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Was ist Ethernet?

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Ethernet ist eine Netzwerktechnologie, die erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen und später als IEEE 802.3 im Jahr 1983 standardisiert wurde.

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Ethernet ist eine Netzwerktechnologie, die erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen und später als IEEE 802.3 im Jahr 1983 standardisiert wurde. Dieser vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) definierte Standard spezifiziert die physikalische und die Datenübertragungsschicht von Ethernet. Ethernet ermöglicht die Verbindung und Kommunikation von Computern und Geräten in lokalen Netzen (LANs) und Weitverkehrsnetzen (WANs).

Die Hauptfunktion von Ethernet besteht darin, dass die an das Netz angeschlossenen Geräte Daten austauschen können. Stellen Sie sich ein Szenario vor, in dem sich viele Menschen gleichzeitig unterhalten; die Gespräche wären chaotisch und schwer zu verfolgen. In ähnlicher Weise können Datenpakete, die gleichzeitig über ein gemeinsames Ethernet-Kabel übertragen werden, kollidieren und Verwirrung stiften. Ethernet-Protokolle regeln die Datenübertragung, um solche Konflikte zu vermeiden und eine regelmäßige und effiziente Kommunikation zu gewährleisten.

Was ist industrielles Ethernet?

Industrial Ethernet ist eine spezielle Form von Ethernet, die für die anspruchsvollen Anforderungen von Industrieumgebungen entwickelt wurde. Es wurde speziell für Automatisierungs- und Steuerungssysteme in der Produktion entwickelt und hat sich als führende Netzwerktechnologie in den Fabriken weltweit etabliert.

Anforderungen wie Echtzeitkommunikation, niedrige Latenzzeiten und deterministisches Datenrouting sind in industriellen Umgebungen entscheidend. Industrial Ethernet verwendet speziell entwickelte Protokolle, um in diesen rauen Umgebungen erfolgreich zu sein. Es gibt etwa 20 industrielle Ethernet-Protokolle, aber fünf der gängigsten sind EtherCAT, EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP/IP und POWERLINK.

5 gängige industrielle Ethernet-Protokolle

1. EtherCAT

EtherCAT, eine Abkürzung für Ethernet for Control Automation Technology, wurde 2003 von Beckhoff eingeführt. Es nutzt die Master-Slave-Architektur und zeichnet sich durch seine "on-the-fly processing"-Fähigkeit aus. Jeder Knoten (Slave-Gerät) packt die relevanten Daten aus und überträgt sie gleichzeitig; dadurch werden Effizienz und Geschwindigkeit deutlich erhöht.

2. EtherNet/IP

EtherNet/IP wird von der Open Device Vendors Association (ODVA) unterstützt und von Rockwell Automation übernommen und basiert vollständig auf dem Ethernet-Protokoll. Es verwendet das Common Industrial Protocol (CIP) für universelle industrielle Automatisierungsdienste. EtherNet/IP unterstützt eine unbegrenzte Anzahl von Knoten, da es an Standard-Ethernet und Switches angeschlossen werden kann, aber seine Echtzeit-Kommunikationsfähigkeiten sind etwas eingeschränkt.

3. PROFINET

PROFINET wurde in den frühen 2000er Jahren von Mitgliedern von Siemens und Profibus entwickelt und ist eine gemeinsame industrielle Ethernet-Lösung. Es hat drei Klassen: CC-A (Basis-Echtzeit), CC-B (unterstützt zusätzlich das Simple Network Management Protocol) und CC-C (PROFINET IRT, das Echtzeit-Datenänderungen mit Zykluszeiten von weniger als 1 ms ermöglicht). PROFINET ist vielseitig und eignet sich für eine Vielzahl von Automatisierungsaufgaben, von Arbeitssystemen bis zur Bewegungssteuerung.

4. Modbus TCP/IP

Modbus wurde aus dem Feldbus Modbus RTU entwickelt und kombiniert TCP/IP, Ethernet, TCP/IP-Standards und Modbus-Datenübertragungsverfahren. Es arbeitet nach dem Master-Slave-Modell (Client-Server), bei dem nur das Master-Gerät Abfragen initiieren kann. Obwohl Modbus TCP/IP weit verbreitet ist, ist es nicht für die Echtzeitkommunikation ausgelegt.

5. POWERLINK

POWERLINK wurde von B&R entwickelt und ist ein industrielles Echtzeit-Ethernet-Protokoll, das mit IEEE 802.3 konform ist. Die flexible Netzwerktopologie bietet Hot-Plugging- und Cross-Connect-Funktionen. Durch die Verwendung von Polling- und Zeitzonenmethoden unterstützt es verschiedene industrielle Automatisierungskomponenten, wobei jeweils nur ein Knoten Daten übertragen kann.

Industrielles vs. kommerzielles Ethernet

Während kommerzielles Ethernet in Privathaushalten und Büros allgegenwärtig ist, weist industrielles Ethernet deutliche Unterschiede auf, die auf die Bedürfnisse der Industrie zugeschnitten sind.

- Standards und Protokolle: Kommerzielles Ethernet verwendet im Allgemeinen den IEEE 802.3-Standard. Im Gegensatz dazu stützt sich industrielles Ethernet auf spezielle Protokolle wie EtherNet/IP, EtherCAT und andere, um die Anforderungen der Industrie zu erfüllen.

- Netzwerkgeschwindigkeit: Industrielles Ethernet arbeitet im Vergleich zu kommerziellem Ethernet in der Regel mit niedrigeren Geschwindigkeiten. Dies liegt daran, dass in industriellen Netzwerken Steuerungs- und Automatisierungsdaten Vorrang vor Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungen haben.

- Stabilität, Verlässlichkeit und Sicherheit: Industrielle Ethernet-Komponenten sind so konzipiert, dass sie rauen Bedingungen wie Staub, Chemikalien, Vibrationen, extremen Temperaturen und elektromagnetischen Störungen standhalten. Diese Robustheit steht im Gegensatz zu kommerziellem Ethernet, das solchen Umgebungen oft nicht standhält.

- Kommunikation in Echtzeit: Im Gegensatz zu kommerziellem Ethernet muss industrielles Ethernet die Datenverteilung in Echtzeit ermöglichen. Dies ist entscheidend für Anwendungen wie Automatisierungs- und Steuerungssysteme, bei denen Daten in präzisen Zeitintervallen für eine genaue Steuerung übertragen werden müssen.

Stellen Sie sich Industrial Ethernet als die unsichtbare Kraft hinter verschiedenen industriellen Prozessen vor. Es spielt eine wichtige Rolle in der Fabrikautomatisierung, bei Steuerungssystemen, in der Robotik, im Transportwesen und sogar in der Öl- und Gasindustrie. Diese Technologie lässt sich nahtlos in die Industrie 4.0 integrieren und ermöglicht eine effiziente Datenübertragung und Konnektivität für eine fortschrittliche Automatisierung. Mit seinem robusten Design und seiner erhöhten Kompatibilität ist das industrielle Ethernet auch in Zukunft für eine kontinuierliche Entwicklung bereit.