Höchstverfügbare Netzwerke durch einfach perfekte Redundanztechnologien

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1 Höchstverfügbare Netzwerke durch einfach perfekte Redundanztechnologien Hans-Joachim Finkbeiner Competence Centre Manager - DACH Mai Belden Inc.

2 Contents Einführung Übersicht Redundanzverfahren Perfekte Redundanz-Technologie: PRP Perfekte Redundanz-Technologie: HSR Optischer Bypass Anwendungs-Beispiele Fazit 2013 Belden Inc. Inc. 2 2

3 Forderung für Automatisierungsnetzwerke Applications Typical grace time Ethernet: Uncritical Automation, enterprise systems Automation management, manufacturing, discrete automation 20 s 2s Schnell Zuverlässig keine speziellen Bausteine General Automation, e.g. continuous process, power plants Time-Critical Automation, e.g. synchronized drives 200 ms 20 ms Deterministisch? 2013 Belden Inc. Inc. 3

4 Verfügbarkeit - Redundanz Die Applikation definiert, welche Anforderungen von dem gesamten System erfüllt werden müssen Verfügbarkeit: Welche Ausfallzeiten können akzeptiert werden? Eine Risiko-Analyse zeigt auf, welche Fehler auftreten können, und wie schnell auf Fehler reagiert werden muß (MTTR = Mean Time To Repair) Endgeräte und das gesamte Netzwerk müssen auf diese Anforderungen abgestimmt werden Redundanz ist der beste Weg eine hohe Verfügbarkeit zu erreichen Redundanz muß das gesamte System und alle Fehlermöglichkeiten berücksichtigen 2013 Belden Inc. Inc. 4

5 Redundanz End Devices Redundante Anbindung Redundanz-Protokoll A B Redundant Ethernet Network Ring oder Baum Ring Tree Redundant Power Supplies Redundant (backup) Configuration Cabeling Redundante Speisung aller Geräte Speicherkarte für schnellsten Gerätetausch Verschiedene Wege für redundante Verkabelung Input Power #1 Input Power # Belden Inc. Inc. 5

6 Network Redundancy 2013 Belden Inc. Inc. 6

7 Contents Einführung Übersicht Redundanzverfahren Perfekte Redundanz-Technologie: PRP Perfekte Redundanz-Technologie: HSR Optischer Bypass Anwendungs-Beispiele Fazit 2013 Belden Inc. Inc. 7 7

8 Redundanzprotokolle und typische Umschaltzeiten Redundanz für Ethernet auf Layer 2 (Switche): STP, RSTP 30 s / 1 3 s typisch Redundanz auf Layer 3 (Router): RIP, OSPF, VRRP s typisch Redundanz für Industrieanwendungen: HIPER, MRP < 500ms beschleunigt: <200ms Redundanz für spezielle Anforderungen: FAST-HIPER <10ms Stoßfreie Redundanz: 0ms Umschaltzeiten! 2013 Belden Inc. Inc. 8

9 Auszug: Inkompatible Ring Technologieen X-Ring M-Ring N-Ring P-Ring Ultra-Ring Rapid Super ICON Ring V-Ring OnTime-Ring HSR* Siemens HIPER-Ring T-Ring Real-Time Ring Z-Ring Rapid-Ring S-Ring FRNT Hinweis: Umschaltzeit wird je nach Hersteller unterschiedlich definiert! 2013 Belden Inc. Inc. 9

10 Subringe RM RM SRM Main-Ring SRM Main-Ring SRM SRM SRM SRM Sub-Rings Sub-Rings Umschaltzeit: Wie bei MRP < 200/500 ms garantiert 2013 Belden Inc. Inc. 10

11 Contents Einführung Übersicht Redundanzverfahren Perfekte Redundanz-Technologie: PRP Perfekte Redundanz-Technologie: HSR Optischer Bypass Anwendungs-Beispiele Fazit 2013 Belden Inc. Inc

