"Mit der Scalance-XP-Serie decken wir ein breites Applikationsfeld ab."  Michael Kasper, Produktmanager in der Division Process Industries and Drives bei der Siemens AG in Nürnberg.

„Mit der Scalance-XP-Serie decken wir ein breites Applikationsfeld ab.“ Michael Kasper, Produktmanager in der Division Process Industries and Drives bei der Siemens AG in Nürnberg. Redaktion IEE

Herr Kasper, welche Applikationsszenarien unterstützt die Switch-Baureihe?

Michael Kasper: Die Scalance-XP-Baureihe unterstützt eigentlich alle Applikationen, in denen man auf Schaltschränke verzichten möchte, etwa weil sie an der Maschine im Weg stehen und den Platz für andere Maschinen belegen. Das sind Applikationen unterschiedlichster Couleur. Ein typisches Beispiel sind die Schweißroboter in der Automobilfertigung. Da werden IP65-Geräte eingesetzt, weil die Schweißzange wassergekühlt ist und die Schläuche durchaus auch mal platzen können. Oder Gepäckfördersysteme im Flughafen. Auch da gibt es eigentlich nie richtig Platz für einen Schaltschrank. Auch in allen anderen Bereichen, von Öl und Gas bis zum Transportwesen, sind IP65/67-Komponenten gefragt, nicht unbedingt wegen der Schutzart, sondern des robusten Aufbaus und der Anschlusstechnik wegen.

Ist die Baureihe als Portfolio-Abrundung in Richtung Steuerungen und dezentraler Peripherie in IP65/67-Aufbautechnik zu sehen?

Michael Kasper: Nach den S7-1500-CPUs, Umrichtern und dezentraler Peripherie ist das ein logischer Schritt. In der Vergangenheit waren wir hier vielleicht etwas opportunistisch und haben einfach mit einem Gerät begonnen. Inzwischen wird die IP65/67-Aufbautechnik immer mehr angenommen und wir erweitern unser Portfolio entsprechend; zum Start mit einem 8-Port-Gerät und mit einem 16-Port-Gerät. Später sehen wir dann, welche weiteren Funktionen und Schnittstellen noch sinnvoll sind. Aktuell haben wir ausschließlich Kupferschnittstellen implementiert; in Richtung Lichtwellenleiter könnte das Portfolio also noch wachsen.

Ist es denkbar, dass die Switche ein stückweit modularer werden, um die unterschiedlichen Anforderungen flexibel umsetzen zu können?

Michael Kasper: Die Modularität hatten wir zu Beginn der Spezifikationsphase auch auf dem Radarschirm. Im Gegensatz zu IP65, bei der die Geräte gegen Spritzwasser geschützt sind, lässt sich ein modularer Aufbau mit IP67 nur schwer kombinieren. IP67 bedeutet: dicht bei 1 m Wassertiefe über 30 Minuten. Für ein modulares System wäre das schon eine Herausforderung gewesen. Allenfalls in Richtung LWL kann ich mir eine gewisse Modularität auf Basis von SFPs – Small Formfactor Pluggables – vorstellen, um unterschiedliche LWL-Schnittstellen zu unterstützen.

Was macht die Switche für Bahnapplikationen so interessant?

Michael Kasper: Aufgrund ihrer schmalen Bauform und der M12-Anschlusstechnik können die Geräte eigentlich auch sehr gut in Zügen eingesetzt werden. Neben der Erfüllung der Bahn- und Brandschutznormen sind die Leiterplatten darüber hinaus lackiert (Conformal Coating) und verfügen über einen erweiterten Temperaturbereich sowie erhöhte Vibrations- und Schockresistenz. Das bietet auch für manchen Kunden in der Industrie klare Vorteile.

"Erweiterungen in Richtung LWL sind denkbar." Michael Kasper

„Erweiterungen in Richtung LWL sind denkbar.“ Michael Kasper Redaktion IEE

Bei Bahnapplikationen gibt es Bestrebungen, 2-Leiter-Ethernet zu nutzen. Ziel ist ein Technologiewechsel auf Ethernet, ohne die Verkabelung an den Strecken austauschen zu müssen. Ist diese Technologie auch angedacht, zumal Siemens die Technologie beherrscht?

