HARTING Ha-VIS Fast Track Switch

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1 HARTING Ha-VIS Fast Track Switch People Power Partnership

2 Fast Track Switching Fast Track Switching-Technologie Die Automation IT Kommunikationsplattform Durch die Integration der Automatisierung werden unternehmensweite IT Netzwerke nachhaltig verändert. Resultat sind konvergente Automation IT Netzwerke. Automation IT bietet dem Anwender eine Kommunikationsplattform für alle Applikationen eines produzierenden Industrieunternehmens. Automation IT verbindet alle Applikationen durch ein einheitliches Netzwerk zu einem einheitlichen Wertschöpfungsprozess und schafft so durchgängige und damit effiziente Unternehmensprozesse. Automation IT nutzt dabei Standard Ethernet als Querschnittstechnologie der Kommunikationsplattform vom Büro über die Leit- und Steuerungsebene bis in die Feld ebene. Die HARTING Technologiegruppe hat mit Fast Track Switching eine Schlüsseltechnologie für Automation IT entwickelt. Die Anforderungen der Automation an Ethernet Netzwerke Kernanforderungen der Automatisierung sind Performance und Determinismus. werk nur zyklische Automatisierungstelegramme befinden, Weniger problematisch ist es, wenn sich im Ethernet-Netz- Klassische Feldbusse wurden entwickelt um diese Anforderung sicher zu erfüllen. Grundlage der Automatisierung anwendungen mit Ethernet bei flacher Netzwerk-Hierarchie dann ist die garantierte Reaktionszeit für Automatisierungs- ist die Steuerung der Prozesse durch einen festen Zyklus. erreichbar. Jeder zusätzliche nicht zyklische Datenverkehr Dabei ist die genaue Einhaltung der Zykluszeit besonders auf einer Kommunikationsplattform stört jedoch die Automatisierung, denn es konkurrieren die Ethernetframes um wichtig, um einen ungewollten Stillstand zu vermeiden. Feldbusse besitzen deswegen eine garantierte Reaktionszeit. Diese wird als Determinismus bezeichnet. Dieser Effekt ist stark von der Netzlast abhängig und muss die Weiterleitung. Ethernet bringt diesen Determinismus von Hause aus nicht bei der Planung des Netzwerkes berücksichtigt werden. Im mit, denn Ethernet basiert auf einem statistischen Netzwerkzugriff. Um eine Optimierung der Netzwerkperfor- QoS (Quality of Service) eine Möglichkeit, dies zu beeinflus- konventionellen Store-and-Forward Switching gibt es mit mance zu erzielen, werden aktive Netzwerkkomponenten sen: Befinden sich mehrere Frames im Switchspeicher, so - die Switche - eingesetzt. Bei klassischer Store-and-Forward Switching-Technologie kommt es dabei zu stati- Allerdings kann nicht verhindert werden, dass andere werden diese mit höchster Priorität zuerst weitergeleitet. stischen Verzögerungen, die bei der Planung des Netzwerkes zu berücksichtigen sind. Prioritäts-Level haben wie die Datenframes denselben oder eventuell sogar einen höheren Automatisierungsframes. 2 Ha-VIS Fast Track Switch

3 Entscheidender ist aber eine weitere Verzögerung: Befindet sich ein Datenframe gerade im Sendevorgang, so muss ein nachfolgendes Automatisierungsframe warten, bis die bis zu Byte vollständig gesendet wurden, bevor der Weg wieder frei ist. Die Store-and-Forward Switche verursachen darüber hinaus große Latenzzeiten, was die Möglichkeit der Aneinanderreihung von Switchen stark einschränkt. In Netzwerken mit konventionellen Netzwerkkomponenten addieren sich in ausgeprägten Linientopologien die Wartezeiten schnell auf Werte, die oberhalb der geforderten Zykluszeiten liegen und damit kritisch für die Stabilität der Automatisierungsanwendung sind. Eine flexible Nutzung angepasster Topologien und die Nutzung von Safety Kommunikation ist bei Verwendung konventioneller Switche mit hohen Risiken verbunden. F L ABC DE 4 GHI 5 JK MNO * 0 # PQRS 6 TUV RFID F ABC DE 4 GHI 5 JK MNO * 0 # PQRS TUV 6 WIRLESS ACCESS POINT Systemlandschaft FTS: Die Schlüsseltechnologie für Automation IT Mit Fast Track Switching hat HARTING erkannt. Dazu kann der Switch an jeerstmals einen Weg gefunden, dem dem beliebigen Punkt im EthernetNetzwerk die Performance zu geben, Header auf besondere Merkmale die die Automatisierung braucht: Die achten. PROFINET-Frames beispielsfts-switche garantieren diese Perfor- weise besitzen den Ethertype mance! Sollen diese Frames beschleunigt Fast Track Switching besitzt drei werden, so wird diese Kennung auswesentliche Merkmale, um dies zu gewertet. erreichen: Automatisierungsframes Ist das Frame mit der höheren Priooder Frames, die besonders bevorzugt rität erkannt, wird er beschleunigt transportiert werden sollen, werden weitergeleitet und zwar nicht mehr People Power Partnership im Store-and-Forward-, sondern im Cut-Through-Verfahren, um die Latenzzeit in jedem Switch zu minimieren. Ist der zur Weiterleitung benötigte Port eines Switches gerade durch ein anderes Datenframe im Sendevorgang belegt, so wird dieses zwischengespeichert, das Senden unterbrochen und der Automatisierungsframe sofort durchgeleitet. Erst dann wird das Datenframe vollständig erneut gesendet. 3

