Ein Industrie-Ethernet-Switch ist mehr als ein kleines Gerät, das Pakete zwischen Ports in einem Produktionsnetzwerk weiterleitet. Werden die Anordnung im Schaltschrank, die Führung der Feldkabel, die Datenrate, die elektromagnetische Umgebung, die Versorgungskontinuität und das Wartungskonzept nicht gemeinsam betrachtet, kann selbst ein Switch mit der richtigen Portanzahl zur Schwachstelle des Projekts werden. Das aktuelle HARTING-Produktportfolio umfasst insbesondere die Familien Ha-VIS eCon 2000 und 3000 sowie Ausführungen für den Schaltschrank, für den Feldeinsatz und mit Single Pair Ethernet-Anbindung. Diese Vielfalt erfordert, die Auswahl nicht allein auf die Frage „Wie viele Ports werden benötigt?“ zu reduzieren.
Dieser Katalog und Auswahlleitfaden wurde erstellt, um HARTING Industrie-Ethernet-Switches den tatsächlichen Anforderungen eines Automatisierungsprojekts zuzuordnen. Während die Familienbezeichnungen die grundsätzliche Bauform und Einsatzrichtung angeben, unterscheiden sich Portanzahl, Fast-Ethernet- oder Gigabit-Ethernet-Klasse, Kupfer- oder Glasfaserschnittstelle, PoE-Funktion, Temperatur, Schutzart und Versorgungsdaten je nach Bestellnummer. Zahlenbeispiele im Text beziehen sich ausschließlich auf das ausdrücklich genannte Produkt; sie dürfen nicht als gemeinsame Merkmale aller Modelle derselben Serie betrachtet werden. Der endgültige Produktcode muss anhand des aktuellen Datenblatts, der Montageanleitung und der Netzwerk-Abnahmekriterien überprüft werden.
Definieren Sie die Netzwerkaufgabe vor der Produktfamilie
Vor Beginn der Switch-Auswahl sollten die Netzwerkknoten und Datenflüsse aufgezeichnet werden. Die Verbindungen von PLC, dezentralen I/O, HMI, Antrieben, Robotern, Kameras, Engineering-Stationen und übergeordneten Systemen weisen nicht alle dieselbe Verkehrscharakteristik auf. Für jede Verbindung sind Protokoll, erwartetes mittleres und maximales Datenaufkommen, Latenztoleranz, Portgeschwindigkeit, physisches Übertragungsmedium und die Folgen eines Ausfalls zu dokumentieren. Kamerabilder benötigen hohe Bandbreiten, während zyklischer I/O-Verkehr mit kleineren Paketen, aber vorhersehbarem Zeitverhalten arbeiten kann. Ohne diese Unterscheidung kann die gewählte Gesamtbandbreite auf dem Papier ausreichend erscheinen, während das Verhalten des kritischen Datenverkehrs unklar bleibt.
Die Entscheidung für eine Stern-, Linien- oder Mischtopologie sollte gemeinsam mit der physischen Maschinenanordnung, den Kabellängen und der Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten getroffen werden. Zwei Versorgungsklemmen an einem Gerät oder eine ringförmige Netzwerkdarstellung gewährleisten nicht automatisch Redundanz. Die vom Switch unterstützten Funktionen, das Verhalten der Endgeräte und die zulässige Wiederherstellungszeit nach einem Fehler sind gesondert zu überprüfen. Die in diesem Leitfaden gezeigten eCon-Beispiele sind Unmanaged Switches. Werden VLAN, SNMP, Port-Spiegelung, ein verwaltetes Ringprotokoll oder eine detaillierte Sicherheitsrichtlinie benötigt, muss die Managementanforderung als eigener technischer Punkt festgehalten und geprüft werden, ob das auszuwählende Produkt diese Funktionen tatsächlich bietet.
