Industrial Ethernet | Profinet, Powerlink & Co.

Das Industrial Ethernet etabliert sich als eine Erweiterung vom Standard Ethernet zunehmend in den Industrie 4.0 Umgebungen. Während die Etablierung von Feldbussen sinkt, wächst der Markt für Profinet, Ethernet/IP, Ethercat und alle anderen Industrie Netzwerke. Die zunehmenden IIoT-Anwendungen fordern allerdings immer mehr. OPC UA und TSN sollen das und die proprietäre Protokoll-Problematik lösen. Wie sich inzwischen das Industrial Ethernet weiterentwickelt, erfahren Sie hier.

Inhalt

• Industrial Ethernet – Entwicklungsstand und Trends
  • Einheitliches Steckgesicht – Profinet over SPE
  • Powerlink, Profinet & Co. heute
  • Weiteres Wachstum für Industrial Ethernet
  • Rekordwerte bei Profinet und IO-Link 2023
  • Industrielle Netzwerke für die leistungsfähige Infrastruktur 4.0
  • Profinet, IO-Link, Profisafe und Profibus Entwicklung 2019
  • Netzwerkschnittstelle für Real Time Ethernet Anschlusstechnik
  • Reibungsloser Übergang von Profibus zu Profinet
  • Mit Adapter einfach vom Profibus ins Profinet 
  • Vom Profibus fürs Profinet lernen
• Häufig gestellte Fragen

Industrial Ethernet – Trends und Entwicklungen

Aktuelle Industrial Ethernet-Lösungen sind darauf ausgelegt, in anspruchsvollen industriellen Umgebungen zuverlässig zu funktionieren, wo Störungen, Temperaturschwankungen und elektromagnetische Interferenzen immer robustere Ausführungen erfordern. Die wichtigste Eigenschaft ist aber heute die Echtzeitfähigkeit, die für Anwendungen wie Motion Control erforderlich ist. Auch die Einbindung von Industrial Internet of Things (IIoT)-Geräten ist heute wichtig, weil Sensoren und Geräte in großem Umfang vernetzt werden, damit sie Daten für Analyse, Prozessoptimierung und Maintenance bereitstellen. Die Technologie ist zudem skalierbar und kann kleine bis große Ethernet Netzwerke unterstützen. Damit stellt sie eine flexible Infrastruktur für die Maschinen und Anlagen in der Produktion bereit.

Powerlink, Profinet & Co. heute

Die unermüdliche Steigerung der Datenraten resultiert in einem Bedarf an mehr Datenübertragung und Bandbreite. Das erfordert noch höhere Ethernet-Geschwindigkeiten, insbesondere in datenintensiven Anwendungen. Cyber-Bedrohungen müssen mit erweiterten Verschlüsselungs- und Authentifizierungsmechanismen abgewehrt werden. Es gibt zudem einen Trend zur Datenverarbeitung am Rand des Netzwerks (Edge Computing) statt in zentralen Rechenzentren. Damit lassen sich Latenzzeiten reduzieren und Entscheidungen können schneller getroffen werden. Einige Industrial Ethernet-Lösungen integrieren jetzt KI-Algorithmen, um Anomalie-Erkennung, prädiktive Wartung und andere fortschrittliche Funktionen zu ermöglichen. Die Grenzen zwischen Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT) verschwimmen, da Unternehmen eine einheitliche Ethernet Netzwerk Infrastruktur anstreben, die sowohl Büro- als auch Produktionssysteme integriert.

Einheitliches Steckgesicht – Profinet over SPE

19.11.2024 | Profibus & Profinet International präsentierte auf der SPS 2024 ein einheitliches Single Pair Ethernet (SPE) Steckverbinder-System für die industrielle Automatisierung. Dieser wichtige Meilenstein bringt die Miniaturisierung mit Hilfe von SPE einen entscheidenden Schritt voran.

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Weiteres Wachstum für Industrial Ethernet

05.06.2023 | HMS Networks führt jährlich Untersuchungen zum industriellen Netzwerkmarkt durch (Bild oben), um Trends bei den neu integrierten Knoten in der Fabrikautomation zu ermitteln. Laut dem Bericht für 2023 wird erwartet, dass sich dieser Markt um 7 % erweitert. Das Industrial Ethernet setzt seinen Wachstumskurs fort und repräsentiert nun 68 % aller kürzlich eingerichteten Knoten, ein Anstieg im Vergleich zu 66 % im Vorjahr. Der Einsatz von Feldbussen sinkt auf 24 % (von 27 % im vorangegangenen Jahr). Gleichzeitig nimmt der Marktanteil von Wireless-Lösungen zu und liegt jetzt bei 8 %, gegenüber 7 % im letzten Jahr. Profinet und Ethernet/IP dominieren die Netzwerk-Hitliste jeweils mit 18 %, wohingegen Ethercat 12 % beisteuert.

