisierung vollends abgedeckt werden können. Die Zykluszeiten liegen unter 100 µs, womit sich auch hochdynamische Applikationen im Maschinenbau perfekt umsetzen lassen. Natürlich kann man bei Varan ohne Protokolländerung auf die Gbit-Technologie umsteigen. Jedoch werden alle mit der Kommunikation verbundenen Komponenten erheblich teurer. Also profitieren in erster Linie die Hersteller von Komponenten der Gigabit-Ethernetphysik. Ob der hochgepriesene Performancegewinn zukünftig wirklich erreicht werden kann, lässt sich aus heutiger Sicht nicht beurteilen.

Wenzel: Profinet setzt auf 100-Mbit-Standard-Switched-Ethernet mit den Eigenschaften Voll-duplex-Übertragung, auto negotiation und auto crossover. Die Architektur von Profinet ist so beschaffen, dass eine Weiterentwicklung der Ethernet-Technologie leicht integriert werden kann. So kommen alle Vorteile, die sich durch eine Weiterentwicklung ergeben, auch bei Profinet zum Tragen. zg