Netzwerk-Ressourcen

Ist der Kollaps auf den Datenleitungen vorprogrammiert?

| Autor/ Redakteur: Matthias Himmler* / Sariana Kunze

Von dem Kampf um die Cloud wird viel berichtet. Doch wird die Frage vernachlässigt, welche negativen Auswirkungen die Daten-Sammel-Wut auf die Automatisierung haben könnte. Ist also ein Stau auf den Daten-Autobahnen unausweichlich?

Mit der zunehmenden Daten-Sammel-Wut sind produktionslähmende Daten-Staus und damit ein Kollaps auf den Datenleitungen vorprogrammiert.
Mit der zunehmenden Daten-Sammel-Wut sind produktionslähmende Daten-Staus und damit ein Kollaps auf den Datenleitungen vorprogrammiert.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Schlagwörter wie Cloud-Computing, Edge und Digitalisierung stehen nicht nur bei großen Konzernen auf der Agenda, sondern inzwischen auch bei immer mehr Mittelständlern sowie kleineren Unternehmen. Es dreht sich mehr um die Frage, wie Anlagen und Fabriken noch effizienter vernetzt werden können, wie Energiedaten aus Stromzählern ausgewertet oder wie Qualitätsdaten vom Sensor in der Cloud gespeichert werden können.

Unter den großen Anbietern macht sich eine Goldgräberstimmung breit, jeder will ein Stück vom Kuchen des wachsenden Marktes der Cloud-Infrastruktur. Das Misstrauen vieler Anwender gegenüber der Cloud flacht langsam ab. Doch während viel über die Sicherheit der eigenen Daten diskutiert wurde, wurde die Frage vernachlässigt, wie die Menge an Daten überhaupt in die Cloud kommt. Experten zufolge sei der Stau der Daten und damit ein Kollaps auf den Datenleitungen vorprogrammiert. Solche Daten-Staus haben negative Auswirkungen auf die Automatisierung, da Produktionen gelähmt werden oder sogar still stehen. Dieses Risiko kann sich kein Unternehmen leisten – aber was dagegen tun?

Mit digitalem Zwilling Datenverkehr simulieren

Mit der Digitalisierung geht ein deutlicher Anstieg des Datenaufkommens einher.
Mit der Digitalisierung geht ein deutlicher Anstieg des Datenaufkommens einher.
(Bild: Siemens)

Eine vorausschauende und gut durchdachte Daten-Verkehrsplanung ist die Lösung. Was momentan im Straßenverkehr unmöglich scheint, kann bei der Maschinen- und Anlagenplanung in die Realität umgesetzt werden. Um Datenengpässe zu vermeiden, ist nicht nur eine gewissenhafte Auswahl der eingesetzten Komponenten relevant, sondern auch eine geplante Topologie der Kommunikationsverbindungen. Dafür ist umfangreiches Fachwissen notwendig. Zudem wird es immer schwieriger, alle Abhängigkeiten und Einflussfaktoren richtig zu beurteilen und einschätzen zu können.

Im Automatisierungsumfeld gewinnen virtuelle Produkte als auch der digitale Zwilling von Automatisierungsabläufen sowie die Simulation des energetischen Verhaltens an Bedeutung. Warum also keinen digitalen Zwilling des Kommunikationsnetzwerkes erstellen? Noch vor der Maschinen- und Anlagenplanung ein konkretes Verständnis der zu erwartenden Kommunikationslast zu haben, anstelle im Nachgang kostenintensive strukturelle Änderungen in der realen Anlage vornehmen zu müssen. Dies bietet nicht nur die Sicherheit, potenzielle Produktionsausfälle zu vermeiden, sondern unterstützt den Planer auch, Netzwerke vorausschauend und für die Zukunft gerüstet auszulegen.

