Alles, was Sie über EtherNet/IP und IIoT wissen müssen

Ethernet-Kabel finden im Feld zunehmend Verbreitung und bringen neue Verbindungsmöglichkeiten mit sich. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie EtherNet/IP funktioniert, wie Sie davon profitieren können und weshalb dieses Netzwerk für Industrial IoT (Internet of Things)-Anwendungen entscheidend ist.

Lassen Sie mich raten – Sie haben immer noch analoge Technologie irgendwo in Ihrer Anlage. Ja, das ist bei den meisten Unternehmen in der industriellen Automatisierung der Fall. Aber endlich lässt sich bei Anwendungen und Projekten ein Trend verzeichnen, der von der analogen Technologie weggeht.

Neue Lösungen auf der Basis von Ethernet und drahtloser Kommunikation sprießen überall aus dem Boden.  Es ist völlig in Ordnung, wenn Sie noch immer so Ihre Zweifel haben, was diese neuen Lösungen anbelangt. Ich werde mein Bestes tun, um all Ihre Fragen heute zu beantworten.

EtherNet/IP ist eines der neuen Netzwerke und basiert auf dem Ethernet-Medium. Ist es das beste Netzwerk? Das hängt wie immer von Ihrer Situation und Anwendung ab.

Beschäftigen wir uns zunächst mit den Grundlagen und sprechen wir dann über die Möglichkeiten, die sich Ihnen bieten, wenn Sie EtherNet/IP-Geräte im IIoT-Bereich nutzen. Holen Sie sich etwas zu trinken, machen Sie es sich bequem, und lassen Sie uns in die Welt des Ethernet eintauchen.

Welcher Unterschied besteht zwischen meinem Ethernet-Gerät zuhause und EtherNet/IP?

Nachdem die drahtlose Vernetzung populär geworden ist, sind heute wahrscheinlich weniger Ethernet-Geräte zu finden, aber sie sind noch immer Teil unseres Lebens. Sie nutzen sie vielleicht für Ihre Hauptinternetverbindung oder für Ihr Smart-TV.

In der industriellen Umgebung dagegen sind Ethernet-Geräte eine unglaubliche Evolution. EtherNet/IP trägt das berühmte IP im Namen, genau wie das IP, das Sie zur Verbindung mit dem Internet nutzen, richtig? Weit gefehlt! In diesem Fall steht IP nämlich für Industrial Protocol. Schlau, es hier zu verwenden, hm?

Feldinstrumente können ein Ethernet-Gerät mit einem Kabel und einem Anschluss nutzen, das dem ähnelt, das Sie zuhause haben. Natürlich benötigt eine industrielle Anwendung mehr als nur ein robustes Kabel und einen Anschluss, da die Arbeitsumgebung in der Industrie wesentlich anspruchsvoller ist als im Privatbereich, aber es besteht trotzdem Ähnlichkeit.

Kurz gesagt: Sie wissen bereits sehr viel darüber, wie diese "neuen" industriellen Ethernet-Geräte arbeiten. Lassen Sie uns nun, nachdem wir gesehen haben, wie sehr sich diese Technologie und die, mit der wir bereits leben, ähneln, zu den Bit und Byte kommen, die den Unterschied machen.

Wie entstand EtherNet/IP?

In den 1990er Jahren entschied eine kleine Gruppe von Leuten bei ControlNet International Ltd., sich zusammenzusetzen und etwas zu entwickeln, das wir heute unter dem Namen EtherNet/IP kennen.

Im Jahr 2000 stellten diese Gruppe fest, dass sie Unterstützung benötigte, um das Projekt fortsetzen zu können. Damals hatte sich Crowdfunding noch nicht durchgesetzt, weshalb die Mitglieder der Gruppe auf traditionelle Art vorgingen.

Sie sprachen die Open DeviceNet Vendors Association (ODVA) an, eine Organisation aus Herstellern von Automatisierungstechnik, die 1995 gegründet wurde. Die ODVA stimmte einer Partnerschaft zu, um EtherNet/IP zu entwickeln.

2009 traten die ursprünglichen Entwickler die Kontrolle über das Projekt an die ODVA und ihre Mitglieder ab. Heute unterstützt die ODVA das Common Industrial Protocol (CIP™), ControlNet®, CompoNet® und DeviceNet®.

