Lars Mickan, Business Development Manager, Renesas Electronics GmbH in Düsseldorf
Die Industrial-Ethernet-Protokolle haben sich im Bereich der Fabrik- und Prozessautomatisierung etabliert. Die Protokolle Profinet, Ethernet IP und Ethercat haben zusammen einen Marktanteil von 70 %. Der Markt für Industrial Ethernet im Bereich der industriellen Automatisierung wächst jedes Jahr um 20 % und hat bereits einen Anteil von weit über 50 % erreicht.
Warum Industrial Ethernet?
Im Vergleich zu herkömmlichen Feldbustechnologien haben die Ethernet-basierten Protokolle folgende Vorteile:
Mit der Einführung von Ethernet-basierten Kommunikationsprotokollen in der OT-Schicht wird die Verbindung zwischen OT- und IT-Kommunikation einfacher. Alle Daten aus dem Feld (OT-Schicht) werden in der IT-Schicht verfügbar. Dies ermöglicht zwar die Nutzung aller verfügbaren Daten aus dem Feld, konfrontiert die Entwickler aber auch mit neuen Herausforderungen wie Echtzeit-Ethernet und Netzwerksicherheit.
Die Echtzeit-Ethernet-Kommunikation muss auf dem IEEE-Standard 802.1 basieren und sollte die folgenden Bereiche abdecken – im Wesentlichen die verschiedenen Teile des TSN-Standards:
Auch Ethernet Security ist ein großes Thema, denn alle kritischen Teile der Automatisierungsanlage sind heute wie in der IT-Welt über Standard-Ethernet verbunden und zugänglich. Große Endanwender-Organisationen wie die Namur haben dieses Thema bereits erkannt und die Anforderungen spezifiziert (z. B. NE-153, IEC 62443 oder die Richtlinie VDI/VDE 2182).
Trennung von Anwendung und Kommunikation
Um die Vorteile von Industrial Ethernet schnell nutzen zu können, suchen viele Hersteller von Industrieanwendungen und -systemen nach Möglichkeiten, ihre Produkte mit einer geeigneten Schnittstelle auszustatten. Ein Problem dabei ist, dass sie zwar Know-how über die Anwendung haben, die Kommunikationsprotokolle aber nicht zu ihren Kernkompetenzen gehören. Daher ist es sinnvoll, die Anwendungs- und Kommunikationstechnologien zu trennen und über eine einfache, generische Schnittstelle zu verbinden. Dies ermöglicht es Systementwicklern, sich auf die Erstellung der Anwendung zu konzentrieren und sich nicht im Detail mit der Datenübertragung beschäftigen zu müssen.
Eine solche Lösung ist das RZ/N2L-basierte Modul von Renesas. Hierbei handelt es sich um ein Stamp-Modul, das als Komplettlösung für die speziellen Anforderungen von Industrial Ethernet (Profinet, Ethernet IP und Ethercat) mit Dual-Port-PHYs ausgelegt ist. Zusätzlich zu den Industrial-Ethernet-Protokollen unterstützt der RZ/N2L-Baustein durch seine integrierte Security-Crypto-Engine alle aktuellen Security-Features (wie Advanced Key Handling oder physikalisch isolierte Krypto-Operationen). Das Modul kann mit einem Standard-SMD-Pick&Place-Automaten auf der Trägerleiterplatte bestückt und im Reflow-Verfahren wie ein Standard-SMD-Bauteil verlötet werden. Der notwendige Speicher (RAM, Flash) für die Industrial-Ethernet-Protokolle ist auf dem Modul ebenso vorhanden wie die Spannungsversorgung (verschiedene Spannungen) für den Prozessor und den Speicher.
