Warum hybride Datennetze die digitale Automatisierungstechnik voranbringen und als erste Infrastrukturmaßnahme umgesetzt werden sollten.
Inhaltsverzeichnis:
IT-Technologie für die Digitalisierung
Hybride Datennetzwerke für die Automatisierung – eine logische Entwicklung der Technologie oder ein neuer Hype?
Fazit
Warum hybride Datennetze für die Automatisierung?
Fazit
Hybride Datennetze sind das Herz der Digitalisierung, denn Sie bilden die Basis der Infrastruktur auf der die digitalen Prozesse laufen!
IT-Technologie für die Digitalisierung
Digitalisierung heißt, dass Prozesse mittels Daten halb- oder vollautomatisch gesteuert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, sind für die Technik verschiedene Punkte zu beachten
So geht's:
Dafür müssen Infrastrukturen vorhanden sein, auf denen die großen Datenmengen übertragen werden. Die Art des Transportes soll schnell, sicher und von möglichst jedem Ort aus möglich sein.
Die Transportstrukturen an den eingebundenen Systemen müssen an die benötigten Bandbreiten angepasst sein (Beispiel ein Bahncontainer passt nicht auf einen Kleintransporter).
Heute sind bereits große Teile in Unternehmen durch IT-Netzwerkstrukturen erschlossen. Meist ist jedoch außerhalb des Büros und in den produzierenden Bereichen die Netzwerkinfrastruktur unzureichend. Effizienz kann nur mit moderner Infrastruktur erreicht werden.
Die richtige digitale Infrastruktur bildet auch hier die Basis für alle darauf aufbauenden Steuerungs- und Informationssysteme.
Hybride Datennetzwerke für die Automatisierung – eine logische Entwicklung der Technologie oder ein neuer Hype?
Was ist ein Hybrides Netzwerk? Ein hybrides Netzwerk ist ein reines Transportnetz für Daten und nutzt die 3 Medien Kupfer, Glasfaser und Luft (Funk) als Transportwege. Das Ziel ist die Erschließung jedes beliebigen Ortes im Unternehmen mit Netzwerk-Konnektivität, möglichst auch mobil. Dabei sind vor allem die Funknetzwerke die entscheidende Komponente. Ohne sie wäre keine mobile Kommunikation möglich und entfernte Standorte könnten nicht direkt in das Netz eingebunden werden.
Dieses Transportsystem überträgt alle Informationen zu jedem Ort in extrem kurzer Zeit. Dadurch können Informationen in „Echtzeit“ verarbeitet werden. Die hybride Struktur hat ein einheitliches Transportprotokoll – das Ethernet, welches das mit Abstand am häufigsten verwendete Protokoll für alle lokalen Netzwerke ist (Local Area Network) Die einheitliche Ethernet-Schnittstelle ermöglicht eine größtmögliche Standardisierung aller beteiligten Komponenten.
In hybriden Datennetzen werden keine öffentlichen Netze mit ihren Sicherheitsrisiken und Bandbreitenbegrenzungen genutzt. Dadurch erhält das Netzwerk eine durchgängige hohe Bandbreite bis zu jedem Endpunkt.
Fazit
Digitalisierung heißt, dass Prozesse mittels Daten halb- oder vollautomatisch gesteuert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, sind für die Technik verschiedene Punkte zu beachten:
Nur ein Hybrides Datennetz erfüllt die Voraussetzungen, um die Netzwerkanschlüsse für alle Bereiche im Unternehmen zugänglich zu machen und optimal und wirtschaftlich an beliebige Systeme anzubinden. Die hohe Performance und Sicherheit bringt die erforderliche Flexibilität und Nachhaltigkeit.
Was ist Automatisierung? Aristoteles hat bereits im 4. Jahrhundert vor Christus in seiner staatsphilosophischen Schrift „Politik“ gesagt:
Wenn jedes Werkzeug auf Geheiß, oder auch vorausahnend, das ihm zukommende Werk verrichten könnte, wie des Dädalus Kunstwerke sich von selbst bewegten oder die Dreifüße des Hephästos aus eignem Antrieb an die heilige Arbeit gingen, wenn so die Weberschiffe von selbst webten, so bedürfte es weder für den Werkmeister einen Gehilfen noch für die Herren die Sklaven.