Michael Kasper: Die Geräte-Serie fokussiert speziell auf Industrieapplikationen mit Profinetverkabelung. Gleichwohl eignet sie sich von den Eigenschaften her auch für die Bahnapplikationen sowie für Öl und Gas. Die 2-Leiter-Technik als Range-Extender in die IP65/67-Geräte zu implementieren, ist im Moment nicht vorgesehen. Jedoch haben wir bei anderen Scalance-X-Produktlinien die 2-Leiter-Technologie implementiert.

Wie sind die Geräte gehärtet, beispielsweise hinsichtlich Temperaturbeständigkeit?

Michael Kasper: Wir haben das Gehäuse so designt, dass es wie ein Kühlkörper über die gesamte Oberfläche Wärme abführen kann. Letztlich ist der Switch ein lüfterloser PC, der permanent arbeitet. Natürlich hat die Entwicklung die ganzen EMV-Normen, Vibrationsanforderungen, die Industriegeräte erfüllen müssen, beim Aufbau berücksichtigt. Und damit keine frühzeitigen Geräteausfälle auftreten, wurden die Switches bei der Entwicklung immer wieder HALT-Tests – Highly Accelerated Lifetime Tests – unterzogen. Diese Prüfungen gehen deutlich über die normal spezifizierten Grenzwerte hinaus und decken jede Schwachstelle rasch auf, etwa Hitze-Staus oder losgerüttelte Bauteile, die dann eliminiert wurden. So härten wir konsequent unsere Systeme, damit später im Feld keine Ausfälle auftreten.

In der Produktion ist Ausfallsicherheit generell ein wichtiger Aspekt – und damit auch Redundanzkonzepte. Welche Technologien unterstützen denn die Switches?

Michael Kasper: Der Switch XP-200 ist hinsichtlich der Funktionalität eine Weiterentwicklung der IP30-Produktlinien X-200 und X-300. Deren Funktionen sind in die Baureihen XC-200 in IP20 und XP-200 im IP65/67-Bereich zusammengefasst, die den Industriebereich abdecken. Dementsprechend unterstützen die Switches die Redundanztechnologie von Profinet, das ist das MRP (Media Redundancy Protocol) sowie das RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol).

Reichen diese Standardredundanz-Mechanismen mit ihren Umschaltzeiten aus? Oder steigen in Zukunft die Ansprüche?

Michael Kasper: Im Moment reichen die 200 ms Umschaltzeit von MRP aus. Natürlich gibt es neuere, schnellere Redundanzverfahren, die eine stoßfreie Redundanz ermöglichen. Diese Funktion ist vor allem eine Forderung der Energie-, Prozess- und Kraftwerksautomatisierung, die wir beispielsweise mit unseren Ruggedcom-Geräten erfüllen. Auch in speziellen Maschinenbauapplikationen wie der Papierbranche werden stoßfreie Umschaltzeiten immer wichtiger.

"Die Anordnung der Buchsen sorgt für eine saubere Leitungs­führung." Michael Kasper

„Die Anordnung der Buchsen sorgt für eine saubere Leitungs­führung.“ Michael Kasper Redaktion IEE

Ist es Technologie-bedingt oder eine Markt-strategische Überlegung, warum die HSR-Redundanz nicht implementiert ist?

Michael Kasper: In der Industrie besteht die Anforderung nicht wirklich, die High-Speed-Redundanz einzubauen. Sicherlich wäre das über Zusatzanschlussboxen machbar. Aber es bedeutet immer auch Aufwand, ein doppeltes Netzwerk in der Anlage zu installieren. Oft reicht in der Industrie ein normales Netzwerk mit Ringstruktur.

Wird diese einfache Redundanz im Feld überhaupt in der Breite genutzt?

Michael Kasper: Meines Erachtens ja – vor allem in größeren Anlagen und übergeordneten Netzwerken, bei denen eine Störung die gesamte Anlage lahmlegt. Auch in der Prozessautomatisierung genügt diese einfache Redundanz, da hier nicht die Zeit, sondern die Verfügbarkeit das Hauptkriterium ist.

