Wie unter­schei­den sich Ether­net und Indus­tri­al Ethernet?

Ether­net und spe­zi­ell Indus­tri­al Ether­net sind in jüngs­ter Zeit zu belieb­ten Fach­aus­drü­cken im Pro­duk­ti­ons­sek­tor gewor­den. Obwohl ähn­lich, haben bei­de unter­schied­li­che Merk­ma­le und Vor­tei­le. Der fol­gen­de Bei­trag erläu­tert Ether­net und Indus­tri­al Ether­net und zeigt, in wel­chen Punk­ten sich bei­de unterscheiden.
Ether­net wur­de in den 1970er Jah­ren ent­wi­ckelt und spä­ter als IEEE 802.3 stan­dar­di­siert (IEEE = Insti­tu­te of Electri­cal and Elec­tro­nics Engi­neers). Ether­net ist eine Tech­nik, wel­che Hard- und Soft­ware für kabel­ge­bun­de­ne Daten­net­ze spe­zi­fi­ziert und ursprüng­lich für loka­le Daten­net­ze (LAN) gedacht war. Im OSI-Modell ist mit Ether­net sowohl die phy­si­sche Schicht (Phy­si­cal Lay­er) als auch die Siche­rungs­schicht (Data Link Lay­er) fest­ge­legt. Als Erwei­te­rung des OSI-Modells wur­de die Medi­en­zu­griffs­steue­rung (Media Access Con­trol) ent­wor­fen. Der Stan­dard beschreibt auch die Regeln für die Kon­fi­gu­ra­ti­on eines Ether­net-Netz­werks und das Zusam­men­spiel der Netzwerkelemente.
Ether­net ermög­licht die Ver­bin­dung von Com­pu­tern über ein Netz­werk – ohne die­ses wäre die Kom­mu­ni­ka­ti­on zwi­schen Gerä­ten in der heu­ti­gen Welt nicht mög­lich. Ether­net ist der glo­ba­le Stan­dard für ein Sys­tem mit Lei­tun­gen und Kabeln zur Ver­bin­dung von meh­re­ren Com­pu­tern, Gerä­ten und Maschi­nen über ein ein­zi­ges Netz­werk in einer Orga­ni­sa­ti­on, damit alle Com­pu­ter mit­ein­an­der kom­mu­ni­zie­ren kön­nen. Ether­net begann mit einem ein­zi­gen Kabel, wel­ches den Anschluss meh­re­rer Gerä­te an ein Netz­werk ermög­lich­te. Heu­te lässt sich ein Ether­net-Netz­werk je nach Bedarf um neue Gerä­te erwei­tern. Ether­net hat sich inzwi­schen zur belieb­tes­ten und am wei­tes­ten ver­brei­te­ten Netz­werk­tech­no­lo­gie der Welt entwickelt.
Bei Ether­net wer­den Daten­strö­me in kür­ze­re Tei­le oder Daten­frames auf­ge­teilt, wobei jedes Daten­pa­ket spe­zi­el­le Infor­ma­tio­nen, wie etwa Quel­le und Ziel der Daten, ent­hält. Sol­che Daten sind not­wen­dig, damit das Netz­werk Daten akzep­tie­ren und sen­den kann. Wei­te­re Fach­be­grif­fe der Ether­net-Tech­no­lo­gie sind:

• Medi­um – In der moder­nen Ether­net-Tech­no­lo­gie ist ein Medi­um eine ver­drill­te Zwei­draht­lei­tung oder eine Glas­fa­ser­ver­ka­be­lung, wel­che Ether­net-Gerä­te ver­bin­det, um einen Daten­pfad bereitzustellen.
• Seg­ment – Ein ein­zi­ges geteil­tes Medium.
• Node – Gerä­te, wel­che mit einem Seg­ment ver­bun­den sind.