Diese Überlegungen, die auch heute noch Gültigkeit haben, zeigen bereits die positiven Auswirkungen einer Automatisierung auf. Ähnlich definiert die DIN V 19233 die Automatisierung als
Das Ausrüsten einer Einrichtung, so dass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitet.
Damit dies im industriellem Umfeld möglich werden kann, müssen Produktiosgeräte an ein System angeschlossen werden, das Daten erfasst, verarbeitet und Steuerungsdaten ausgibt. Die treibende Kraft ist der Druck zur Steigerung von Flexibilität, Effizienz und Produktivität, die die industrielle Automatisierung schon immer durchdrungen haben.
Nach Umsetzung der industriellen Mechanisierung im 18. und bis Anfang des 19. Jahrhunderts wurde begonnen nach und nach viele Bereiche der Produktion und der Bürokommunikation zu automatisieren. Dann hat die im 20. Jahrhundert einsetzende Digitalisierung einen enormen Wandel in der Wirtschaft in Gang gebracht. Die Steuerungsprozesse innerhalb der Betriebe haben an Bedeutung stark hinzugewonnen, da ihre Optimierung in einem früher völlig ungeahnten Maße betrieben werden kann. Digitale Steuerungsprozesse haben, insbesondere in größeren Firmen, beinahe alle Aufgaben übernommen. Heute spricht man von einer vierten industriellen Revolution (Industrie 4.0). Durch die digitale Kommunikation zwischen den verschiedenen Geräten wird die Logistik erheblich erleichtert und Abläufe werden schneller und effizienter.
Warum hybride Datennetze für die Automatisierung?
Nur mit flexiblen und modular erweiterbaren Strukturen können die notwendigen Automatisierungsmaßnahmen in einer angemessenen Zeit umgesetzt werden. Die hybride Erweiterung der vorhandenen Netzwerkstrukturen bietet besonders wirtschaftliche und zeitnahe Umsetzungsmöglichkeiten.
Die einheitliche Ethernet-Schnittstelle bietet ideale Konnektivität für fast alle Sensoren, Aktoren oder SPS-Systeme (Beispiel: Siemens Profinet-Bus).
Lassen sich die Funk-Komponenten eines hybriden Datennetzes mit 5G realisieren?
Durchaus – vorausgesetzt, man hat ein privates 5G-Netzwerk erstellt. Ein von Providerseite betriebenes 5G-Netz kann nur einen Teil der Anforderungen an ein skalierbares System mit durchgängig hoher Bandbreite und der individuellen örtlichen Verfügbarkeit erfüllen.
Dazu kommen noch weitere Restriktionen auf Providerseite:
Problemstellung des Wechsels zu einem öffentlichen Netz Problem der direkten Integration über Ethernet! Skalierbare und bezahlbare Bandbreiten!
Unser Vorschlag:
Wenn 5G, dann ein eigenes privates 5G-Netz, das Bestandteil des hybriden Datennetzes ist.
Alle Fachleute sind sich einig:
Zuerst sollte die Basis für Digitalisierung geschaffen werden. Die Menschen (Unternehmen) müssen sich ein entsprechendes „Mindset“ (Unternehmenskultur) aneignen. Dann muss die passende IT-Infrastruktur geschaffen werden. Danach sind die weiteren Schritte auf Prozessebene erst möglich.
Die wichtigsten Eigenschaften der hybriden Datennetze
Performance und Sicherheit
Im eigenen Netzwerk kann ich durch die Auswahl der entsprechenden Komponenten selbst die Performance bestimmen. Die Kontrolle über ein eigenes Netz bietet naturgemäß auch eine deutlich höhere Sicherheit, als wenn fremde (z.B. öffentliche) Netzsegmente beteiligt sind.
Skalierbarkeit und Integrationsfähigkeit Im Unternehmen und bei entfernten Standorten wird noch auf UMTS oder LTE für mobile Anbindungen zurückgegriffen. Diese Netze bieten leider meist nur in Ballungsgebieten ausreichend Leistung, jedoch in ländlichen Bereichen, wo sich oft die Standorte des Mittelstandes befinden, sind diese entweder gar nicht oder mit viel zu geringer Leistung verfügbar. Einen besseren Lösungsansatz bieten also private Funknetzwerke. Diese können sowohl auf dem Betriebsgelände als auch zwischen den einzelnen Standorten schnelle und zuverlässige Verbindungen herstellen. Die Skalierbarkeit der benötigten Leistung einem eigenen Netz kann genau an die Bedürfnisse des Unternehmens angepasst werden. Auch die Verfügbarkeit kann nach Bedarf relativ einfach erhöht werden (z.B. Redundanzen mit automatischer Umschaltung).
