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MRP-Ring

MRP Ring = Media Redundancy Protocol. Es werden redundante physische Ringtopologien in industrielle Netzwerke wie PROFINET oder Industrial Ethernet ausgelegt, d.h. die freien Enden einer linienförmigen Netztopologie werden zu einem Ring zusammengeschlossen. Das dazu verfügbare Medienredundanz-Protokoll sorgt für eine schleifenfreie Netztopologie und die Überwachung von Kommunikationsunterbrechungen.

Warum brauche ich einen MRP-Ring? Um die Produktivität und Qualität in der industriellen Produktion zu erhöhen, muss die Verfügbarkeit von automatisierten Maschinen und Anlagen maximiert werden. Fällt eine Maschine oder Anlage aus z. B. durch Kabelbruch, entstehen hohe Kosten durch den Produktionsausfall und die Stillstandzeiten. Das Ziel ist also Ausfallsicherheit. Dies betrifft sämtliche Bereiche, wie die Fabrik- oder Prozessautomatisierung, und unzählige Branchen, wie z.B. Automobil, Energieversorgung, Food & Beverage, Logistik.

Welche Vorteile hat ein MRP-Ring? Der Ausfall einzelner Infrastruktur stört die zyklische Kommunikation nur geringfügig und verbessert die Anlagenverfügbarkeit enorm. Wartungem sind ohne Zeitdruck zu den geplanten Stillstandszeiten umsetzbar. Dank Netzwerkdiagnosen können Fehlersuchen zielgerichteter und schneller durchgeführt werden. Schließlich können dadurch Ausfallkosten und Stillstände minimiert werden.

Weitere Vorteile:

für kleine und große Netzwerke
Kosten sparen, da weniger Kabelwege
Maschine/Anlage ist im laufenden Betrieb erweiterbar
Einsatz von Geräten verschiedener Hersteller da ein Standard-Protokoll verwendet wird

Wann ist ein MRP-Ring interessant und was muss ich dabei beachten? Aus Sicht der Netzwerkplanung sind MRP-Ringe „Fluch und Segen“ zugleich. Man kann beim Ausfall eines Portes bzw. einer Verbindungsleitung im Ring diese Störung des Produktionsprozesses schnell zu überwinden und es kommt zu keinem längeren Stillstand. Dabei kommt es zu einer Rekonfiguration, die je nach Protokoll und Größe des Netzwerkes einen Ausfall des Netzwerkes von etwa 200 ms und mehr verursacht. Diese Ausfallzeit wird in den meisten Anlagen im Zusammenspiel von Aktualisierungszeit und Watchdog nicht überbrückt. Meist ist die Rekonfiguration des Ringes bis zum Neustart und damit der Quittierung des Fehlers abgeschlossen. Damit hat der MRP-Ring oberflächlich gesehen seine Aufgabe erfüllt und die Produktion ist fast unterbrechnungsfrei. Auch der Instandhalter musste nicht mitten in der Nacht zum Einsatz gerufen wurden. Die Kehrseite ist, dass viele dieser Netzwerke unzureichend bis gar nicht überwacht werden. Damit erhält der Instandhalter auch nicht den entscheidenden Hinweis, dass es zu einem Fehler gekommen ist. Erst bei einem Folgefehler muss er plötzlich 2 Fehler suchen, weil der erste nie detektiert und beseitigt wurde.

Zudem wird bei der Planung häufig das Verhalten des Ring-Protokolls nicht beachtet. Der Ringmanager prüft, ob der Ring geschlossen ist und sperrt standardgemäß den 2. Port des geschlossenen Rings für die Übertragung des Datenverkehrs. Der Datenstrom baut sich folglich als Linie auf. Hierbei werden häufig die Linientiefen unterschätzt, vor allem in Hinblick auf die nachgelagerten Verbindungen zu weiteren Baugruppen außerhalb des Rings. Netzlasten addieren sich die bei allen Teilnehmern des Rings. Bei der Planung wird häufig kein leistungsfähiger Backbone (Switch-Switch-Verbindung) aufgebaut, der ungeplante Netzlasten abfedert. Die gesamte Netzwerklast wird über alle Ring-Teilnehmer (auch I/O-Baugruppen) geführt, was oft zu Problemen führt, weil die I/O-Baugruppen die entstehende Netzwerklast nicht weiterleiten können. Sporadische und nicht reproduzierbare Fehler sind die Folge.

MRP-Ring: Der Ring ist geschlossen, Port 2 ist standasmässig gesperrt

MRP-Ring: Kabelbruch, der Ring ist offen, beide Ports sind nun offen, um jeden Teilnehmer zu erreichen

Fazit: MRP-Ringe sind ein möglicher Weg, um kritische und fehlergefährdende Anlagen und Netzwerke vor Ausfällen zu schützen. Dabei sollte jedoch zwingend die Struktur, das Verhalten, die Linientiefe, die Geräteauswahl beachtet werden. Zudem ist ein zentrales Netzwerkmanagementsystem inkl. Condition Monitoring-Tool empfehlenswert, damit der Instandhalter die Chance hat aufgetretene Fehler schnellstmöglich zu erkennen und zu beseitigen.

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