Stan­dard-Ether­net kann Daten mit Geschwin­dig­kei­ten von 10 bis 100 Mega­bit pro Sekun­de über­tra­gen. Giga­bit-Ether­net ist eine Bezeich­nung, wel­che im Rah­men des Stan­dards IEEE 802.3 ver­wen­det wird, um Ether­net-Geschwin­dig­kei­ten von 1 Giga­bit pro Sekun­de zu beschrei­ben. Giga­bit-Ether­net wur­de zuerst typi­scher­wei­se für Back­bone-Netz­werk-Trans­port und für Hoch­leis­tungs- oder Hoch­ka­pa­zi­täts­ser­ver ver­wen­det. Im Lau­fe der Zeit konn­te es Desk­top-Ver­bin­dun­gen und PCs unter­stüt­zen. Ether­net ist nicht zu ver­wech­seln mit Wifi – Ether­net nutzt Kabel zur Ver­bin­dung von Com­pu­tern und Gerä­ten. Fast jeder Ver­weis auf ein Netz­werk oder eine LAN-Ver­bin­dung ist Ethernet.

Grund­la­gen des Indus­tri­al Ethernet

Indus­tri­al Ether­net ist genau das, wonach es klingt – Ether­net, ange­wandt im Indus­trie­be­reich, was oft robus­te­re Steck­ver­bin­der und Kabel, vor allem aber einen bes­se­ren Deter­mi­nis­mus ver­langt. Für letz­te­ren nutzt Indus­tri­al Ether­net spe­zi­el­le Pro­to­kol­le in Ver­bin­dung mit Ether­net. Die weit ver­brei­te­ten Indus­tri­al-Ether­net-Pro­to­kol­le sind Pro­fi­net, Ethernet/IP, Ether­cat, Ser­cos III und Power­link. Indus­tri­al Ether­net ermög­licht Daten­über­tra­gungs­ra­ten von 10 Mega­bit bis 1 Giga­bit pro Sekun­de. Aller­dings ist 100 Mega­bit pro Sekun­de die am häu­figs­ten ver­wen­de­te Geschwin­dig­keit in Indus­tri­al-Ether­net-Anwen­dun­gen. Indus­tri­al Ether­net erfor­dert zusätz­li­che Über­le­gun­gen, wel­che zum Bei­spiel bei Ether­net-Sys­te­men für den Büro­ein­satz ent­fal­len kön­nen. Pro­duk­ti­ons­an­la­gen in Werks­hal­len sind hohen Tem­pe­ra­tu­ren, Erschüt­te­run­gen, Feuch­te, Staub und ande­ren Stör­quel­len wie hohe EMV-Belas­tun­gen ausgesetzt.
Indus­tri­al-Ether­net-Pro­to­kol­le wie Pro­fi­net und Ether­cat modi­fi­zie­ren Stan­dard-Ether­net gewis­ser­ma­ßen so, dass sicher­ge­stellt wird, dass spe­zi­fi­sche Pro­duk­ti­ons­da­ten nicht nur rich­tig gesen­det und emp­fan­gen wer­den, son­dern auch recht­zei­tig und genau dann, wenn es eine bestimm­te Ope­ra­ti­on ver­langt. Zum Bei­spiel kann eine Fla­schen­ab­füll­an­la­ge, wel­che Indus­tri­al-Ether­net-Auto­ma­ti­ons­tech­no­lo­gie nutzt, Abfüll­da­ten über das Netz­werk sen­den, um sicher­zu­stel­len, dass die Fla­schen wie geplant gefüllt wer­den. Sobald eine Fla­sche voll ist, wird ein ent­spre­chen­des Signal über das Netz­werk geschickt.