12 IEC62439 Redundanz PRP (Parallel Redundancy Protocol) Zero failover duplicated networks No packet loss 2013 Belden Inc. Inc. 12

13 PRP - Die Methode der redundanten Netze (Parallelnetzredundanz) DAN - - RCT - Dual attached node implementing PRP Single attached nodes Redundancy Check Trailer LAN A LAN B LAN A LAN B Zwei unabhängig LANs Daten werden in beide Netze simultan gesendet Das duplizierte Paket wird entfernt Transparent für höhere Protokolle Non-PRP Geräte können über Red Box angeschlossen werden oder an ein LAN 2013 Belden Inc. Inc. 13

14 Contents Einführung Übersicht Redundanzverfahren Perfekte Redundanz-Technologie: PRP Perfekte Redundanz-Technologie: HSR Optischer Bypass Anwendungs-Beispiele Fazit 2013 Belden Inc. Inc

15 HSR (High Available Seamless Ring) Ringredundanz No packet loss PRP Packet PRP Packet 2013 Belden Inc. Inc. 15

16 HSR (High Availability Seamless Ring) Hirschmann ist Co-Autor des IEC Standards 2013 Belden Inc. Inc. 16

17 Kombination von HSR und PRP Korrigiert Mehrfach-Fehler No packet loss LAN A LAN B 2013 Belden Inc. Inc. 17

18 Contents Einführung Übersicht Redundanzverfahren Perfekte Redundanz-Technologie: PRP Perfekte Redundanz-Technologie: HSR Optischer Bypass Anwendungs-Beispiele Fazit 2013 Belden Inc. Inc

19 OBR40 Optisches Bypass Relais Merkmale 1. Überbrückung eines Switches bei Stromausfall 2. Relais ist transparent für alle Datenarten 3. Einstellbare Re-Aktivierungsverzögerung Fakten Betriebsspannung: 10 60VDC Temperatur: C Bandbreiten- und Protokoll neutral Umschaltzeit <15ms Rückschaltzeit einstellbar (DIP) Schaltschwelle Eingangsspannung einstellbar (DIP) Eingangsrelais / Ausgangsrelais Kundennutzen Multimode: 50µ oder 62,5µ (LC) Singlemode: 9µ (LC) OBR OBR Switch Switch 2013 Belden Inc. Inc. 19

20 Contents Einführung Übersicht Redundanzverfahren Perfekte Redundanz-Technologie: PRP Perfekte Redundanz-Technologie: HSR Optischer Bypass Anwendungs-Beispiele Fazit 2013 Belden Inc. Inc

21 IEC62439 Redundanz PRP (Parallel Redundancy Protocol) Zero failover duplicated networks example standard LAN with wireless No packet loss BAT-R Wireless LAN BAT-R MRP 2013 Belden Inc. Inc. 21

22 IEC62439 Redundanz PRP (Parallel Redundancy Protocol) Zero failover duplicated networks example standard LAN with wireless No packet loss BAT-R Wireless LAN 2.4 GHz WLAN BAT-R RSP RSP BAT-R Wireless LAN 5 GHz WLAN BAT-R 2013 Belden Inc. Inc. 22

23 Mobile Anwendung mit PRP Daten redundant (2,4 und 5 GHz) vom Kran zur Bodenstation Testaufbau: Externe RED-Box Realisierung: OpenBAT mit PRP-Software 2013 Belden Inc. Inc. 23

