EtherNet/IP^®

Die Verdrahtungsmethode bei EtherNet/IP^® basiert auf Standard-Ethernet-Technologie und verwendet in der Regel Cat5e- oder Cat6-Kabel sowie RJ45- oder im industriellen Umfeld standardisierte M8- oder M12-Steckverbinder. Die typische Netzwerktopologie ist eine Sternstruktur mit Switches, wobei auch Linien- oder Ringtopologien möglich sind, um Redundanz und Ausfallsicherheit zu gewährleisten. Für eine hohe Verfügbarkeit wird häufig die Device-Level-Ring-Technologie (DLR) eingesetzt, die bei Kabelbruch eine schnelle Umschaltung ermöglicht. Dabei sind Geräte in einem Ring verbunden, sodass bei einem Ausfall einer Verbindung, der Datenverkehr automatisch über den anderen Weg läuft. EtherNet/IP^® unterstützt Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (keine klassische Busstruktur) und kann optional „Power over Ethernet“ (PoE) nutzen, um Geräte über das Kommunikationskabel mit Spannung zu versorgen. Insgesamt sorgt diese Verdrahtungsmethode für eine flexible Kommunikation in industriellen Netzwerken.

Das Besondere am Kommunikationsprotokoll EtherNet/IP^® ist die Kombination aus Offenheit, Standardisierung und industrieller Echtzeitfähigkeit.

• Offener Standard auf Basis von Ethernet
  Das Protokoll nutzt die weltweit etablierte Ethernet-Technologie (IEEE 802.3) und ist dadurch mit IT-Netzwerken kompatibel.
• CIP-Integration
  EtherNet/IP^® verwendet das Common Industrial Protocol (CIP), das eine einheitliche Datenstruktur und Dienste für Steuerung, Diagnose und Konfiguration bietet – das erleichtert Interoperabilität zwischen Geräten.
• Skalierbarkeit und Flexibilität
  Geeignet für kleine Maschinen bis hin zu großen Produktionsanlagen, unterstützt sowohl Echtzeitsteuerung als auch Industrie 4.0 Anwendungen.
• Integration von IT und OT
  Es verbindet die Automatisierungsebene (Sensoren, SPS) mit Unternehmensnetzwerken, was Datenanalyse, Monitoring und Optimierung ermöglicht.
• QoS (Quality of Service) bei EtherNet/IP^®
  Bei Verwendung von QoS unterstützenden Switches oder Routern kann der Datenverkehr priorisiert werden, was die Performance in industriellen Netzwerken erhöht.

EtherNet/IP^® unterstützt zwei Kommunikationsarten

• Explizite Nachrichten (TCP/IP) für Konfiguration und Diagnose.
• Implizite Nachrichten (UDP) für schnelle, zyklische Echtzeitdaten.

QoS-Datenpriorisierung

QoS ist eine Netzwerkfunktion, die Datenverkehr priorisiert, damit wichtige Daten bevorzugt übertragen werden. Das ist besonders relevant, wenn verschiedene Datenarten gleichzeitig über dasselbe Netzwerk laufen.

Ohne QoS könnten zeitkritische Steuerungsdaten verzögert werden, wenn das Netzwerk ausgelastet ist (z. B. durch große Dateien oder IT-Datenverkehr).

• Steuerungsdaten (UDP) erhalten eine höhere Priorität als Diagnose- oder IT-Daten.
• Switches und Router müssen QoS unterstützen, um diese Priorisierung umzusetzen.

Somit stellt QoS sicher, dass die Echtzeitkommunikation stabil bleibt, auch wenn das Netzwerk stark belastet ist.

Die implizite Nachrichtenübertragung bei EtherNet/IP^® ist ein zentraler Mechanismus für die Echtzeitkommunikation zwischen Steuerungen (z. B. SPS) und Feldgeräten (Sensoren, Aktoren).

• Dies sind zyklische Echtzeitdaten, die für die Steuerung von Prozessen benötigt werden.
• Werden über UDP übertragen, um eine schnelle, verbindungslose Kommunikation zu ermöglichen.
• Der Inhalt ist vordefiniert (z. B. Sollwert, Istwert), sodass keine zusätzliche Information wie bei expliziten Nachrichten nötig ist.

Bei EtherNet/IP^® gibt es zwei Arten innerhalb der impliziten Nachrichtenübertragung, die sich nach Verbindungsart unterscheiden:

1. Exclusive Owner-Verbindung

• Definition:
  Eine Steuerung (Controller) hat die exklusive Kontrolle über die Ausgänge eines Geräts (Adapter).
• Eigenschaften:
  - Nur diese Steuerung darf die Ausgänge schreiben.
  - Andere Steuerungen können höchstens eine Listen-Only-Verbindung aufbauen (nur lesen, nicht schreiben).

2. Input-Only-Verbindung

• Definition:
  Die Steuerung empfängt nur Eingangs-/Statusdaten vom Gerät, ohne Ausgänge zu steuern.
• Eigenschaften:
  - Keine Schreibrechte auf Ausgänge.
  - Mehrere Steuerungen können gleichzeitig Input-Only-Verbindungen zu einem Gerät haben.

Beide Verbindungsarten sind Teil des CIP-Objektmodells und werden bei der Einrichtung der impliziten UDP-Verbindung definiert.

Sie regeln, wer welche Daten lesen oder schreiben darf, um Konflikte in der Steuerung zu vermeiden.

EDS-Dateien (Electronic Data Sheets) sind standardisierte Textdateien, die die Eigenschaften eines Geräts in industriellen Netzwerken wie EtherNet/IP^® beschreiben. Sie enthalten Informationen wie Herstellerdaten, Kommunikationsparameter, unterstützte Funktionen und die Struktur der I/O-Daten. Diese Dateien ermöglichen es Engineering-Tools und Steuerungen, Geräte automatisch zu erkennen und korrekt zu konfigurieren. Ohne EDS-Dateien ist eine vollständige Integration oft nicht möglich. Sie sind von der ODVA standardisiert und spielen eine zentrale Rolle bei der Interoperabilität in CIP-basierten Netzwerken.

Explizite Nachrichtenübertragung bei EtherNet/IP^®

Explizite Nachrichtenübertragung bei EtherNet/IP^® bezeichnet die Kommunikation, bei der Daten gezielt und punktuell zwischen einem Client (Scanner) und einem Server (Adapter) ausgetauscht werden. Sie wird vor allem für nicht-zeitkritische Steuerungsdaten oder Konfigurationsinformationen genutzt. Im Gegensatz zur impliziten Übertragung (für zyklische Echtzeitdaten) erfolgt die explizite Kommunikation auf Anfrage.

Funktionsweise:

Ein Client (z. B. Steuerung) sendet eine gezielte Anfrage über TCP/IP an ein Gerät, um bestimmte Informationen zu lesen oder zu schreiben. Diese Anfrage adressiert ein CIP-Objekt (Class, Instance, Attribute). Das Gerät verarbeitet die Anfrage und antwortet mit einer entsprechenden Antwortnachricht. Die Kommunikation ist punktuell, nicht zyklisch und wird für Konfiguration, Diagnose oder Parametrierung genutzt – nicht für Echtzeitdaten.