Darüber hinaus sagt die Organisation die hersteller- und systemübergreifende Interoperabilität zu. Die Interoperabilität stellt eine Herausforderung dar, aber die ODVA fördert die Annahme von kommerziellen, seriengefertigten (Commercial-Off-The-Shelf, COTS), unmodifizierten Internet- und Ethernet-Technologien.

Was ist EtherNet/IP?

Basierend auf dem CIP- und dem anschließenden Open Systems Interconnection (OSI)-Modell sowie auf der standardmäßigen TCP/UDP-Protokollfamilie ist EtherNet/IP ein flexibles, erstklassiges Ethernet-Netzwerk und ein offener IEC-Standard. Es ermöglicht es Ihnen, Feldsensoren, Steuerungen und Steuerungssysteme im selben Netzwerk zu verbinden.

EtherNet/IP ist sehr weit verbreitet implementiert, daher sind auch Leistungsregler (Motoren, Antriebe, Softstarter etc.) und diskrete Steuerungen (Sicherheits-I/IO, Roboter etc.) zu finden. Hier besteht Konvergenz zwischen der Betriebstechnik (Operational Technology, OT) und der Informationstechnologie (IT).

Die Möglichkeiten sind vielfältig, da IP-Kameras, WiFi und IP-Telefone ebenfalls Teil des Netzwerks sein können. All diese Merkmale zeigen, dass EtherNet/IP mehr als bereit für eine IIoT-Erweiterung ist.

Was ist der EtherNet/IP-Standard?

Statt jetzt hier den gesamten Text des Standards einzufügen, werde ich Ihnen lieber die wichtigsten Punkte auflisten, die Sie kennen sollten:

• IEEE 802.3: Standard, Ethernet, Precision Time Protocol (IEEE-1588)
• IEC: International Electrotechnical Commission – IEC 61158
• ODVA: Common Industrial Protocol (CIP)
• IETF: Internet Engineering Task Force, Standard Internet Protocol (IP)

Darüber hinaus fügt EtherNet/IP CIP zur Sitzungsschicht hinzu, es folgt aber auch dem Protokoll-Rahmenwerk des OSI-Modells. Werfen Sie einen Blick auf die Grafik:

Sie können in einem Netzwerk mit vielen Protokollen arbeiten – HTTP, Modbus TCP und weitere – aber das garantiert nicht automatisch die Interoperabilität. Aber es gibt Gateways, die diese Protokolle übersetzen.

Letztendlich gibt es viele Möglichkeiten, um zu kommunizieren. Die physikalische Schicht erlaubt drahtlose Kommunikation, Kupferkabel, Lichtwellenleiter und mehr. Die Datenverbindungsschicht lässt unterschiedliche Standards zu, abhängig von der physikalischen Schicht, so z. B. IEEE 802.3 (Lichtwellenleiter), IEEE 802.3 oder 802.1 (Kupfer) und IEEE 802.11 (WiFi).

Damit ist sogar möglich, dass die neue Advanced Physical Layer (APL), ein spezielles 2-Draht-Ethernet, das nur für Leistung & Kommunikation entwickelt wurde, sogar in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden kann!

Wahnsinnig cool, oder?

Welche EtherNet/IP-Topologien gibt es?

Die Ethernet-Technologie hat eine echte Evolution erlebt – von 10 Mbps, Bus/Baumtopologie und Halbduplex-Kommunikation hin zu 100 Mbps und 1 Gb/s, Vollduplex und Switch/Router-basierter Sterntopologie. Durch diese Evolution sind Ethernet-Netzwerke in der Lage, kritische industrielle Systeme zu unterstützen.

EtherNet/IP ist eine aktive Infrastruktur mit Netzwerksegmenten, die eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung in einer Sterntopologie nutzen. Herzstück dieser Technologie ist die Verschaltung der Schicht-2- und Schicht-3-Switches. Diese Switches unterstützen zahlreiche Punkt-zu-Punkt-Knoten.

Das EtherNet/IP-Netzwerk kann außerdem lineare und einzelne fehlertolerante Ringtopologien unterstützen. Hierzu nutzt es eingebettete Switches und die Device Level Ring (DLR)-Technologie. Diese alternativen Topologien können kombiniert werden, um Kabelverlegung und Kommunikationsanordnungen zu optimieren.