Kopf an Kopf Rennen

Das Kopf-an-Kopf-Rennen zwischen Profinet und Ethernet/IP geht weiter, denn beide führen die Netzwerk-Rangliste 2023 mit je 18 % Marktanteil an. Das letztjährige Wachstum für Feldbusse war übrigens nur vorübergehend, da neue Feldbusinstallationen im Jahr 2023 voraussichtlich um 5 % zurückgehen. Trotz rückläufigen neuen Feldbusknoten ist davon auszugehen, dass Feldbusse noch etliche Jahre zum Einsatz kommen werden, einfach weil sie bewährt und zuverlässig sind.

Single Pair Ethernet| für IIot und Industrie 4.0

Die Wireless-Netzwerke wachsen mit +22 % in 2023 rasant, weil immer mehr drahtlose industrielle Netzwerklösungen in die Fabrikautomation einziehen. Typische Anwendungen sind Ersatz von Kabeln, Maschinenzugang über Funk sowie die Einbindung mobiler Geräte in industrielle Netzwerke.

Regionale Unterschiede

In Europa und dem Nahen Osten stehen Ethernet/IP, Profinet und Ethercat an der Spitze, dicht gefolgt von Profibus und Modbus-TCP. In den USA beherrscht Ethernet/IP den Markt, während Ethercat rapide an Popularität gewinnt. In Asien hat sich Profinet als Marktführer etabliert, dicht gefolgt von Ethernet/IP. Hier sind auch CC-Link/CC-Link IE Field, Ethercat, Profibus und Modbus (RTU/TCP) weit verbreitet.

Rekordwerte bei Profinet und IO-Link 2023

01.05.2023 | Die notarielle Jahresauswertung 2022 für installierte Produkte mit Profibus & Profinet Schnittstellen ist erfreulich, besonders bei Profinet und IO-Link. Zudem hat sich das Wachstum von Profisafe deutlich gegenüber 2021 verstärkt. In 2022 hat Profinet mit 10,5 Mio. Knoten einen neuen Rekord aufgestellt. Das waren 2 Mio. mehr als 2021 und damit ein Zuwachs von 23,5 %. Bis dato wurden insgesamt 58,7 Mio. Profinet-Geräte installiert.

IO-Link verzeichnete einen Anstieg um 8,4 Mio. Geräte in 2022 und damit 2,1 Mio mehr als im Vorjahr. Das Wachstum beträgt 33 %, wodurch die Gesamtzahl auf 35,7 Mio. Knoten ansteigt. Profisafe erzielte 2022 mit 2,8 Mio. Knoten seinen bisher besten Jahreswert, insgesamt 21,7 Mio. Geräte sind im Einsatz. Profibus erreichte in 2022 mit 1,5 Mio. Geräten den Wert des Vorjahres. In der Prozessautomatisierung blieb der Wert mit 0,8 Mio. stabil. Dies führt zu einer Gesamtinstallation von 67,4 Mio. Profibus-Geräten, wovon 15,4 Mio. in prozesstechnischen Systemen integriert sind.

Industrielle Netzwerke für die leistungsfähige Infrastruktur 4.0

20.05.2020 | Harting setzt neue Standards für industrielle Netzwerke in der Automatisierung zur Vernetzung von technischen Geräten, Maschinen und Anlagen. Um ihre Neuentwicklungen rund um die Megatrends Industrie 4.0 und IIoT der Öffentlichkeit zugänglich zu machen, hat die Technologiegruppe unter dem Label Harting Experts Camp eine Dialog-Plattform zur Kommunikation eingerichtet.

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Profinet, IO-Link, Profisafe und Profibus Entwicklung 2019

07.05.2020 | Die Technologien von Profibus + Profinet International (PI) kommen auch nach über 30 Jahren seit ihrer Entwicklung immer noch sehr gut im Markt an. Die größte Steigerung auf Jahressicht erfuhr im Jahr 2019 IO-Link mit 40 %, Profinet erzielte 25 % und auch für Profisafe und Profibus gibt es erfreuliche Zahlen.