Ha-VIS eCon 2000: flaches Gehäuse und frontseitiger Kabelzugang
HARTING positioniert die Familie Ha-VIS eCon 2000 als Unmanaged Ethernet-Switches mit flachem Gehäuse. Laut offizieller Übersichtsseite umfasst die Familie Ausführungen mit bis zu 16 Ports bei Fast Ethernet und bis zu sieben Ports bei Full Gigabit; Varianten mit RJ45- und Glasfaseranschlüssen sowie PoE+ bei bestimmten Produkten sind verfügbar. Diese Angaben beschreiben das Spektrum der Familie und bedeuten nicht, dass alle Merkmale in einem einzigen Gerät vereint sind. Das flache Gehäuse kann in Schaltschränken hilfreich sein, in denen die Tiefe vor der DIN-Schiene begrenzt ist, entlang der Schiene jedoch horizontaler Platz zur Verfügung steht. Frontseitige Ports können den Zugang bei Installation und Service erleichtern; dennoch müssen Kabelstecker, Biegeradius und Abstand zur schließenden Schaltschranktür in der dreidimensionalen Anordnung überprüft werden.
Ein konkretes Beispiel ist der Ha-VIS eCon 2050BT-A, 24 02 005 0000, der auf der HARTING-Produktseite als Unmanaged Fast-Ethernet-Switch mit fünf 10/100 Mbit/s RJ45-Ports beschrieben wird. Die Nennversorgung des Produkts beträgt 24 oder 48 V DC, die Betriebstemperatur liegt zwischen −40 und +70 °C, die Schutzart im gesteckten Zustand ist IP30. Dieselbe Seite nennt die DIN-Schienenmontage, Twisted-Pair-Verbindungen bis zu 100 Metern und das Fehlen von PoE. Diese Angaben gelten nicht für die gesamte Familie eCon 2000, sondern nur für diese Bestellnummer. Insbesondere für die Standardtemperaturvariante, das Gigabit-Modell oder die PoE-Ausführung ist das jeweilige Datenblatt zu lesen.
Ha-VIS eCon 3000: schmale Bauform und Anschlussvielfalt
Die Familie Ha-VIS eCon 3000 zeichnet sich durch ein schmales Gehäusekonzept aus, das auf eine hohe Packungsdichte entlang der DIN-Schiene ausgelegt ist. Laut HARTING-Übersicht bietet diese Familie Ausführungen mit bis zu zehn Ports bei Fast Ethernet und bis zu sieben Ports bei Full Gigabit. In der Produktliste finden sich RJ45-, Glasfaser- und SFP-basierte Varianten; einige Produkte sind mit PoE+, andere mit erweitertem Temperaturbereich ausgeführt. Die Bezeichnung „schmal“ bedeutet nicht automatisch eine Platzersparnis in jedem Schaltschrank. Frontseitiger oder oberseitiger Kabelabgang, Luftzirkulation benachbarter Geräte, Schraubendreherzugang zu den Klemmen und die zulässige Biegung der Glasfaser müssen bei der Schienenanordnung gemeinsam untersucht werden.
Ha-VIS eCon 3043GBT-AC, 24 03 404 3300 ist laut Produkteintrag ein Beispiel für gemischte Kupfer- und Glasfaser-Uplink-Anforderungen. HARTING führt dieses Modell als Unmanaged Full-Gigabit-Ethernet-Switch mit insgesamt sieben Ports, vier 10/100/1000 Mbit/s RJ45-Ports und drei 1000 Mbit/s Mini-GBIC-Steckplätzen; auch die Nennversorgung von 24/48 V DC und der Betriebsbereich von −40 bis +70 °C beziehen sich auf dieses Produkt. Wird das SFP-Modul separat ausgewählt, müssen Glasfasertyp, Wellenlänge, Singlemode-/Multimode-Ausführung, Steckverbinder, optisches Leistungsbudget und Switch-Kompatibilität innerhalb derselben Produktstückliste überprüft werden. Ein vorhandener SFP-Steckplatz bedeutet nicht, dass jedes optische Modul verwendet werden kann.
Der Datenverkehr bestimmt die Entscheidung für Fast Ethernet, Gigabit und Glasfaser
Fast Ethernet kann für eine Sensorzelle oder eine Maschine mit begrenztem Datenaufkommen ausreichen; bei hochauflösenden Kameras, umfangreichen Rezeptübertragungen, großen Projektsicherungen oder Datenverkehr zu übergeordneten Systemen kann jedoch eine Gigabit-Verbindung erforderlich sein. Die Entscheidung sollte nicht allein anhand der angegebenen Geschwindigkeit jedes Ports getroffen werden. Zu bewerten sind das gesamte Switching-Verhalten des Switches, gleichzeitig aktive Datenströme, Paketgrößen und die Verkehrsbündelung am Uplink. Ein Unmanaged Switch segmentiert Verkehrsklassen nicht automatisch nach den Prioritäten des Projekts. Statt das kritische Steuerungsnetzwerk mit hochvolumigem Bild- oder Büroverkehr in einer gemeinsamen Broadcast-Domäne zusammenzufassen, sollten die Zellenarchitektur und die Auslegung der übergeordneten Netzwerkebene überprüft werden.