Wir haben bei Versorgungsunternehmen und für Industriebetriebe solche Konzepte erfolgreich umgesetzt.
Beispiel: Rund 30 Standorte Rückhaltebecken, Kläranlage und die Mess- und Steuerungs-Einheiten entlang der Transportwege des Abwassers wurden über ein privates Funknetzwerk zu einem Netzwerk mit einheitlicher Ethernet-Struktur zusammengeführt. Über dieses Netz ist die Leitstelle mit allen Standorten in Echtzeit verbunden, wo Technik ferngesteuert wird und Sensoren ausgelesen werden. Sämtliche Steuerungsprozesse laufen so über einheitliche Schnittstellen in einem eigenen Netz ohne externe Provider. Da die Übertragungskapazitäten recht groß sind (300 Mbit/s), können künftig auch weitere Bandbreiten-intensive multimediale Dienste in diesem Netz übertragen werden.
Wie Funknetze die räumlichen Grenzen des Kabels überwinden
Datenübertragung über Kupferkabel mit hohen Geschwindigkeiten ist in der Reichweite sehr begrenzt.
Beispiel: 1 Gigabit bis maximal 90 Meter; 10 Gigabit bis maximal bis 30 Meter. Die Reichweite der Übertragung in Glasfasernetzen ist fast unbegrenzt. Meist existieren im Bereich der produzierenden Unternehmen nur sehr wenige Verbindungsmöglichkeiten über Glasfaserkabel. Durch die enorme Weiterentwicklung der Funktechnik ist die Einbindung von entfernten Standorten in das lokale Netzwerk über ein privates Funknetz kein Problem mehr. Wo kein Netzwerkkabel im lokalen Bereich des Unternehmens vorhanden ist, ersetzt und ergänzt heute eine Funkanbindung mit 1 Gbit/s lokale Strukturen im WLAN und im Richtfunk. Glasfaser als Alternative zu verlegen kostet ca. 100.000 Euro je km, wenn nicht Flüsse oder Bahnlinien eine Verlegung völlig unwirtschaftlich machen. Die Einbindung entfernter Standorte kann so innerhalb von wenigen Wochen erfolgen. Die Antwortzeiten (Latenzen) liegen je nach eingesetzter Funktechnik deutlich unter einer Millisekunde, was extrem kurz ist, noch besser als in den geplanten 5G-Netzen.
Hybride Datennetze der Turbo für die Automatisierungstechnik Schnittstellenvielfalt und verschiedene Übertragungswege erhöhen die Komplexität bei Automatisierungsprojekten. Hybride Datennetze aus Glasfaser, Kupferkabeln und Funksystemen, die als ausschließlichen Übertragungsweg Ethernet nutzen, reduzieren den Aufwand und vereinfachen die Integration von Low-Speed und High-Speed Anwendungen. Die Reduzierung auf einen Schnittstellenstandard vereinfacht den Betrieb, die Wartung und die Erweiterung des Netzwerkes. Mit nur einem Übertragungsstandard (Ethernet) verschwindet der Wirrwarr von Übertragungsgeräten und Schnittstellen. Dies schafft Freiraum für produktives Arbeiten und beschleunigt den Automatisierungsprozess. Somit sind die hybriden Netzwerke nicht nur Motor sondern auch Wegbereiter einer effizienten Automatisierung.
Hybride Datennetze bringen Wirtschaftlichkeit Da diese Datennetze die Reaktionszeiten verkürzen und die Arbeitsabläufe der Service-Mitarbeiter effektiver machen, können auch im Personalbereich erhebliche Kosten eingespart werden. In Verbindung mit der höheren Betriebssicherheit der technischen Systeme erreicht man somit eine hohe Wirtschaftlichkeit der Investition. Damit Ihre Investition auch nachhaltig ist, heißt es nun, die richtigen Schritte zu gehen, damit die Digitalisierung zu einer möglichst schnellen Amortisation ihrer Ausgaben führt. Mit hybriden Netzwerken schaffen Sie durch die modulare Erweiterbarkeit und Skalierbarkeit die gewünschte Nachhaltigkeit.