Gibt es eigentlich noch die Grabenkämpfe ums Netzwerk zwischen der IT und den Automatisierern?

Michael Kasper: Das wird weniger. Aber es besteht einfach ein anderer Anspruch an ein Industrienetzwerk als an ein Büronetzwerk. Bei einer Produktion im 3-Schicht-Betrieb muss das Netz rund um die Uhr verfügbar sein. Und es muss auch jemand da sein, der sich im Notfall um diese Applikation kümmern kann. Im Büro-Umfeld ist in der Regel von 8 bis 18 Uhr Betrieb und wenn es mal klemmt, dann ist das nicht ganz so schlimm. Auch die Reaktionszeiten dürfen etwas länger sein im Gegensatz zur Automobilfertigung. Wenn hier das Band fünf Minuten steht, eskaliert das hoch bis zur Werksleitung.

Wie ist denn der Kenntnisstand im Markt bezüglich Ethernet, was die Installationstechnik, Projektierung und den späteren Betrieb betrifft?

Michael Kasper: Der Kenntnisstand steigt mit der Anzahl Applikationen, die von Profibus auf Profinet migrieren. Das zwingt die Anwender einfach, sich mit dem Thema Ethernet auseinanderzusetzen. Wir unterstützen hier mit diversen Kursen – und das schon seit Jahren. Auch auf der Profinet-Homepage gibt es genügend Dokumente, Inbetriebnahme-Leitfäden oder Installations-Leitfäden, um sich schnell einzuarbeiten.

Wie sieht es mit dem Security-Know-how aus?

Michael Kasper: Security müssen auch die Automatisierer immer mehr beachten. Daran geht kein Weg vorbei. Schließlich entstehen durchgängige Netzwerke, bei denen darauf zu achten ist, wer wohin darf und was derjenige dann machen darf. Unsere Geräte unterstützen die Security-Maßnahmen durch Passwortschutz, Verschlüsselungsmechanismen im Netz und eingeschränkte Zugänge zum Gerät. Wir haben auch die Möglichkeit, Strukturen im Gerät zu hinterlegen. Unbekannte Personen oder Geräte werden dann in einen Bereich geleitet, wo sie nichts beeinflussen und anstellen können. Das Problem: Anwender sollten diese Funktionen auch nutzen und damit umgehen können. Auch hier steht eine Menge Unterstützung bereit, in Form von Security-Trainings.

Für mich noch mal zum Verständnis. Was ist der Unterschied zwischen den Layer-2- und Layer-3-Switches?

Michael Kasper: Bei einem Layer-2-Switch ist die Netzstruktur flach: Alle Teilnehmer, alle Switches sind im gleichen Netzwerk. Mit einem Layer-3-Switch, lässt sich das Netzwerk strukturieren, abgetrennte Bereiche schaffen, die nur über eine definierte Verbindung kommunizieren können. So bleiben große Netzwerke, etwa in der Automobil-Produktion mit Tausenden von Teilnehmern, immer noch beherrschbar.

Wie werden die Switche denn parametriert?

Michael Kasper: Die Parametrierung erfolgt entweder direkt über die Weboberflächen oder über das TIA-Portal, in das die Switche ebenfalls eingebunden sind. Unterstützen kann hierbei auch die Netzwerkmanagement-Software Sinema Server. Der Automatisierer muss die ihm bekannte Welt also nicht verlassen.

"EtherNet/IP unterstützen wir schon immer – jetzt zeigen wir das auch im Produktkatalog." Michael Kasper

„EtherNet/IP unterstützen wir schon immer – jetzt zeigen wir das auch im Produktkatalog.“ Michael Kasper Redaktion IEE

Gibt es wegen des geschlossenen Aufbaus eigentlich Performanceunterschiede zu den Schaltschrankversionen in IP20?