Bei einer Kupfer-Ethernet-Verbindung wird die Übertragungskanalklasse nicht allein durch den Switch-Port bestimmt; Kabel, Steckverbinder an beiden Enden, Schaltschrankdurchführungen und Feldmontage werden gemeinsam geprüft. Bei großen Entfernungen, starken elektromagnetischen Einflüssen oder dem Ziel einer galvanischen Trennung kann Glasfaser in Betracht gezogen werden. Die Wahl von Glasfaser kann Störungsprobleme verringern, doch verschmutzte Stirnflächen, ein falsches SFP, übermäßige Biegung und ein unzureichendes optisches Leistungsbudget schaffen neue Fehlerquellen. Nach Abschluss der Installation liefert eine Prüfung des Kupferkanals oder eine optische Leistungsmessung einen zuverlässigeren Abnahmenachweis als eine Sichtprüfung der Verbindung.
Berechnen Sie PoE und Versorgung als zwei getrennte Budgets
Ein PoE-fähiger Switch kann Kameras, Access Points oder andere kompatible Endgeräte über das Datenkabel mit Strom versorgen und dadurch separate Feldversorgungen reduzieren. Die Angabe „PoE+ vorhanden“ allein reicht jedoch nicht aus. Die von jedem Port unterstützte Klasse, das gesamte PoE-Budget des Switches, die Leistungsaufnahme der angeschlossenen Geräte beim Start und im ungünstigsten Betriebsfall, die Versorgungsspannung und temperaturabhängige Grenzwerte müssen verglichen werden. Es darf nicht angenommen werden, dass alle Ports gleichzeitig die maximale Leistung abgeben können. PoE-Funktion und Leistungsbudget der gewählten HARTING-Produktnummer müssen ausdrücklich anhand des Datenblatts überprüft werden.
Für die eigene 24/48 V DC-Versorgung des Switches sind Spannungstoleranz, Strom, Klemme oder Stecker, Verpolschutz, Überstromschutz und Erdungskonzept zu prüfen. Ist eine redundante Versorgung gefordert, sollte nicht lediglich eine zweite Leitung verlegt, sondern geprüft werden, ob die Quellen tatsächlich unabhängig sind. Sind beide Leitungen an dieselbe Sicherung, dasselbe Netzteil oder dieselbe Verteilerklemme angeschlossen, bleibt ein gemeinsamer Ausfallpunkt bestehen. Spannungsfall, Stromkreisschutz und thermische Schaltschrankberechnung müssen unter Einbeziehung der PoE-Last erfolgen.
M12-Switch für den Feldeinsatz und Schutzart
Für Bereiche im unmittelbaren Umfeld außerhalb des Schaltschranks, mit Vibrationen oder mit Staub- und Feuchtigkeitsbelastung können feldorientierte Produkte wie Ha-VIS eCon 4000 und 7000 in Betracht gezogen werden. Beispielsweise ist der Ha-VIS eCon 4080-B1, 20 77 208 3001 laut offizieller Liste ein Unmanaged Fast-Ethernet-Switch mit acht D-kodierten M12-Ports mit 10/100 Mbit/s, einer Nennversorgung von 24/48 V DC und einem Betriebsbereich von −40 bis +70 °C. Ha-VIS eCon 7050-B1, 20 70 305 3943 wird hingegen mit fünf D-kodierten M12-Fast-Ethernet-Ports und der Schutzart IP65/IP67 im gesteckten Zustand aufgeführt.