Was muss ich wirklich über EtherNet/IP wissen?

Wir könnten jetzt zwar in die technischen Details eines EtherNet/IP-Netzwerks eintauchen, aber ich werde mich kurz fassen und auf den Punkt kommen, indem ich die Hauptthemen auf drei Fragen reduziere.

Die Antworten werden Ihnen eine gute Grundlage liefern, um das Netzwerk besser zu verstehen.

1 – Was ist der Unterschied zwischen TCP und UDP?

Ok, EtherNet/IP basiert also auf dem TCP/UDP IP-Standard, aber was bedeutet diese ganze Buchstabensuppe denn nun eigentlich? Nun, TCP (Transmission Control Protocol) bietet einen zuverlässigen, aber langsamen Datentransfer in einem Unicast-Paket oder Unicast-Frame. So nutzen wir für E-Mails und das Browsen im Web TCP-Verbindungen.

Kommen wir jetzt zu UDP (User Datagram Protocol).Hier finden wir eine wesentlich schnellere Verbindung, aber es gibt keine Garantie, dass die übertragenen Daten den Empfänger auch wirklich erreichen.  Hier haben wir Unicast-, Multicast- und Broadcast-Pakete oder -Frames, z. B. zum Streamen von Musik oder Videos.

2 – Kann ich EtherNet/IP mit anderen TCP/IP-Anwendungen nutzen?

Ja, EtherNet/IP wurde für die Koexistenz mit anderen TCP/IP-Anwendungen entwickelt. Hier ein paar Beispiele für TCP/IP-Anwendungen, die oft auf dem Markt anzutreffen sind:

• HTTP – Hypertext Transfer Protocol
• SNMP – Simple Network Management Protocol
• Modbus/TCP
• OPC UA

3 – Welche sind die Basiskomponenten von EtherNet/IP?

Das Netzwerk besteht aus einigen entscheidenden Elementen, die die Kommunikation zwischen den Geräten und dem Steuerungssystem ermöglichen. EtherNet/IP verfügt über drei Klassen zur Identifizierung von Komponenten und wie sie verwendet werden.

• Scanner: Die Scanner-Klasse bildet die Eingangs- und Ausgangsvariablen des Netzwerks zyklisch ab, definiert durch die Aktualisierungszeit. Beispiele: SPS und Steuerungen
• Messaging: Die Messaging-Klasse unterstützt explizites Messaging statt Echtzeit-I/O-Daten. Beispiele: Diagnose, Netzwerkkonfigurations-Tools, SCADA- & HMI-Systeme
• Adapter: Die Adapter-Klasse bietet gerätespezifische Eigenschaften in Geräten mit integriertem EtherNet/IP-Protokoll. Beispiele: Sensoren, Ventile, Gateways

Wie wird EtherNet/IP für IIoT-Lösungen verwendet?

EtherNet/IP ist digitale Kommunikation und erweitert die Möglichkeiten für Integration und Datennutzung. Entsprechend dem NAMUR NOA-Konzept können Sie mithilfe eines Edge Device Informationen direkt aus Ihrem Netzwerk abrufen und an verschiedene Arten von Cloud-Services senden.

So unterstützt das Netilion-Ökosystem von Endress+Hauser jetzt EtherNet/IP-Geräte auf verschiedene Arten; Sie können EtherNet/IP-Geräte in den Services Netilion Analytics, Library, Health und Value und zudem Drittanbietergeräte in Analytics und Library verwenden. Werfen Sie einen Blick auf die offizielle Website, um mehr zu erfahren.

Diese Services erweitern Ihre Daten und liefern Ihnen jederzeit und überall immer exakt die benötigten Informationen. Jeder Service bietet wichtige Vorteile für Ihre täglichen Aufgaben; auf der Services-Website können Sie mehr darüber erfahren.

IIoT-Services sind eine einfache Methode, um relevante Einblicke in Ihre Feldinstrumentierung zu erhalten. Sie bieten Ihnen eine komfortable und sichere Möglichkeit zur Integration mit der Cloud, damit Sie in Ihrer Branche einen Schritt voraus sind, eine neue Stufe in der Wartung erreichen, die Produktion steigern etc.

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Alles Gute und einen schönen Tag noch!