VORTEX Report 2018 - deutsch

VORTEX
ABRIDGED INDUSTRIAL NETWORK SUPPORT REPORT
2018
DE

VORWORT
EINBLICKE
Das Netzwerk ist nicht alles, aber ohne das Netzwerk ist alles nichts.
Messingenieur – ein Job, in dem es keinen Alltag gibt
Sehr geehrte Kunden,
sehr geehrte Geschäftspartner,
sehr geehrte Interessenten,
die öffentlichen Diskussionen um Themen wie das Internet der Dinge,
Industrie 4.0 oder die Smart Factory setzen häufig sehr global an
und fragen beispielsweise, wie Digitalisierung im Industriebereich
zum Erfolg gebracht werden kann, welche Schnittstellen zwischen
verschiedenen Protokollen und Ebenen notwendig sind und wie sich
das alles in die zugehörige Referenzarchitektur eingliedern lässt. Eher
selten wird jedoch die Frage gestellt: Wie verändert sich die Realität
der Betreiber und Instandhalter von Maschinen und Anlagen der
industriellen Produktion durch den technologischen Fortschritt?
Dazu hat die Indu-Sol GmbH kürzlich eine nicht-repräsentative
Umfrage auf der Instandhaltungsebene wiederholt, die sie so bereits
vor zehn Jahren durchgeführt hatte. Die Teilnehmer sollten die Aufgabe
benennen, die sie bei ihrer täglichen Arbeit am meisten vereinnahmt.
2007 lauteten die häufigsten Antworten „Notaus quittieren“,
„Stromeinspeisung kontrollieren“ und „Antriebe überprüfen“ – das
Netzwerk rangierte gefühlt auf Platz 25. Zehn Jahre später jedoch
erreicht das Netzwerk in der Prioritätenliste bereits Platz 4!
Das technische Service-Personal in den produzierenden Unternehmen
erkennt zwar zunehmend die Notwendigkeit, ein tiefgreifendes
Verständnis der jeweils eingesetzten Automatisierungstechnologie
aufzubauen. Jedoch hat auch der Tag eines Instandhalters nur 24
Stunden und die Aufgabenfülle wächst im gleichen Maße wie die
Komplexität der Technik. Somit steigt der Servicebedarf, um unter
anderem dauerhaft stabile Feldbusse und Netzwerke sicherzustellen.
Das nebenstehend abgebildete Team aus Messingenieuren war
im vergangenen Kalenderjahr insgesamt 547 Mal im gesamten Bundesgebiet
unterwegs, um die Qualität der Datenkommunikation in
den Produktionsnetzwerken von Kunden aus den unterschiedlichsten
Branchen zu überprüfen.
Der VORTEX 2018 fasst die Erkenntnisse daraus kompakt zusammen
und liefert so einen aktuellen Bericht zum Zustand der industriellen
Netzwerke. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen lassen sich
zudem Ausblicke auf die künftige Entwicklung von Netzwerkstrukturen
im Automatisierungsbereich und die damit in Verbinung stehenden
Herausforderungen ableiten. Viel Spaß bei der Lektüre!