Die Experten haben in den Arbeitskreisen bei Profinet und IO-Link die Kommunikationstechnologien weiterentwickelt und wichtige Ergänzungen für deren Einsatz in Industrie 4.0 gerechter Produktion bereitgestellt. Ein Beispiel hierfür sind die beiden Companion Specifications, in denen OPC UA kompatible Informationsmodelle für IO-Link und Profinet beschrieben sind.

„Die jüngste Zählung der installierten Knoten sind für uns der beste Beweis dafür, dass wir in der Vergangenheit bezüglich der Entwicklung unserer Technologien eine Reihe von richtigen Entscheidungen getroffen haben“, kommentiert Karsten Schneider, Vorstandsvorsitzender der Profibus Nutzerorganisation und Chairman von PI die jüngste Zählung der installierten Knoten.

Mit 40 % steigerte sich genau wie ein Jahr zuvor IO-Link im Jahr 2019. Das zeigt, dass sich IO-Link im Markt auf längere Sicht etabliert. Die Zahl der installierten IO-Link Geräte beträgt nun mehr als 16 Millionen.

Rekordwert für Profinet Installationen

Mit 6,4 Millionen installierten Geräten hat Profinet den bisher größten Jahreswert erzielt. Dies entspricht einem Wachstum von 25 % und ergibt eine Anzahl von 32,4 Millionen Knoten.

„Profinet steht für eine zuverlässige und zukunftsfähige Kommunikationstechnologie, die die Anforderungen aus der Industrie 4.0-Perspektive schon heute sehr gut erfüllt. Damit dies auch weiterhin auf längere Sicht Bestand haben wird, arbeiten unsere Experten, zunehmend auch in Kooperation mit Experten anderer Organisationen, stetig weiter daran, Profinet als Enabler für die Digitalisierung in der Produktion fest zu verankern“, sagt Karsten Schneider.

Dies werde auch durch Ergebnisse anderer Marktstudien eindrucksvoll belegt. So hat IHS Markit ermittelt, dass Profinet mit 29 % das weltweit am stärksten verbreitete Ethernet-basierte System ist.

Profisafe erzielte 2,5 Millionen installierte Knoten in 2019. Damit wurde zwei Jahre in Folge die Zahl von 2 Millionen überschritten. Die Gesamtzahl der installierten Profisafe-Knoten liegt bei nahezu 14 Millionen. Last but not least vermeldet Profibus trotz seiner langen Marktpräsenz immer noch mit 1,9 Millionen neuen Knoten eine beeindruckende Anzahl. Ende 2019 waren mehr als 62 Millionen Profibus-Geräte in Industrieanlagen weltweit installiert. Davon flossen mehr als 13 Millionen in prozesstechnische Anlagen ein.

„Motiviert durch den Markterfolg engagieren sich unsere Mitglieder weltweit stark an der technologischen Fortentwicklung und in zahlreichen Marketing-Projekten“, so Karsten Schneider. „In diesem Zusammenhang ist zu hoffen, dass die virusbedingten Hemmnisse nur von kurzer Dauer sind und dass die Menschen im Business sowie im privaten Umfeld alsbald zur gewohnten Normalität übergehen können.“

Netzwerkschnittstelle für Real Time Ethernet Anschlusstechnik

29.04.2020 | Hilscher erweitert seine PC-Karten Technologie um die abgesetzte Netzwerkschnittstelle AIFX-RE\M12 mit M12 Anschlusstechnik. Die Nutzung von M12 statt der klassischen RJ45 Steckverbinder ermöglicht den Einsatz der PC-Karten Familie für industrielle Kommunikation Cifx in rauer Industrieumgebung. Mit der erweiterten Netzwerkschnittstelle lassen sich nun Schutzklassen bis IP67 realisieren und Wartungsaufwand reduzieren.

Die M12-Anschlusstechnik ist neben der weitverbreiteten RJ45 Netzwerkanschluss als Standard der IT- und OT-Welt ein weiterer Standard in der Feldebene der Automatisierung. Die Anforderung bestimmter Industrien an erweiterten Steckverbinder Schutz wird durch die sichere Anschluss Technik erfüllt. Diese Technologie schützt vor dem Eindringen von Staub und Feuchtigkeit. Zudem schützt die Schock- und Vibrationsbeständigkeit vor Lockerung bzw. Lösen der Verbindung. Das reduziert den Aufwand für Wartung des Systems deutlich.