Eine sol­che Nach­richt ist in einer Büro­um­ge­bung weni­ger wich­tig. Falls eine Web­site nicht mehr reagiert, klickt der Anwen­der ein­fach die Aktua­li­sie­rungs­schalt­flä­che an. In einer Fabrik könn­te ein klei­nes Pro­blem jedoch eine Kata­stro­phe aus­lö­sen – in der Pro­duk­ti­on bleibt meist kei­ne Zeit, dass jemand den Feh­ler bemerkt und manu­ell einen Knopf drückt. Das Indus­tri­al-Ether­net-Auto­ma­ti­sie­rungs­netz­werk jedoch kann Feh­ler im Abfüll­pro­zess erken­nen und den Vor­gang auto­ma­tisch anhal­ten. Das ver­hin­dert, dass Zeit, Res­sour­cen und Geld ver­schwen­det werden.
Ether­net wird eher in Büro- als in Indus­trie­um­ge­bun­gen ein­ge­setzt. Office-Ether­net ist für einen Basis­ein­satz­le­vel aus­ge­legt, wäh­rend Indus­tri­al Ether­net für meh­re­re Ebe­nen in Erwä­gung gezo­gen und in der Schwer­indus­trie ein­ge­setzt wer­den kann. Indus­tri­al Ether­net kann Rau­schen in Fabrik­um­ge­bun­gen bes­ser hand­ha­ben, die Anfor­de­run­gen von Fabri­ken bes­ser erfül­len und eig­net sich für den Ein­satz in rau­en Umge­bun­gen. Außer­dem kann Indus­tri­al Ether­net bei Daten­kol­li­sio­nen in Fabrik­hal­len bes­ser reagieren.
Kabel und Steck­ver­bin­der kön­nen bei der Indus­tri­al-Ether­net-Tech­no­lo­gie auch vari­ie­ren. So wei­sen Steck­ver­bin­der für Indus­trie­um­ge­bun­gen kei­ne Schnapp­me­cha­nis­men auf. Auf­grund der raue­ren Umge­bung sind stär­ke­re Ver­rie­ge­lungs­me­cha­nis­men erfor­der­lich. Abge­dich­te­te Steck­ver­bin­der sind in Hoch­leis­tungs­an­wen­dun­gen häu­fig erfor­der­lich. Auch die Ver­ka­be­lung kann sich zwi­schen kom­mer­zi­el­lem oder Office Ether­net und Indus­tri­al Ether­net unter­schei­den. Light-Duty-Indus­trie­ka­bel kön­nen eine qua­li­ta­tiv höher­wer­ti­ge Umman­te­lung als nor­ma­le Ether­net-Kabel auf­wei­sen. Wie erwar­tet sind auch die Umman­te­lung von Hea­vy-Duty-Kabeln und das ver­wen­de­te Metall von höhe­rer Qua­li­tät, um sie län­ger­le­big zu machen.
Deter­mi­nis­mus ist ein wich­ti­ges Kri­te­ri­um bei der Defi­ni­ti­on von Indus­tri­al Ether­net und der Unter­schei­dung von Ether­net. Stan­dard-Ether­net ist für sich allei­ne nicht deter­mi­nis­tisch. Indus­trie­um­ge­bun­gen benö­ti­gen jedoch Deter­mi­nis­mus – sie ver­lan­gen, dass Daten­pa­ke­te zu bestimm­ten Zei­ten gesen­det und emp­fan­gen wer­den und brau­chen eine Garan­tie, dass Daten jedes Mal gelie­fert werden.
Das ist dar­auf zurück­zu­füh­ren, dass ein Ver­lust von Daten oder eine Ver­zö­ge­rung beim Daten­aus­tausch zwi­schen Equip­ment und Indus­trie­um­feld zur schwe­ren Feh­lern füh­ren kann – wie bei­spiels­wei­se eine Schwach­stel­le im Pro­duk­ti­ons­pro­zess. Die­se Infor­ma­ti­ons­über­tra­gung in Echt­zeit ist oft ein wich­ti­ges Ent­schei­dungs­kri­te­ri­um für Unter­neh­men, wenn es dar­um geht, wel­che Ether­net-Lösung ein­ge­setzt wer­den soll. Unter­neh­men müs­sen ihre spe­zi­el­len Anfor­de­run­gen ein­schät­zen und sich ent­schei­den, wel­che Ether­net-Lösung sich am bes­ten für ihre Orga­ni­sa­ti­on eignet.