24 Kritische Steuerungen redundant separieren Bestehendes Netz Zusätzliches Industrie-Netz 2013 Belden Inc. Inc. 24

25 Rail Switch Power (RSP) für gehärteten Einsatz Optimiert für Applikationen in der Energiebranche mit erweiterten Anforderungen Unterbrechungsfreier Kommunikation auch im Redundanzfall durch Integration neuer IEC Redundanzmechanismen Sichere Kommunikation im Fehlerfall ermöglicht dem Kunden einen permanenten Zugriff auf seine Applikation innerhalb der Anlage Umfangreiche Securityfunktionen sorgen dafür, dass die Kommunikation weder durch versehentliche Fehler noch aufgrund von Hackerangriffen gestört werden kann erhöhte Sicherheit der Anlage und unterbrechungsfreier Betrieb Präzise Zeitsynchronisierung (IEEE1588) auf allen Ports Div. Normen und Zulassungen: IEC , IEEE 1613, EN , NEMA TS2, ISA , EN , cul 508. If your network is solid like a rock, the rest doesn t matter 2013 Belden Inc. Inc. 25

26 EES 25 unterstützt stoßfreie Redundanz Embedded Ethernet Switch Roadmap EES20: Managed Embedded Ethernet Switch EES25: Managed Embedded Ethernet Switch mit integriertem Co-Prozessor Managed Switch RSTP MRP 200ms PTP Fast MRP 10ms PRP HSR Muster Serie EES20 Mai 2012 EES25-FMRP Mai 2012 EES25-PRP Juni 12 Q2/2012 EES25-HSR Q3/2012 Q4/2012 Managed embedded Ethernet Switch (SNMP, RMON) 6 Interfaces 10/100 MBps Kompakte Bauform: 88*60mm Temperature: C PTP = Precision Time Protocol, IEEE MRP = Media Redundancy Protocol, IEEE PRP = Parallel Redundancy Protocol, IEC HSR = High Availability Seamless Ring, IEC RedBox= Redundancy Box 2013 Belden Inc. Inc. 26 EES20 EES25

27 Open BAT Open_BAT-R Open_BAT-F Neueste 450Mbps Technik Hutschienen-Montage Modular: 1 bis 3 Funk-Module Modular: versch. Spannungs- Versorgungen Schnittstellen: Kupfer, Glasfaser, Gigabit Ethernet, Seriell, USB, WAN C oder C 24VDC oder 230VAC (3cm breiter) Neueste Funk-Module: Volle Ausnutzung vom 11n-Standard = 450Mbps ESD-Schutz integriert Bandpass filter integriert = Clear space Neueste 450Mbps Technik Feld montierbares Gehäuse: NEMA 4x, IP67, IP65 Modular: 1 bis 3 Funk-Module Modular: versch. Spannungs- Versorgungen Schnittstellen: Kupfer, Glasfaser, Gigabit Ethernet, Seriell, USB, WAN C oder C Besonderheit: PRP-Unterstüzung 2013 Belden Inc. Inc. 27

28 Contents Einführung Übersicht Redundanzverfahren Perfekte Redundanz-Technologie: PRP Perfekte Redundanz-Technologie: HSR Optischer Bypass Anwendungs-Beispiele Fazit 2013 Belden Inc. Inc

29 Fazit Legen Sie die Anforderungen an die Redundanzen im Detail fest Welche Topologie paßt zu Ihren Anforderungen? Benötigen Sie: Stoßfreie Redundanzen? Redundanzen auf Layer-2 (Switching)? oder Layer-3 (Routing)? Verwenden Sie durchgängige Redundanz-Konzepte im gesamten Netzwerk Testen Sie die tatsächlich erreichten Umschaltzeiten (worst case) Nutzen Sie die neuen Möglichkeiten der stoßfreien Redundanz für Ihre Applikationen 2013 Belden Inc. Inc. 29

30 Hans-Joachim Finkbeiner Hirschmann Automation and Control GmbH Belden Electronics GmbH Stuttgarter Str Neckartenzlingen Competence Center Manager DACH Telefon: / Fax: / HaJo.Finkbeiner@Belden.com Belden Inc. Inc. 30

31 2013 Belden Inc. Inc. 31

32 Internet Belden Produkte, Leistungen, Kontakte, elektronischer Produktkonfigurator, Competence Center Consulting, Training, Service, Zertifizierungs-Prüfung Belden Inc. Inc. 32