Mechanischer Schutz für Real Time Ethernet Protokolle

Die Netzwerkschnittstelle AIFX-RE\M12 ermöglicht es Anwendern, Lösungen unter rauen Umgebungsbedingungen bis zu IP 67 einzusetzen. Durch die Plattformstrategie von Hilscher sind die bestehenden Komponenten wie Kabel, Firmware, Konfiguration, Tools und Cifx Hardware unabhängig von der Anschlusstechnik völlig identisch und wiederverwendbar. Durch den Plug-and-play-Austausch lässt sich ein Wechsel von RJ45- auf D-kodierte M12-Steckverbinder in Real Time Ethernet Systemen dank der erweiterten Netzwerkschnittstelle lediglich durch die Anpassung des Gehäuses umsetzen.

Mit der AIFX-RE\M12 Netzwerk Schnittstelle können eigene Geräte in rauer Industrieumgebung wie sie zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, Halbleiterindustrie oder Automobilindustrie vorfindbar sind, angeschlossen werden. Zusätzlich zu den M12- Steckverbindern lassen sich dank der Netzwerkschnittstellen AIFX-RE\M12 integrierte LED-Lichtleiter durch einen 10-poligen LED-Konnektor ersetzen. Individuelle LED-Konzepte in Schutzklassen bis IP67 sind damit möglich.

Die Integration von Cifx-Technologie gestattet es Geräte- und Systemherstellern, den kontinuierlichen Änderungen am Markt flexibel und zukunftssicher zu begegnen. Basierend auf dem eigenen Multiprotokoll-Asic Netx nutzen die Mitglieder der Cifx-Familie einheitliche Tools, Treiber und Anwendungs Schnittstellen. Einmal integriert, ist eine Änderung von Protokoll, Format der Netzwerkkarte oder Anschlusstechnik schnell und einfach durchführbar. Dabei unterstützen die Cifx-Karten Master- und Slave-Funktionalität.

Mögliche Protokolle

Die Integration von Cifx Technologie in Verbindung mit der Netzwerkschnittstelle AIFX-RE\M12 gestattet die Nutzung folgender Protokolle in nur einer Hardware:

• CC-Link IE Field Basic Slave
• Ethercat Master und Slave
• Ethernet/IP Scanner und Adapter
• Modbus TCP
• Powerlink Conrolled Node
• Profinet I/O IRT Controller und Device
• Sercos Master und Slave
• Varan Slave

Reibungsloser Übergang von Profibus zu Profinet

05.07.2019 | Mit Profinet ist vor einigen Jahren der Sprung ins Zeitalter ethernetbasierter Kommunikation gelungen. Das Video von Indu-Sol zeigt, wie der der Übergang von Profibus zu Profinet reibungslos gelingt und ein stabiler Netzwerkbetrieb ab dem ersten Telegramm gewährleistet werden kann.

Mittels Adapter einfach vom Profibus ins Profinet wechseln

08.12.2014 | Profinet entwickelt sich zunehmend zum Standard in der Fabrik- und Prozessautomation. Doch heute haben noch längst nicht alle Feldgeräte die dafür notwendige Schnittstelle. Mit seinem Netlink Proxy bietet Hilscher jedoch mit seiner Migrationstechnologie eine Lösung, mit der sich auch bestehende Profibus-Feldgeräte problemlos in die Profinet-Welt einbinden lassen.

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Vom Profibus fürs Profinet lernen

29.02.2012 | Profinet etabliert sich immer mehr zum Kommunikationsstandard für Industrial-Ethernet-Anwendungen. Dabei können Anwender aus den über die Jahre gesammelten Erfahrungen bei der Nutzung des Profibusses auch beim Profinet profitieren. Der Beitrag von Indu-Sol zeigt, welche Qualtitätskriterien zu erfüllen sind und wie dies umgesetzt werden kann.

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Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet Industrial Ethernet?

Industrial Ethernet bezeichnet die Anwendung des Ethernet-Standards in der industriellen Automatisierung und Produktion. Während Ethernet ursprünglich für Büro- und Heimnetzwerke entwickelt wurde, ist die Industrial Ausführung für die speziellen Anforderungen in der Industrie modifiziert und angepasst.

Was ist der Unterschied zwischen Feldbus und Industrial Ethernet?