Netzwerke vorausschauend für die Zukunft auslegen

Ein Netzwerkplaner kann bei der Simulation und Berechnung von Automatisierungsanlagen und Profinet-Netzwerken unterstützen.
Ein Netzwerkplaner kann bei der Simulation und Berechnung von Automatisierungsanlagen und Profinet-Netzwerken unterstützen.
(Bild: Siemens)

Eine Möglichkeit stellt der Siemens Network Planer Sinetplan dar. Er ermöglicht die Simulation und Berechnung des Netzwerkes einer Anlage und kann so den Planer von Automatisierungsanlagen und Profinet-Netzwerken ab der Planungsphase unterstützen, beschreibt der Anbieter. Mit der neuen Version ist die Integration in den digitalen Planungs- und Engineering-Workflow gegeben. So können die Projektierungsdaten einer geplanten Automatisierungsanlage aus dem Engineering-System importiert und mittels des Datenaustauschformats „Automation ML“ (Automation Markup Language) übernommen werden und nach einer Simulation sowie möglichen Anpassung wieder exportiert werden.

Um komplexere Anlagen zu simulieren, können zudem beliebig viele Projekte aus dem Engineering-System oder mittels Automation ML importiert und miteinander verbunden werden. Mit den verfügbaren Templates für Daten, z. B. OPC UA Client-Server Kommunikation, oder durch selbst erstellbare Vorlagen können alle Kommunikationsaufkommen – die sogenannten Datenflüsse – angelegt werden. Im Fall der Anforderung, dass eine bestehende Anlage simuliert werden soll, kann eine Anlage gescannt werden. Nach der Aufzeichnung von Pcap-Dateien – Packet capture, eine freie Programmierschnittstelle – können diese analysiert und als Basis für eine Simulation verwendet werden.

Dadurch kann, obwohl nur an einer oder wenigen Stellen die Netzwerkdaten aufgezeichnet wurden, der Datenverkehr eines Netzwerkes simuliert werden. Auf diese Weise kann das geplante Netzwerk transparent virtuell dargestellt werden, um das Netzwerk zu optimieren, Netzwerkressourcen bestmöglich auszuschöpfen und Reserven einzuplanen. Um die Abnahme der Anlage transparenter zu machen, bietet Sinetplan die Möglichkeit, die Simulation zu dokumentieren. Dadurch besteht bereits in der Planungsphase Transparenz über zugelieferte Anlagenteile.

Drei Vorteile der intelligenten Netzwerksimulation:

  • Höhere Verfügbarkeit,
  • optimierte Netzwerkressourcen,
  • Netzwerkänderung bei Anlagenanpassung einsparen.

Mit intelligenter Netzwerksimulation lässt sich das Datenaufkommen auf Ethernet-Leitung simulieren und Switch-Ressourcen berechnen.
Mit intelligenter Netzwerksimulation lässt sich das Datenaufkommen auf Ethernet-Leitung simulieren und Switch-Ressourcen berechnen.
(Bild: Siemens)

Datenaufkommen auf Ethernet-Leitung simulieren und Switch-Ressourcen berechnen

Die Simulationssoftware soll intuitiv zu bedienen sein. Für die Berechnung werden verschiedene Parameter der Geräte, wie unter anderem das Switching-Verfahren oder die mögliche Datenübertragungsrate, zugrunde gelegt. Mittels dieser Parameter kann zum einen die durchschnittliche Bandbreitenauslastung und die Information über die Warteschlangen-Auslastung der Ports an den Geräten in einem analytischen Verfahren ermittelt werden. Beide Informationen werden dem Anwender angezeigt und über einstellbare Schwellwerte auch farblich für ein schnelles Identifizieren eventueller Probleme hervorgehoben.

Nach einer durchgeführten Analyse ist es möglich, den jeweiligen Datenverkehr im Netzwerk transparent darzustellen. Sobald ein Datenfluss markiert ist, wird dieser in der topologischen Ansicht visuell hervorgehoben und der Pfad kann von der Datenquelle zum Datenziel verfolgt werden. Somit ist es für Anwender möglich, bei Bedarf Informationen über alle vorhandenen Daten im Netzwerk zu erhalten. Mit der virtuellen Inbetriebnahme von Profinet-Netzwerken soll ein Planer von Automatisierungsanlagen schnell an sein Ziel kommen: eine zukunftsweisende Kommunikationsinfrastruktur. Laut Siemens kann mit einem Klick eine aus dem Engineering-System importierte Anlage simuliert und sowohl das Datenaufkommen auf der Ethernet-Leitung als auch die Switch-Ressourcen berechnet werden. So müssen sich weder Planer noch Betreiber Gedanken über Gefahren oder Auswirkungen auf die Automatisierung machen.

* Matthias Himmler, Produktmanager, Digital Industries, Factory Automation, Siemens

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