Michael Kasper: Hinsichtlich Kommunikations-Performance gibt es keine Unterschiede. Lediglich bei der Hardware und damit auch bei den Kosten unterscheiden sich die IP20- von den IP65/67-Versionen voneinander. Schließlich müssen wir ebenso den Anforderungen eines Serienmaschinenbauers mit hohem Kostendruck gerecht werden wie dem Anlagenbauer mit ganz speziellen Anforderungen seitens der Anlage.

Deshalb auch die Unterstützung von Ethernet/IP zum Verkaufsstart? Für mich ein ungewöhnlicher Schritt.

Michael Kasper: Als weltweit aktiver Anbieter von Netzwerktechnik trifft man auch auf Ethernet/IP-Installationen, überwiegend auf der anderen Seite des Atlantiks. Anlagenbauer müssen eben für den ein oder anderen US-amerikanischen Kunden Ethernet/IP installieren, wenn sie dorthin verkaufen wollen. Bis dato wusste nur derjenige, der sich die Gerätefunktionen angesehen hat, dass die Siemens-Switche auch Ethernet/IP sprechen. Für viele OEMs oder Kunden in den USA ergab die Suche nach Ethernet/IP-Komponenten auf der Siemens-Homepage aber keine Treffer. Das haben wir jetzt geändert und halten einige Gerätetypen als vorkonfigurierte Ethernet/IP-Varianten mit eigener Bestellnummmer und Zertifikat auf der Siemens-Mall vor.

Haben die Geräte dann eine andere Firmware?

Michael Kasper: Noch nicht mal eine andere Firmware. Es sind lediglich die Grundfunktionen anders zu konfigurieren. Das muss der Anwender jetzt nicht mehr selbst machen.

Wenn wir gerade bei den Varianten sind, es gibt ja verschiedene Spezifikation oder Ausprägungen der Switche mit der X- und der D-Codierung.

Michael Kasper: Bei den IP-20-Geräten gibt es den RJ45-Stecker mit acht Kontakten, die je nach Übertragungsrate wahlweise mit vier oder acht Leitungen belegt werden. Beim M12-Steckverbinder gibt es verschiedene Codierungen je nach Applikation: Bei Profinet die M12-A-Codierung für Energie und die D-Codierung mit vier Pins für Ethernet 10/100 Mbit/s. Für Gigabit-Ethernet gab es in der Vergangenheit nur proprietäre Ausprägungen am Markt, beispielsweise mit A-Codierung 8-polig. Aber das waren in der Regel Signalsteckverbinder, die für die Datenkommunikation zweckentfremdet wurden, und die Zertifizierung beziehungsweise die Spezifikationen für Gigabit-Ethernet nicht wirklich eingehalten haben. Deswegen wurde ein Stecker mit X-Codierung entwickelt, der diese Performance bis 10 Gigabit/s gewährleistet. Sicher, in der Industrie überwiegen noch Installationen mit 10/100 Mbit/s. Aber sollten einmal diese Ports knapp werden, kann man ohne Probleme das Kabel auf einen X-Stecker auflegen und einen der Gigabit-Ethernet-Anschlüsse nutzen.

"Hinsichtlich Performance stehen die IP 65/67-Produkte den IP20-Versionen in Nichts nach." Michael Kasper

„Hinsichtlich Performance stehen die IP 65/67-Produkte den IP20-Versionen in Nichts nach.“ Michael Kasper Redaktion IEE

Gibt es auch gewinkelte Stecker?

Michael Kasper: Die Bauhöhe und abgewinkelte Stecker sind der Grund für die spezielle Anordnung der Buchsen – nicht wie so häufig untereinander in einer Linie, sondern versetzt. Durch diesen Aufbau entsteht gleichzeitig eine geordnete Leitungsführung. Schließlich sind die Geräte frei in der Anlage montiert, ohne Kabelkanäle in der Nähe. Bei gewinkelten Steckern laufen alle Leitungen schön nach unten weg. Und es steht kein Stecker ab, der aus Unachtsamkeit abgerissen werden könnte.

Wie ist denn der Verfügbarkeitsstatus?

Michael Kasper: Die Geräte sind zur SPS IPC Drives verfügbar. Besuchen Sie uns doch auf dem Siemens-Messesstand.

Aussteller SPS IPC Drives 2016: Halle 11, Stand 100