Folgende vier Unterscheidungsmerkmale sind die wichtigsten:

• Robustheit: Industrial Ethernet ist für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen konzipiert. Die Hardware und Ethernet Kabel sind oft widerstandsfähiger gegen physische Einflüsse wie Temperatur, Vibration oder elektromagnetische Interferenzen.
• Echtzeitkommunikation: In vielen industriellen Prozessen inzwischen gefordert, bietet das Industrial Ethernet-Protokoll Mechanismen für deterministische Datenübertragungen. Diese stellen sicher, dass Daten innerhalb einer vorher festgelegten Zeit geliefert werden.
• Skalierbarkeit: Von kleinen Maschinennetzwerken bis hin zu großen Produktionsanlagen können skalierbare IE Lösungen mit den Anforderungen des Unternehmens wachsen.
• Sicherheit: IE-Systeme sind oft mit erweiterten Sicherheitsmerkmalen ausgestattet, um Netzwerke vor Cyber-Angriffen schützen.

Was ist der Unterschied zwischen Profinet und Ethernet?

Ethernet wurde ursprünglich für das Heimnetzwerk und den allgemeinen Datenverkehr entwickelt. Es ist die dominierende Technologie für LAN Technik und wird in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt. Ethernet als auch Profinet basieren auf der gleichen grundlegenden Ethernet-Technologie. Profinet wurde speziell für die Anforderungen der industriellen Automatisierung optimiert und bietet Vorteile in industriellen Umgebungen wie Echtzeitkommunikation, erweiterte Diagnosefunktionen und die Möglichkeit zur Integration in bestehende Systeme.

Was ist ein Ethernet Protokoll?

Das Ethernet-Protokoll ist ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll, das die Datenübertragung in lokalen Netzwerken (Local Area Networks, LANs) regelt. Zur Erklärung: Es definiert, wie Datenpakete in einem Netzwerk erstellt, übertragen und empfangen werden. Das Ethernet-Protokoll verwendet eine spezifische Datenpaketstruktur. Die sog. Ethernet-Frames enthalten u. a. die Ziel- und Quell-MAC-Adressen, Nutzdaten und eine Fehlerüberprüfungsinfo. Ethernet kann Kollisionen von Datenpaketen erkennen und Geräte entsprechend steuern. Die Übertragungsrate hat sich von 10 Mbit/s (ursprünglicher Standard) auf Geschwindigkeiten von 100 Mbit/s (Fast Ethernet), 1 Gbit/s (Gigabit Ethernet), 10 Gbit/s, 40 Gbit/s und sogar 100 Gbit/s und darüber hinaus erhöht.

Welche Ethernet Protokolle gibt es?

Hier sind einige der gängigen Industrial Ethernet-Protokolle:

• Profinet (Professional Network) ist die Erweiterung des Profibus-Standards, entwickelt von der Profibus & Profinet International (PI) Organisation. Profinet bietet Echtzeit-Ethernet-Kommunikation und wird hauptsächlich in Automatisierungs- und Fertigungsumgebungen eingesetzt.
• Ethercat (Ethernet for Control Automation Technology) ist ein offenes, Echtzeit-Ethernet-Kommunikationssystem, entwickelt von Beckhoff. Es zeichnet sich durch kurze Zykluszeiten und eine präzise Synchronisation aus.
• Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol) wurde von der ODVA (Open Devicenet Vendor Association) entwickelt. Ethernet/IP basiert auf dem Common Industrial Protocol (CIP) und ermöglicht die Interaktion von industriellen Geräten über ein Ethernet-Netzwerk.
• Modbus/TCP ist eine Ethernet-Adaption des bekannten Modbus-Protokolls. Es ermöglicht die Kommunikation zwischen Automatisierungkomponenten und ist insbesondere in der Prozessautomatisierung verbreitet.
• Powerlink wurde ursprünglich von der Firma B&R entwickelt. Das Echtzeit-Protokoll gewährleistet die deterministische Datenübertragung.
• Sercos III (Serial Real-time COmmunication System) ist die dritte Generation des Sercos-Interfaces, das für die Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen industriellen Geräten entwickelt wurde.
• CC-Link IE (Industrial Ethernet) ist ein in Asien weit verbreitetes Protokoll, entwickelt von der CC-Link Partner Association. Es ist ein

  Hochgeschwindigkeits-Feldnetzwerk mit reduziertem Verdrahtungsaufwand für Anwendungen in der Fertigungsindustrie. CC-Link IE wird bevorzugt von Mitsubishi Electric eingesetzt.

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: EPSG, Harting, Hilscher, HMS, Indu-Sol, Mitsubishi Electric, Profibus-Profinet Org..

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