Industrial Ethernet ist der Oberbegriff für alle Bestrebungen, den Ethernet-Standard für die Vernetzung von Geräten, die in der industriellen Fertigung eingesetzt werden, nutzbar zu machen.
Da Firmen üblicherweise bereits über ein Ethernet-LAN für die Vernetzung der Mitarbeiter-PCs verfügen, ist es mit Industrial Ethernet möglich, in das vorhandene LAN die Geräte mit einzubeziehen, die für die Steuerung und Kontrolle von Produktionsprozessen benötigt werden.
Über das Netzwerkmanagement kann ebenfalls das Netzwerk überwacht werden und ggf. eine Benachrichtigung des Operators erfolgen.

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Das Industrial-Ethernet wird heutzutage in der Regel nur auf der Leitebene eingesetzt. Somit können Firmen in der ganzen Welt Daten austauschen und Auswertungen der Daten von der Automatisierungstechnik durchführen.

Netzwerktopologie
Ein Netzwerk besteht aus verschiedenen Netzwerksegmenten, die wiederum Subnetze (Unternetzwerke) besitzen. Subnetze werden gebraucht, um dem Netz eine gezielte Struktur zu geben. Zum Beispiel gruppiert man gewisse Geräte in einem Subnetz zusammen, damit diese nicht mit dem gesamten Datenverkehr belastet werden.
Bei einem Industrial-Ethernet können die Netzteilnehmer auf vier verschiedene Arten miteinander verbunden werden. Es bieten sich die Ring-, Stern-, Baum- und Linientopologien an. Auf der nächsten Grafik werden die vier Netzwerktypen anhand von allgemeinen Netzwerkkomponenten verdeutlicht. Über die Netzwerkanbindung gelangen die Daten in weitere Netze.

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Beispiel:
Auf der nächsten Grafik ist die Vernetzung dargestellt, wie sie im Labor bei einer Tischreihe vorliegt. Des Weiteren sind auch die Adressen der einzelnen Geräte vermerkt. Dies genügt um die Zusammenhänge zu verdeutlichen.

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Komponenten und Netzaufbau
Damit die verschiedenen Netzwerkteilnehmer miteinander kommunizieren können und über alle Netzwerkstrukturen ein geregelter Datenverkehr stattfindet, braucht es folgende Komponenten.

Hub
Auch Sternkoppler genannt, bietet die Möglichkeit, mehrere Teilnehmerstationen sternförmig miteinander zu verbinden. Datenpakete, die auf einem Port empfangen werden, werden ungefiltert an allen anderen Ports verstärkt (regeneriert) ausgegeben.

Layer 3-Router/Switch
Vorstellbar als ein äusserst schnell und parallel arbeitendes Datenpaket-Vermittlungssystem, bietet wie schon der Hub die Möglichkeit zur sternförmigen Vernetzung der Teilnehmer. Der Switch „lernt“ die Ethernet-Adressen der angeschlossenen Teilnehmer und leitet ankommende Datenpakete adressorientiert nur an die betreffenden Netzwerksegmente weiter, so dass die anderen Netzwerksegmente mit diesem Datenverkehr nicht unnötig belastet werden. In der obigen Grafik ist ersichtlich, dass die Stationen 1 und 2 baumförmig miteinander verbunden sind.

Router
Während ein Layer 3-Router verschiedene Geräte zu einem Netzwerk zusammenschaltet, verbindet ein Router zwei Netzwerksegmente wie zum Beispiel LAN (Local Area Network) und WAN (Wide Area Network). Im Rahmen von Industrial Ethernet werden Switches (rechts im Bild), Hubs und Medienkonverter geschaffen, die an industrielle Umgebungsbedingungen angepasst sind. Dazu gehören insbesondere die Befestigung auf einer 35mm DIN Hutschiene (Tragschiene), Gleichstrom Spannungsversorgung (in der Regel 24 V DC), ein erweiterter Betriebstemperaturbereich, eine erhöhte Schutzart (Schutz gegen Staub, Spritzwasser usw.), Rüttelfestigkeit und vielfach auch besondere Vorkehrungen zur Ausfallsicherheit.

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Buszugriffsverfahren
Im (industrial) Ethernet Netz gibt es keine Master- bzw. Slave-Stationen sondern alle Teilnehmer haben das Busszugriffsrecht. Der Buszugriff muss aber geregelt sein; es wird das CSMA/CD-Verfahren angewendet (Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detection = Mehrfachzugriff mit Signalabtastung und Kollisionserkennung). Das Verfahren sieht für jede sendewillige Station folgende Prinzipien vor:

• Vor dem Senden überprüft jede Station, ob die Leitung frei ist.
• Die Sendestation hört während einem Sendevorgang die Leitung ab.
• Abbruch der Sendung bei Datenkollision

Datenaustausch mit dem ISO/OSI Schichtenmodell
Das Industrial-Ethernet benutzt das OSI/ISO-Modell, um Daten über ein Netzwerk auszutauschen. So können z.B. zwischen Computer und Internet Daten gesendet und empfangen werden. Das ISO/OSI Schichtenmodell wurde eingeführt, um die Kommunikation zwischen den Baugruppen zu vereinheitlichen. D. h. alle Hersteller benutzen das gleiche Protokoll, um die Kommunikation in einem System, dass von Baugruppen verschiedener Hersteller aufgebaut ist, zu gewährleisten. Der abgekürzte Name OSI kommt dabei von Open System Interconnection, also ein System bestückt von unterschiedlichen Herstellern zu beschreiben. Das OSI-ISO Referenzmodell für Kommunikationsstandards besteht aus 7 verschiedenen Schichten und lässt sich in zwei Gruppen einteilen.

Je nach Hersteller können die Angaben unterschiedlich sein.

Max. Teilnehmer:
100 je Segment; 1024 für das gesamte Netz

Übertragungsrate:
10 MBd

Leitungslänge:
500 m ohne Repeater
> 4 km mit Sternkoppler
> 100 km mit Switching

Telegrammformat:
72 Bytes bis 1526 Bytes total Ethernet

Datensicherung:
4-Byte-CRC

Das Industrial-Ethernet wird heutzutage in der Regel nur auf der Leitebene eingesetzt. Somit können Firmen in der ganzen Welt Daten austauschen und Auswertungen der Daten von der Automatisierungstechnik durchführen.

Vor- und Nachteile von Industrial-Ethernet

Ausblick
Das Industrial-Ethernet wird in der heutigen Automatisierungstechnik eher für die weltweite Kommunikation unter den Firmen verwendet, um Statistiken usw. des Automatisierungsprozesses zu erstellen. Kommunikationssysteme auf der Basis von Ethernet mit Erweiterung für die Echtzeitanforderungen haben aber durchaus das Potenzial zur künftigen Ablösung der bisherigen Feldbussysteme.