Herzlichst, Ihr
René Heidl,
Geschäftsführer Technik & Support der Indu-Sol GmbH
„Trotz aller bisher gemachten Erfahrungen gibt es immer wieder
einmalige Fälle. Bei einem Messeinsatz bot sich uns folgendes
Fehlerbild: In einem Hochregallager wurde die Kommunikation
mit Hilfe einer Datenlichtschranke hergestellt. Die hinter ihr
liegenden PROFIBUS-Teilnehmer fielen in unregelmäßigen Abständen
aus. Wir waren eine halbe Woche zur Messung vor Ort,
jedoch ergab sich kein plausibles Fehlerbild. Dann kam uns der
Zufall zu Hilfe: Wir beobachteten, wie ein Vogel zuweilen durch
die Übertragungsstrecke der Lichtschranke flog und die Kommunikation
unterbrach...“
2
3

ART DES MESSEINSATZES
DIAGRAMM
Herausforderung „SOS-Einsätze“ und wie sie vermieden werden kann
Einmessungen und Fehlersuchen
Weltweit steuern Feldbusse und Netzwerke automatisierte Prozesse
in den verschiedensten Industriebereichen. Allerdings sind nicht
überall ausreichend Serviceangebote vorhanden, um eine bedarfsgerechte
Wartung zu ermöglichen. Dies ist jedoch – vor allem im Sinne
kurzer Reaktionszeiten im Störungsfall – dringend nötig. Trotz einer
kontinuierlich steigenden Anzahl internationaler Partnerunternehmen
erreichen Indu-Sol jährlich zahlreiche Anfragen für Messdienstleistungen
aus dem Ausland. Allein für diese Einsätze zur Bewertung
der Kommunikationsqualität in Netzwerken von Kunden außerhalb
der Bundesrepublik beläuft sich der Aufwand im Jahr 2017 auf knapp
1.000 Arbeitsstunden – An- und Abreise noch gar nicht eingerechnet.
Speziell in den Fällen, in denen es kein Frühwarnsystem zur Identifikation
von Schwachstellen gab und sich eine ungeplante Produktionsunterbrechung
einstellte, wurden sogenannte „SOS-Einsätze“
zur schnellen Fehlersuche nötig.
Lernend aus den Erfahrungen mit PROFIBUS haben einzelne Branchen,
allen voran die Automobilindustrie, mittlerweile die Notwendigkeit
von präventiven Messungen (u.a. sog. Einmessungen)
bzw. Überwachungseinrichtungen erkannt und beim Übergang zu
PROFINET von Anfang an in diese Art der Vorbeugung investiert. Der
Lohn ließ nicht lange auf sich warten: In diesen Industriezweigen
sind inzwischen so gut wie keine SOS-Einsätze mehr notwendig und
Wartungsmaßnahmen können zustandsorientiert durchgeführt werden.
Die investierten Summen wurden durch die gesparten „Notfallkosten“
inzwischen um ein Vielfaches aufgewogen.
57 %
Fehlersuchen
2015 2016 2017
Gesamtzahl der Einsätze 677 646 547
Fehlersuchen 59 % 54 % 57 %
Einmessungen 41 % 46 % 43 %
43 %
Einmessungen
Bezogen auf die Gesamtzahl aller Einsätze liegt der Anteil an
„SOS-Fällen“ konstant bei ca. 1/3 – damit ist mehr als jede
zweite Fehlersuche ein ungeplanter Notfall-Einsatz! Zumindest
in den Zahlen von Indu-Sol – international liegen leider noch
keine belastbaren Werte vor.
4
5

EINSÄTZE
DIAGRAMM
Einfache Fehler werden durch Aufbau von Know-how häufiger vermieden
547 Mal rückten die Indu-Sol Messtechniker im Kalenderjahr 2017 auf
Kundenwunsch aus, um die Datenkommunikation in den dort installierten
Netzwerken vor Ort zu bewerten. Während die Gesamtzahl dieser
Messeinsätze im Vergleich zu den Vorjahren jedoch rückläufig ist
(siehe Seite 5), steigt die durchschnittliche Dauer eines Einsatzes von
13 Stunden (2015) auf 16,5 Stunden (2017) an.
Beauftragungsgründe von Kunden für Messeinsätze durch Indu-Sol
Weitere
Hier zeichnet sich eine klar erkennbare Tendenz zu komplexeren Fehlersuchen
ab. Einfache Ursachen wie eine falsche Verdrahtung oder nicht
gesetzte Abschlusswiderstände sind immer seltener Beauftragungsgründe
für Messeinsätze duch Indu-Sol. Die Investitionen der Instandhaltungsbereiche
produzierender Unternehmen in Schulungen zum
Umgang mit der jeweils eingesetzten Automatisierungstechnologie
tragen also deutlich erkennbar Früchte.