4 Fast Track Switching Performance Vergleich zu Storeand-Forward Switching Schnell. Sicher. Garantiert. Im FTS Switch werden die Latenzzeiten durch Cut- Through-Technologie auf ein Minimum reduziert und die statische Verzögerung durch den Stau vor nicht Automatisierungs-Telegrammen eliminiert. Die erkannten Frames kommen immer sicher an ihr Ziel, unabhängig von der übrigen Netzwerklast. Und das garantiert innerhalb einer berechenbaren Zeit. Das macht die Datenübertragung mit Fast Track Switching schnell, die Planung des Netzwerkes einfach und den Betrieb sicher. Die überlegene Performance von Fast Track Switching im Vergleich zu Store-and-Forward Switching zeigt folgendes Beispiel: Performance Delay Diagramm Store & Forward Switching Field bus (bus cycle) Fast Track Switching Switches Ein Automatisierungsframe durchläuft eine Strecke von 16 Switches. Die Laufzeiten der Ethernetframes sind beim Standard Switching stark abhängig von der Höhe der Netzwerklast. Daraus ergibt sich eine große Varianz innerhalb der Laufzeiten wobei sich der größte Teil der Laufzeiten im mittleren Bereich befindet. Als Anhaltspunkt ist in Schwarz ein vergleichbarer Zyklus eines in der Automatisierung weit verbreiteten Feldbusses eingezeichnet, der in Bezug auf Determinismus und Übertragungsgeschwindigkeit heute Stand der Technik ist. Statistisch betrachtet, können die Daten auch mit Storeand-Forward Switching ähnlich schnell am Ziel ankommen die Wahrscheinlichkeit sinkt aber mit der Netzlast. Fast Track Switching dagegen zeigt auch bei hoher Netzlast ein deterministisches und hochperformantes Ergebnis. Mit Fast Track Switching realisiert HARTING eine universelle Automation IT Kommunikationsplattform bis in die Feldebene. Automatisierungsprofile wie z. B. PROFINET RT oder EtherNet/IP, die auf standard unchanged Ethernet setzen, erhalten die notwendige Automatisierungsperformance. Diese innovative Technologie steht den Anwendern mit Ha-VIS Fast Track Switchen zur Verfügung: Mit dem konfigurierbaren FTS 3100s erhält der Nutzer ein einfach zu handhabendes Gerät, für das keine umfangreichen Netzwerkmanagementkenntnisse notwendig sind und trotzdem viele Möglichkeiten zur individuellen Anpassung an die jeweilige Applikation bietet. Mit den full managed Switchen der FTS 3000-Familie kombiniert HARTING die FTS-Technologie mit den umfangreichen und bekannten Funktionen moderner managed Industrial Ethernet Switches. 4 Ha-VIS Fast Track Switch