Die IP-Angabe in diesen Beispielen gilt nicht für offene Ports. Der kompatible Kabelsteckverbinder muss mit dem richtigen Drehmoment verbunden, ungenutzte Ports müssen mit geeigneten Abdeckungen verschlossen und die gesamte Montage muss nach Herstelleranleitung ausgeführt werden. D-kodierte M12-Fast-Ethernet- und X-kodierte Gigabit-Schnittstellen unterscheiden sich mechanisch und elektrisch; selbst bei gleicher Portanzahl können sie nicht gegeneinander ausgetauscht werden. Anforderungen hinsichtlich Reinigungschemikalien, UV, Korrosion, Vibration und Stoß werden nicht allein durch die IP-Kennzahl abgedeckt; Werkstoffe, Zulassungen und der Umfang der Umweltprüfungen des ausgewählten Produkts sind gesondert zu prüfen.
Bewerten Sie Single Pair Ethernet im Rahmen der Migrationsarchitektur
Die Ha-VIS eCon 3000 SPE-Optionen im HARTING-Produktportfolio übernehmen Verteilungs- oder Medienkonvertierungsaufgaben zwischen klassischem mehrpaarigem Ethernet und Single Pair Ethernet-Feldverbindungen. Beispielsweise wird der Ha-VIS eCon 3026 GBT-AT1-SPE, 24 05 402 6400 auf der offiziellen Produktseite als Unmanaged Gigabit-Ethernet-Switch mit insgesamt acht Ports, einer Nennversorgung von 24/48 V DC und einem Betriebsbereich von −40 bis +70 °C beschrieben. Die Porttypen, der T1-Verbindungsstandard, die Kompatibilität mit der Gegenstelle und die Kabellänge dieses Produkts müssen anhand der Portdetails auf der aktuellen Seite überprüft werden.
SPE bedeutet nicht lediglich, die Aderzahl eines RJ45-Kabels zu reduzieren. Physikalische Schicht, Steckverbinder, Kabelimpedanz, Schirmung, Anforderungen an die Leistungsübertragung und Unterstützung durch das Gerät der Gegenstelle bilden ein Kanalsystem. Es darf nicht angenommen werden, dass ein vorhandener Sensor- oder PLC-Port direkt kompatibel ist. Wird ein Medienkonverter eingesetzt, sind die Geschwindigkeit auf beiden Seiten, Latenz, Fehlerverhalten und Reaktion bei Versorgungsausfall in die Abnahmeprüfung aufzunehmen. Beim Umstieg auf neue Technologien müssen auch Ersatzteile und die Prüfausrüstung des Serviceteams vor Ort in den Projektumfang einbezogen werden.
| Projektanforderung | Zu bewertende HARTING-Lösung | Anhand des Produktcodes zu überprüfende Angaben |
|---|---|---|
| Schaltschrank mit begrenzter Tiefe, frontseitige Verkabelung | Ha-VIS eCon 2000-Varianten mit flachem Gehäuse | Portanzahl und -geschwindigkeit, RJ45/Glasfaser, PoE, Temperatur, Versorgung und Abmessungen |
| Schmale Anordnung entlang der DIN-Schiene | Ha-VIS eCon 3000-Varianten mit schmalem Gehäuse | Kupfer-/SFP-Aufteilung, Uplink, Kabelabgang, thermischer Freiraum und Zulassungen |
| M12-Feldanschluss außerhalb des Schaltschranks | Entsprechendes eCon 4000- oder 7000-Produkt | D/X-Kodierung, Fast/Gigabit, IP-Schutzart im gesteckten Zustand, Temperatur und Montage |
| Anbindung von SPE-Feldgeräten an das übergeordnete Netzwerk | eCon 3000 SPE-Switch oder Medienkonverter | Physikalische Portausführung, T1-Standard, Geschwindigkeit, Kabellänge und Kompatibilität mit der Gegenstelle |
| Glasfaser-Uplink oder lange/störbelastete Kabelstrecke | eCon-Variante mit Glasfaserports oder SFP-Steckplätzen | SFP-Kompatibilität, Glasfasertyp, Wellenlänge, optisches Leistungsbudget und Steckverbinder |
| Versorgung einer Kamera oder eines Access Points über das Kabel | Spezifische Variante mit PoE/PoE+-Unterstützung | Klasse je Port, Gesamtleistungsbudget, Versorgungsquelle und temperaturabhängiges Derating |
Inbetriebnahme- und Diagnoseplan
Auch wenn ein Unmanaged Switch nach dem Prinzip „Plug-and-Play“ arbeitet, ist eine Netzwerkvalidierung erforderlich. Gemessen werden sollten die ausgehandelte Geschwindigkeit und der Duplexmodus jedes Ports, der Fehlerstatus bei zugänglichen Fehlerzählern, die Ende-zu-Ende-Latenz, Paketverluste und das Verhalten bei Spitzenlast. Tests zum Aus- und Wiedereinschalten der Versorgung, die erneute Verbindungsaufnahme der PLC, die Wiederherstellung der Kameradatenströme und das Verhalten der Sitzungen mit übergeordneten Systemen sind zu dokumentieren. LED-Anzeigen sollten in der Wartungsanleitung erläutert werden; welcher Port welches Gerät versorgt und verbindet, muss sowohl im Schaltplan als auch auf der Beschriftung ersichtlich sein.