2015 2016 2017
Eine weitere Folge davon ist die Zunahme der Messeinsätze zur Bestimmung
der Kommunikationsqualität in einem PROFINET-Netzwerk (siehe
nebenstehende Grafik). Hierbei handelt es sich in zunehmendem Maße
um geplante Einsätze zur präventiven, regelmäßigen Analyse, um frühzeitig
Schwachstellen zu identifizieren und Vorsorge zu treffen. Beim
nach wie vor etablierten PROFIBUS zeigt sich, dass zwar kaum noch
Neuanlagen mit dieser Technologie ans Netz gehen, es jedoch bei der
installierten Basis der Bestandsanlagen einen weitgehend stabilen
Servicebedarf gibt. Außerdem sollten elektromagnetische Störeinflüsse
als mögliche Ursachen weiterhin stets mitgeprüft werden.
Weitere
55 % 49 % 45 %
28% 32 % 36 %
5 % 6 % 7 %
5 % 5 % 5 %
2% 4% 4%
5 % 4 % 3 %
6
7

FEHLERURSACHEN
DIAGRAMM
Diagnosefähige Infrastrukturkomponenten auf dem Vormarsch
Typische Fehlerquellen bei Messeinsätzen
Stellt sich im Ergebnis eines Messeinsatzes heraus, dass der Grund für
eine verminderte Kommunikationsqualität tatsächlich im Netzwerk
liegt, können die genauen Ursachen vielfältig sein. Generell betrach-
Leitungslängenüberschreitung
Sonstiges
EMV
tet bleibt jedoch die Erkenntnis, dass es eher selten den plötzlichen
„Bustod“ gibt, sondern Kabel, Stecker und Software bzw. Geräte
einem betriebsbedingten, schleichenden Verschleiß erliegen. Ihre
langsam nachlassende Funktion ließe sich mit einer Permanenten
Kabel
Netzwerküberwachung (PNÜ) frühzeitig erkennen, sodass Instandhaltungsmaßnahmen
bedarfsgerecht ergriffen werden können. Wäre
Software & Geräte
eine solche Einrichtung flächendeckend installiert, wüssten wir sicherlich
noch etwas genauer, wie der sprunghafte Anstieg des Anteils
maroder Kabel als Ursache für eine schlechte Kommunikationsqualität
zu erklären ist. Möglicherweise liefert die nächste Ausgabe des
Stecker
VORTEX im kommenden Jahr dazu nähere Erkenntnisse.
Doch egal, ob Kabel, Stecker oder Geräte die Ursache sind − der
Anteil dieser drei Kategorien an den Störungsursachen summiert sich
immerin auf 67 % und ist damit der größte Bereich. Sie zu diagnostizieren,
wird in dezentralen Netzwerkstrukuren immer mehr Aufgabe
der Infrastruktukomponenten. Für PROFIBUS-Netzwerke sind bereits
Diagnoserepeater mit der Fähigkeit zur Analyse der physikalischen
und logischen Übertragungsqualität erhältlich. In den sich im Automatisierungsbereich
immer mehr durchsetzenden ethernetbasierten
Netzwerken muss hier baldmöglich nachgezogen werden. Erste
Switches mit entsprechenden Funktionen sind bereits erhältlich.