5 Fast Track Switching eröffnet ein breites Anwendungsfeld Determinism and performance (data must arrive in time and guaranteed) Flexibility (for different applications and topologies) Mixed communication (one network for different data communication systems) Example for typical network requirements Die Integration von FTS in Kundenanwendungen Die Motivation zum Einsatz von Ethernet ist bei vielen Kundenanwendungen im industriellen Umfeld ähnlich. Ethernet bietet die Möglichkeit der Netzwerk-Konvergenz, wodurch Kosten und Systembrüche reduziert werden, denn ein konvergentes Ethernet kann viele inkompatible Netzwerke ersetzen. Voraussetzung dafür ist aber neben einem deterministischen Verhalten und ausreichender Performance auch die Flexibilität in der Anlagentopologie. Als Beispiel für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten kann der Maschinen- und Anlagenbau gelten, dessen Unter- nehmen permanent vor der Anforderung stehen, bestehende Anlagenkonzepte auf individuelle Kundenwünsche anzupassen. Diese Anpassungen greifen auch individuell in elementare Steuerungs- und Kommunikationskonzepte ein. Änderungen in diesem Bereich ziehen in den meisten Fällen einen Komponenten- und Anbieterwechsel nach sich. Ein hoher Aufwand entsteht dabei durch Stücklistenänderungen, doppelte Ersatzteilhaltung und zusätzlichen Projektierungsaufwand, da andere Komponenten unterschiedliche Formfaktoren haben. Erschwerend kommt noch der Aufbau zusätzlichen Anwendungs-Know-hows hinzu, der bei einem Komponentenwechsel anfällt. Mit Ha-VIS FTS steht nun ein universeller Switch zur Verfügung, der in unterschiedlichen Automatisierungsumgebungen für den notwendigen Determinismus sorgt. Dadurch wird die Anzahl der Komponenten bei einem Wechsel des Kommunikationskonzepts reduziert; zusätzliches Anwendungs-Know-How für die Komponente entfällt. Durch die Nutzung von Standard Ethernet Devices werden Kosten optimiert, da der Switch die notwendige Performance und den Determinismus garantiert und nicht auf teure Sonderlösungen, die von jeder Einzelkomponente unterstützt werden, zurückgegriffen werden muss. Custom specific Eine Switchinglösung für unterschiedliche Applikationen und Anforderungen People Power Partnership 5

6 Fast Track Switching Fast Track Switching in der Automatisierung Das FTS Anwendungs-Spektrum Das Anwendungsspektrum für Fast Track Switching ist groß, denn überall dort, wo unterschiedlichste Applikationen in einem Netzwerk kommunizieren, sind Priorisierung, Performance und kalkulierbare Antwortzeiten wichtige Parameter für die Netzwerkkonzepte. Zusätzlich ist es beim Fast Track Switching möglich, neben den vordefinierten Automatisierungsprotokollen auch individuelle kundenspezifische Protokolleinstellungen zu definieren. Mehrere Protokolle können mit logischen UND bzw. ODER Verknüpfungen kombiniert werden. Das bietet Flexibilität und ein nahezu unerschöpfliches Potenzial an Möglichkeiten. Im Bereich der Automatisierung wird Fast Track Switching dafür sorgen, dass Ethernet Kommunikationslösungen sich die letzte Domäne der proprietären Kommunikation, nämlich die unterste Feldebene, erschließen werden. Resultat ist die durchgängige unternehmensweite Automation IT Kommunikationsplattform mit Standard Ethernet. Automatisierungsdaten (rot) überholen IT-Daten (gelb) FTS in Maschinen und Anlagen In der Leit- und Steuerungsebene ist Ethernetkommunikation schon lange Standard. Bis heute sind Maschinen- und Anlagenkonzepte häu- fig noch mehrschichtig ausgeführt, wobei unterschiedliche Feldbussysteme Verwendung finden. Das hat Nachteile bei der Planung der Automatisierung, da die Kommunikation zwischen verschiedensten Medien beherrscht werden muss. Darüber hinaus entsteht ein hoher Aufwand bei der Instandhaltung, was sich letztlich negativ auf die Verfügbakeit von 6 Ha-VIS Fast Track Switch