Wenn das unmanaged Gerät keine lokalen VLAN- oder portbasierten Zugriffsregeln unterstützt, müssen Sicherheit und Segmentierung auf dem übergeordneten managed Switch, Router oder der Firewall eingerichtet werden. Der Zugang zu ungenutzten physischen Ports wird durch eine Schaltschrankverriegelung und Abdeckungen der Feldsteckverbinder abgesichert. Netzwerkplan, IP-Adressplan, Switch-Bestellnummer, SFP-Liste, Kabelprüfbericht und Angaben zu Ersatzprodukten müssen Bestandteil der Bestandsdokumentation sein. Verfügt das Produkt über Software oder Firmware, müssen deren Versionsstände und die Herstellermitteilungen über den gesamten Lebenszyklus verfolgt werden.
Erforderliche Angaben für ein Angebot
- Stellen Sie die Knotenliste bereit: Geben Sie die anzuschließenden Geräte, Protokolle, Portgeschwindigkeiten, Standorte und kritischen Betriebsaufgaben an.
- Zeichnen Sie die Topologie: Stellen Sie Stern-, Linien- und Uplink-Verbindungen sowie die Anbindungen an das übergeordnete Netzwerk mit Entfernungen und Redundanzanforderungen dar.
- Definieren Sie das Verkehrsprofil: Geben Sie die Spitzenlast und die zulässige Latenz der Datenströme für Steuerung, Bildübertragung, HMI, Engineering und Datenerfassung an.
- Wählen Sie das Übertragungsmedium der Ports: Geben Sie die Anforderungen an RJ45, M12 D/X, Glasfaser/SFP oder SPE zusammen mit Angaben zu Kabeln und Gegenstellen an.
- Berechnen Sie die PoE-Last: Listen Sie für jedes Endgerät die Klasse, die maximale Leistungsaufnahme, den Einschaltstrom und das Szenario für den gleichzeitigen Betrieb auf.
- Definieren Sie die elektrische Versorgung: Ergänzen Sie Nennspannung und Spannungstoleranz, Absicherung, redundante Versorgung, Erdung und die Berechnung des Spannungsabfalls.
- Klassifizieren Sie die Umgebungsbedingungen: Erfassen Sie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Kondensation, Staub, Wasser, Chemikalien, Vibrationen, Stöße, EMC und den Montageort.
- Beschreiben Sie die Managementanforderungen: Falls VLAN, SNMP, Portspiegelung, Ringtopologie, Sicherheit und Ferndiagnose erforderlich sind, legen Sie diese als ausdrückliche Abnahmekriterien fest.
- Legen Sie die Abnahmeprüfung fest: Vereinbaren Sie im Voraus die Kriterien für Kabelzertifizierung, Paketverlust, Last, Stromausfall und Wiederherstellung nach Fehlern.
Oskon beginnt die Auswahl industrieller Ethernet-Switches von HARTING nicht anhand eines Produktfotos, sondern anhand des Datenflusses und der Bedingungen vor Ort. Die richtige Lösung bietet nicht nur ausreichend Ports, sondern passt auch physisch in den Schaltschrank, unterstützt das erforderliche Kabelmedium, hält die Leistungs- und Temperaturgrenzen ein, steht nicht im Widerspruch zu den Managementanforderungen des Netzwerks und lässt sich vor Ort testen. Verfügbarkeit und Lieferzeit müssen zum Angebotsdatum gesondert bestätigt werden; dieser Leitfaden stellt weder eine Bestandszusage noch eine Zusicherung der automatischen Eignung für eine bestimmte Anwendung dar.
