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Viel mehr als eine einfache Weiterleitungsfunktion

Nutzung von Lean Managed Switches in Verpackungsmaschinen
Viel mehr als eine einfache Weiterleitungsfunktion

Die in Schwäbisch Hall ansässige Optima Packaging Group verkauft über 80 Prozent ihrer Verpackungsmaschinen an internationale Kunden. Lean Managed Switches von Phoenix Contact sorgen dafür, dass die Daten ohne Systembrüche von der Feld- bis in die Leitebene und das Internet übertragen werden.

Die 1922 gegründete Optima hat sich auf Wiege-, Abfüll- und Verpackungsmaschinen spezialisiert. Derzeit beschäftigt das Familienunternehmen weltweit mehr als 1300 Mitarbeiter, die innovative Lösungen entwickeln. Dabei profitieren die Anwender insbesondere von den Ressourcen sparenden Technologien, durch die sich der Verbrauch von Primärgütern auf das notwendige Mindestmaß reduziert, so dass Betriebs- und Fertigungskosten eingespart werden können.

Die kundenspezifischen Verpackungslinien bestehen aus dezentralen Maschineneinheiten, die sich wiederum aus Standard-Komponenten sowie produktspezifischen Maschinenmodulen zusammensetzen. Da sämtliche Bestandteile der Anlage miteinander kommunizieren müssen, ist ein performantes Netzwerk erforderlich. Aus Gründen eines durchgängigen Informationsflusses hat sich Optima für eine Ethernet-basierte Lösung entschieden, denn über das Netzwerk können nicht nur Daten in der Anlage ausgetauscht werden. Gleichzeitig ist eine nahtlose sowie herstellerübergreifende Kommunikation mit dem überlagerten Produktionsplanungssystem möglich.
Als Global Player liefert die Optima Packaging Group ihre Verpackungsmaschinen an international tätige Konsumgüter-Hersteller aus. Bei der Bestellung der Verpackungslinie ist deshalb oft nicht abschließend geklärt, an welchem Produktionsstandort des Anwenders und somit auf welchem Erdteil die Maschinen verwendet werden. Um den jeweils gültigen Ländernormen und Sicherheitsvorschriften zu entsprechen, müssen daher alle in der Applikation verbauten Komponenten die Approbationen der Ländern, die als Einsatzort in Frage kommen, in vollem Umfang erfüllen. So wie sich die Ländernormen unterscheiden, haben die Anwender ebenfalls gewisse Präferenzen hinsichtlich der Automatisierungslösung. Damit der Konstruktions- und Fertigungsaufwand möglichst gering gehalten wird, sind bei der internen Maschinenkommunikation einheitliche und offene Konzepte gefragt. Vor diesem Hintergrund baut Optima die Verpackungslinien mit möglichst vielen gleichen Komponenten auf und vernetzt die Lösung via Profinet oder Ethernet/IP. Ethernet hat sich also auch in diesem Industriezweig als offene und durchgängige Kommunikationsplattform etabliert.
Die Umsetzung einer auf Ethernet basierenden Kommunikationsstruktur bedingt jedoch mehr als das Weiterleiten von Daten, wie es im Office-Bereich der Fall ist. Ein Maschinennetzwerk, in dem die Switches im Schaltschrank montiert werden, hat aufgrund der räumlichen Nähe von Frequenzumrichtern oder anderen Störquellen hohe Ansprüche an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) sowie die Temperaturfestigkeit der Geräte. Neben diesen Eigenschaften, die Office-Komponenten nicht bieten, sollten die Switches industrielle Protokolle wie Profinet oder Ethernet/IP unterstützen. Dabei erweisen sich insbesondere die Anforderungen, die Ethernet/IP an die Switches stellt, als hoch.
Um diesen Erfordernissen gerecht zu werden, setzt Optima im Rahmen des aktuellen Maschinenkonzepts auf den Lean Managed Switch von Phoenix Contact (Halle 9, Stand 310). Die Infrastruktur-Komponente erfüllt die EMV-Vorgaben mühelos und übertrifft die notwendige Temperaturfestigkeit erheblich, denn die Switches können bei Umgebungstemperaturen bis 70°C verwendet werden. Die internationale Nutzung ist ebenfalls sichergestellt, da die Netzwerkgeräte über alle relevanten Zulassungen – wie das UL-Zertifikat – verfügen.
In Anlagen, deren Automatisierungslösung auf Ethernet/IP basiert, ist die Unterstützung des Protokolls durch die Switches besonders wichtig. Die Kommunikation auf der Grundlage von Multicast, also einer Mehrpunkt-Verbindung, erzeugt hohe Netzwerklasten. Es besteht somit die Gefahr, dass einfache Endteilnehmer – wie beispielsweise I/O – durch die eingehende Datenlast überfordert werden und selbst nicht mehr Daten austauschen können. Deshalb beinhalten die Lean Managed Switches Mechanismen, die den Multicast-Verkehr im Netzwerk-Switch automatisierungsoptimiert filtern und den Datenstrom nur an die jeweiligen Zielteilnehmer weiterleiten. Dazu analysiert der Switch den Netzwerk-Verkehr und ordnet die Ports den entsprechenden Multicast-Gruppen zu. Wegen der Zuordnung werden die anschließend empfangenen Multicast-Telegramme lediglich an die Ports übermittelt, die Teilnehmer der jeweiligen Multicast-Gruppe sind. Um die Einträge in den Multicast-Tabellen netzwerkübergreifend aktuell zu halten, besitzen die Switches eine Funktion, die durch ihre regelmäßigen Anfragen dafür sorgt, dass die Multicast-Tabellen in den Switches gepflegt werden und so stets auf dem neusten Stand sind.
Durch den Einsatz offener Standards können die Lean Managed Switches sowohl über die in der IT üblichen SNMP-Befehle (Simple Network Management Protocol) als auch per Web-Based Management konfiguriert und diagnostiziert werden. Zur Konfiguration ist also keine Spezial-Software notwendig. Das Web-Based Management lässt sich neben der Konfiguration zu Diagnosezwecken nutzen. Die Funktion wird zum Beispiel über ein in der Maschine installiertes Bediengerät aufgerufen, so dass der Betreiber die Konfiguration im Wartungsfall ohne weitere Hardware einfach überprüfen kann. Da die Switches ihre Konfiguration auch extern auf einem PC speichern können, gestaltet sich die Inbetriebnahme einfach. Der Anwender lädt selbst komplexere Einstellungen fehlerfrei und schnell in das Gerät oder dokumentiert die Konfiguration extern.
Eine durchgängige Kommunikation auf Basis von Ethernet hat sich nicht nur innerhalb der Verpackungsmaschinen bewährt. Sie eröffnet Optima und seinen Kunden darüber hinaus die Möglichkeit einer Fernwartung der überall auf der Welt aufgestellten Verpackungslinien. In diesem Fall wird die Automatisierungslösung um die Security Appliance FL MGuard RS VPN von Phoenix Contact ergänzt. Tritt ein Service-Fall ein, kann der Endanwender über den in seiner Maschine montierten FL MGuard eine verschlüsselte Verbindung zur Optima-Zentrale nach Schwäbisch Hall aufbauen. Die häufige und durchaus berechtigt Angst der Kunden, dass der Service-Techniker unkontrolliert auf die jeweilige Maschine und deren Daten zugreifen kann, ist somit unbegründet: Die Kommunikationsverbindung lässt sich lediglich von der zu wartenden Maschine aus initiieren und nicht umgekehrt. Ein an der Security Appliance angebrachter Schlüsselschalter sorgt für eine weitere Reglementierung.
Alexander Siegert, Phoenix Contact, Bad Pyrmont