7 Anlagen und Maschinen auswirkt. Neben diesen Nachteilen bieten die heutigen Feldbussysteme aber auch einen entscheidenden Vorteil. Sie besitzen genau die erforderliche Automatisierungsperformance bis hin zu takt-synchronen Applikationen. Darüber hinaus ist die Programmierung durch Geräteprofile denkbar einfach. Damit Ethernet diese Eigenschaften ebenfalls bieten kann, wurden unterschiedliche Automatisierungsprofile entwickelt. Der HARTING FTS Switch unterstützt daher das PROFINET Profil durch Integration des Profinet I/O Stacks. Das macht den FTS Switch zu einem PROFINET Conformance Class B Device, das wie andere Automatisierungsgeräte durch die gsdml Datei auf einfachstem Wege in die Anwendung integriert wird. FTS in der Industriegebäude-Infrastruktur Das Industriegebäudenetzwerk hat tragung der Daten nicht garantiert sich bereits zur Kommunikationsplatt- werden kann. Das sind Applikationen form entwickelt. Applikationen wie wie die Übertragung von Prozessdie Telefonie benutzen heute das daten der Fertigung oder sichergleiche Netzwerk wie ERP oder Mail. heitsrelevante Daten der GebäudeDie meisten dieser Applikationen steuerung. Office Switche bieten heute haben nur sehr moderate Anforder- keine Mechanismen, um über die ungen an eine deterministische Kom- Priorisierung hinaus die Daten vormunikation, so dass zur Priorisierung rangig zu übertragen. Hier bietet die Mechanismen der IEEE 802.1p/q, Ha-VIS FTS bei vollständiger Kompawie QoS, ausreichend sind. Im Zuge tibilität die Möglichkeit, applikationsder Konvergenz wandern heute weit- spezifisch relevante Daten zu selekere Applikationen in das Netzwerk, tieren und vorrangig zu übertragen. wodurch eine rechtzeitige Über- Die Praxis zeigt, dass der Anwender die individuelle Selektion der für ihn zu bevorzugenden Daten einsetzt. Stellvertretend für die Relevanz von FTS im Praxiseinsatz ist hier eine Anwendung im Bereich Fernwärmeerzeugung und -verteilung genannt, bei der durch den Einsatz von Fast Track Switching zeitkritische Steuerungsdaten bevorzugt gegenüber den Prozessdaten behandelt werden. Beim Einsatz gewöhnlicher Switch-Technologien ist es hier regelmäßig zu Ausfällen gekommen, da steuerungsrelevante Daten ausgebremst wurden. People Power Partnership 7

8 F a s t Tr a c k S w i t c h i n g Ha-VIS Fast Track Switch: Die goldene Switch Familie Die Applikation: Erfüllt höchste Performanceanforderungen der Automatisierung Die Switch Alternative für flexible Topologien speziell in PROFINET Applikationen Switch zur Verbindung von Automatisierungs- und IT Kommunikation in Industrienetzwerken Die Produkte: Fast Track Switching auf allen Ports für die deter- ministische Automatisierung EMV, Temperaturbereich und robuste Ausführung im Vollmetallgehäuse für alle industriellen Anforderungen GSD Datei für die Integration in die Automa tisierungsumgebung Vollständiges Management für eine perfekte IT Integration Der Fast Track Switch ermöglicht die gemeinsame Nutzung eines Netzwerks mit zeitkritischen und zeitunkritischen Kommunikationsdaten, für z. B. PROFINET, EtherNet/IP oder Modbus TCP in der Automatisierung. Die robuste Ausführung ermöglicht den Einsatz im industriellen Bereich. Bis zu 10 Ports bieten den Ethernet Anschluss von Geräten mit RJ45 Fast Ethernet oder optional mit optischen Ports. Die Fast Track Funktionalität beschleunigt Automatisierungsapplikationen und erlaubt die Konvergenz von nicht Automatisierungs-Kommunikation und Automation in einem Netzwerk. Die Fast Track Switching Technologie ermöglicht nicht nur vermischte Sterntopologien, sondern auch Linientopologien mit hoher Anzahl an kaskadierten Switchen. Die Konfiguration der Geräte kann auf der optional steckbaren SD-Karte gespeichert werden. 8 Ha-VIS Fast Track Switch