Kategorie Typische Fehlerquellen Anteil
Kabel
Brüche, Biegungen oder sonstige mechanische Beanspruchungen; chemische
Angriffe; Umgebungseinflüsse (Kälte, Wärme, Öl, …)
31 %
EMV
zu hohe Schirmströme; unzureichend ausgeführter oder gar kein Potentialausgleich;
schlechte oder keine Schirmauflage
23 %
Stecker
schlecht konfektionierte Stecker/Abschlusswiderstände; falsch angeschlossen;
Fehldesign/konstruktiv schlechte Stecker
20 %
Software & Geräte
nicht entstörte oder alte Geräte (defekte Sendegeräte); Firmwareprobleme;
defekte Geräteelektronik
16 %
Leitungslängenüberschreitung Überschreitung der vorgegebenen max. Leitungslänge 4 %
Sonstiges
Bedienfehler oder sonstiges „menschliches Versagen“; falsche bzw. ungünstige
Netzwerkstruktur; Stichleitungen; zu hohe Netzwerklast
6 %
8
9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
AUSBLICK
BEISPIELKONFIGURATION
Applikationen und Netzwerk trennen sich, Switches werden noch wichtiger
Noch bis vor wenigen Jahren wurden Produktionsnetzwerke als weitgehend
isolierte Einheiten mit einer SPS konzipiert. Dort gestaltet sich die
Überwachung der jeweiligen Applikation und des zugehörigen Netzwerks
vergleichsweise einfach. In der Praxis finden sich jedoch immer häufiger
Strukturen, in denen mehrere SPSen sowie Protokolle anderer Applikationen
in einem Netzwerk kommunizieren. Denkt man diese Vernetzung mit
Blick auf Industrie 4.0 konsequent weiter, müssen neue Diagnosewege
gefunden werden. Beispielsweise können Switches in PROFINET immer nur
auf einen Controller parametriert werden – wo würde eine eventuell auftretende
Störung dann gemeldet und wie kann der zuständige Servicetechniker
die Quelle effizient lokalisieren?
Der steigende Vernetzungsgrad und der Trend zu dezentraleren Netzwerkstrukturen
stellen neue Leistungsanforderungen an Switches als intelligente
Knotenpunkte des Datenverkehrs. Da immer mehr Anwendungen
parallel über das gleiche Netzwerk laufen, müssen Switches in der Lage
sein, Datenströme zu priorisieren, ihre Wege vorherzuberechnen und die
rechtzeitige Ankunft zeitkritischer Telegramme sicherzustellen, um die
jeweiligen Automatisierungsprozesse nicht zu gefährden. Da außerdem
immer mehr Kommunikation „an der SPS vorbei“ läuft, müssen sie in immer
stärkerem Maße eine Kommunikationsdiagnose leisten können, damit
alle Ereignisse im Netzwerk zuverlässig erfasst werden. Aufgrund der in der
Regel großen Zahl an Switches, die in einem Automatisierungsnetzwerk
verbaut sind, wird weiterhin eine Möglichkeit zum zentralen Auslesen aller
Switches benötigt, um die Instandhaltung praktikabel zu halten. Nebenstehend
ist eine Beispielkonfiguration für eine solche Struktur abgebildet.
Wer A sagt bekommt B: Wenn sich Netzwerk und Applikation trennen,
wandern die Switches von der Maschinen- in die Hallenebene!
Funktionsgruppenebene Leitebene
Leitsystemnetzwerk
(Ethernet TCP/ IP)
Hallennetzwerk
(Ethernet)
Leitsystem
SNMP Abfrage
Client
OPC Abfrage
Firewall
Visualisierungsserver
Meldung (intern)
„Störung Netzwerk“
Anlagenfahrer
SNMP Abfrage
PROmanage ® NT - intern
E-Mail
Server
SNMP Abfrage
Maschine 1 PROFINET
Verkettung PROFINET
Maschine 2
Client
PROmanage®
NT
OPC Server
Alarm (extern)
„Störung Netzwerk“
Wartung / Instandhaltung
Netzwerkanalyse
Remote Zugriff
über VPN
Datenbank
WORLD WIDE WEB
Remote Service
Wartung & Instandhaltung
Remote extern
PROmanage ® NT - extern
10 11

Indu-Sol GmbH
Blumenstraße 3
04626 Schmölln
Telefon: +49 (0) 34491 5818-0
Telefax: +49 (0) 34491 5818-99
info@indu-sol.com
www.indu-sol.com
Zertifiziert nach DIN EN ISO 9001:2015
Mehr über Indu-Sol:
Stand 04/2018