Einfache Integration in größere Netzwerke

Der Lean Managed Switch zeichnet sich nicht nur durch seine zahlreichen Software-Funktionen aus: Die Infrastruktur-Komponente überzeugt zudem durch Anschlussvielfalt, die eine passgenaue Einplanung in die Anlage erlaubt. So werden neben 5- und 8-Port-Varianten mit 10/100 MBit Twisted Pair (TX) auch Switches mit vier TX-Ports und einer oder zwei Glasfaser-Schnittstellen angeboten. Die Glasfaser-Varianten sind in den Ausführungen 100Base-FX Multimode oder 100Base-FX Singlemode sowie den Anschlussarten SC oder ST erhältlich (Bild 6).
Die Lean Managed Switches werden entweder per Web-Based Management oder über SNMP (Simple Network Management Protocol) konfiguriert und gewartet. Erstellte Konfigurationen lassen sich zur Dokumentation und Wiederherstellung extern speichern und zurückladen. IT-Standardfunktionen wie RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), IEEE 802.1w oder VLAN (Virtual Local Area Network) ermöglichen die Integration der Switches in größere herstellerübergreifende Netze. Um ein breites Einsatzspektrum abzudecken, verfügen die Infrastruktur-Komponenten über maritime Zulassungen. Außerdem wird ein weiter Temperaturbereich von –40°C bis 70°C unterstützt.
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