9 Einfache Bedienung trotz vielfältiger Einstellmöglichkeiten Die Konfigurierbaren: FTS 3000s Der Ha-VIS FTS 3100s-A mit 10 Fast Ethernet Ports ist ein unmanaged Switch, der über eine USB-Schnittstelle via FTS-Manager konfiguriert werden kann. Damit verbindet er die einfache Handhabung eines Plug-and-Play-Geräts mit individuellen Einstellmöglichkeiten, abgestimmt auf die jeweilige Automatisierungsanwendung. Portbezogene Einstellungen wie Datenrate, Duplex-Modus, Port Mirroring usw. können einfach vorgenommen werden. Automatisierungsprotokolle, die erkannt und bevorzugt beschleunigt werden, können im FTS-Manager selektiert werden. Konfiguration via FTS-Manager Derzeit stehen PROFINET, EtherNet/IP und ModbusTCP als Protokolle zur Verfügung, die vorkonfiguriert und einfach per Klick aktiviert werden können. Soll ein anderes Profil erkannt und im FTS-Modus transportiert werden, so gibt es auch dafür vielseitige Möglichkeiten. So kann der Anwender auch für seine spezifischen Protokolle von FTS profitieren der Switch lässt sich einfach auf unterschiedlichste Anwendungen optimieren, wobei in den meisten Fällen die Werkseinstellung den Anforderungen gerecht wird. Einbindung in die Automatisierungssoftware Web-Management über SNMP Die Managebaren: FTS 3000 Die Produkte der Familie Ha-VIS FTS 3000 vereinen die Universalität eines managebaren Switches mit der hohen Leistungsfähigkeit von Fast Track Switching. Über den zertifizierten PROFINET I/O Stack kann der Switch über alle gängigen Automatisierungsprogramme projektiert und konfiguriert werden. Außerdem können zahlreiche Alarme und Diagnosen empfangen werden. Optional können auch verschiedene Switchparameter als digitale Eingangsdaten zur SPS gemeldet werden. Durch IGMP-Snooping garantiert der Switch, dass Multicast-Daten wie zum Beispiel bei EtherNet/IP verwendet nur über Ports weitergeleitet werden, die in diese Anwendung involviert sind. Die Ethernet Switches sind direkt für einen leistungsfähigen industriellen Einsatz konzipiert und unterstützen drei alternative Zugangswege für das Management: Über SNMP, einen komfortablen Web- Zugang oder per Konfiguration durch Automatisierungsprogramme. Der Benutzer hat die Wahl zwischen 6 oder 10 Fast Ethernet Ports optional auch mit SFP Ports für den Einschub von z. B. optischen Modulen. People Power Partnership 9

10 Fast Track Switching FTS 3100s-A Bestellnummer Anzahl Ports Kupfer / Anschluss 10x 10/100 Base TX / RJ45 Anzahl SFP Module - Elektrische Kennwerte Eingangsspannung Zulässsiger Bereich (min/max) Anschluss Spannungsversorgung redundante Spannungsversorgung Diagnose LEDs Gehäusematerial 24 V DC 12 V bis 48 V DC Schraubklemme steckbar Ja Spannungsversorgung, Link, Act Aluminium, eloxiert Konstruktiver Aufbau Abmessungen in mm (B x H x T) 44 x 130 x 100 Schutzart im installierten Zustand IP 30 TECHNISCHE DATEN Anwendungen Montage 35 mm Hutschiene n. EN Betriebstemperatur 0 C bis +55 C Lagertemperatur -40 C bis +85 C Relative Luftfeuchtigkeit Real Time 30% - 90% (nicht kondensierend) Beschleunigung von PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP Topologien: Stern, Ring, Linie, gemischt + Umweltbedingungen Management- Funktionen Basis Funktionen + Time Settings - QoS regarding to IEEE VLAN - Redundanz - DHCP - IGMP Snooping - Alarm - Interface USB Konfiguration Weiterführende Informationen finden Sie unter Diagnosefunktionen + Speicherkartensteckplatz + 10 Ha-VIS Fast Track Switch

11 FTS 3100-A FTS 3060-A FTS 3082-ASFP (in Vorbereitung) (in Vorbereitung) 10x 10/100 Base TX / RJ45 6x 10/100 Base TX / RJ45 8x 10/100 Base TX / RJ x 100 Base FX 24 V DC 24 V DC 24 V DC 12 V bis 48 V DC 12 V bis 48 V DC 12 V bis 48 V DC Schraubklemme steckbar Schraubklemme steckbar Schraubklemme steckbar Ja Ja Ja Spannungsversorgung, Link, Act Spannungsversorgung, Link, Act Spannungsversorgung, Link, Act Aluminium, eloxiert Aluminium, eloxiert Aluminium, eloxiert 44 x 130 x x 130 x x 130 x 100 IP 30 IP 30 IP mm Hutschiene n. EN mm Hutschiene n. EN mm Hutschiene n. EN C bis +55 C 0 C bis +55 C 0 C bis +55 C -40 C bis +85 C -40 C bis +85 C -40 C bis +85 C 30% - 90% (nicht kondensierend) 30% - 90% (nicht kondensierend) 30% - 90% (nicht kondensierend) PROFINET Conformance Class A, B, EtherNet/IP, Modbus TCP PROFINET Conformance Class A, B, EtherNet/IP, Modbus TCP PROFINET Conformance Class A, B, EtherNet/IP, Modbus TCP web-management, SNMP, PROFINET web-management, SNMP, PROFINET web-management, SNMP, PROFINET Änderungen vorbehalten People Power Partnership 11

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