PROFINET. SIMATIC PCS 7 V9 Innovation Tour

Transkript

1 PROFINET SIMATIC PCS 7 V9 Innovation Tour

2 Ethernet Verkabelung CAT5 / CAT6 je ein Adernpaar für jeweils Senden/Empfangen und damit Vollduplex Übertragung Kollisionsfreie Übertragung bei Verwendung von Switchen Profinet ist standardisiert auf 100 MBit/s (Fast Ethernet) 4-Core, CAT5e for 10/100 MB/s Ethernet 8 Core, CAT6 for Gigabit Ethernet

3 Grundlagen Industrial Ethernet Die Media Access Control (Layer 2a) definiert die Formatierung der Daten (Framing) und das Medianzugriffsverfahren. Aufbau des MAC Frames: 8 byte 6 byte 6 byte 2 byte byte 4 byte Preamble /SFD Destination Address Source Address Length or Type User Data FCS MAC-Header Ethernet Frame Preamble: SFD (Start Frame Delimiter): Destination / Source-Address Length : Zur Taktsynchronisation der Stationen Startmuster für Beginn des Frame Ethernet Ziel-/Quelladresse (MAC) Anzahl der Bytes im Datenfeld Type: Protokoll-Typ der überlagerten Schicht (z.b. IPv4 = 0x0800) User data: FCS (Frame Check Sequence): Nutzdaten (>46 <= 1500 Byte) CRC Prüfsumme

4 Grundlagen Industrial Ethernet Im Gegensatz zum Shared Network (Hub), wird die Ethernet Kommunikation in einem Switched Network nur an die Kommunikationspartner weitergeleitet zu denen eine Kommunikations-Beziehung besteht. Host A IP: Switch Host B IP: Durch die Switch-Funktion werden Kollisionen vermieden wodurch die volle Bandbreite der jeweiligen Ports genutzt werden kann. - Über einen Switch können gleichzeitig mehrere Teilnehmer kommunizieren. - ARP stellt das Bindeglied zwischen IP- und MAC-Adresse dar. Bevor ein IP-Paket verschickt werden kann, ist die MAC-Adresse des Zielrechners zu ermitteln. Dazu versendet ARP einen Broadcast (Rundruf) mit der Frage "who has <IP-Adresse>". Ist der Ziel-Host online, antwortet dieser mit einem an den Absender gerichteten ARP-Reply "<IP-Adresse> is at <MAC-Adresse>". Diese Antwort speichert der Rechner temporär im ARP- Cache, um weitere Anfragen zu vermeiden. Adresstabelle MAC-Adresse Port-Nummer E-4F A

5 Netzwerksegmentierung / Routing Router x x

6 Grundlagen Profinet PROFINET IO-Device (analog zum Profibus Slave) - Zugriff auf die Peripheriesignale PROFINET IO-Controller (analog zum Profibus Master) - Initialisierung der Kommunikation - Zugriff auf die Peripheriesignale über Prozessabbild PROFINET IO-Supervisor - Engineering und Diagnose-Station Diagnose Status/Steuern Parametrierung Steuerung IO-Controller PG/PC Supervisor Feldgerät IO-Device Konfigurierung Peripheriesignale Alarme

7 Grundlagen Profinet Profinet Warum überhaupt Profinet und nicht TCP/IP? TCP/IP ist nicht deterministisch TCP/IP ist zu langsam Lösung: Profinet Realtime (RT) und Profinet Isochrones Realtime (IRT) und gleichzeitig normales TCP/IP über das gleich Kabel Internet Factory Automation Motion Control RT IT-Dienste 100ms 250µs TCP/IP IRT

8 Grundlagen Profinet Profinet RT Wieso ist Profinet RT schneller als TCP/IP? Priorisierung der Signale optimierter Protokollstack aber nach außen weiterhin ein normales Ethernet-Frame Ethernet Frame Preambel 7 Byte Sync 1 Byte Source MAC 6 Byte Dest. MAC 6 Byte Priority Tagging* 4 Byte Ethertype 2 Byte Frame ID 2 Byte Prozessdaten bis zu 1440 Byte Status Informationen 4 Byte FCS 4 Byte Ethernet-Standard PROFINET-spezifisch zyklische Übertragung mit einer minimalen Zykluszeit von 0,25ms Profinet RT ist ein Protokoll, das auf Standard Ethernet Hardware aufsetzt!

9 PROFINET-Alleinstellungsmerkmal: Echtzeit und TCP/IP PROFINET PC Internet Explorer HTTP SNMP Socket TCP / UDP Real-Time RT IRT PROFINET Feldgeräte IP Ethernet PC SNMP/OPC Server Sensor System PROFINET PLC PROFINET bietet Standard-TCP/IP-Kommunikation nach IEEE und Echtzeit-Kommunikation

10 Profinet Gerätename Offlineprojektierung Jedes Gerät bekommt einen Gerätenamen (z. B. Pult2) 1 STEP 7 vergibt automatisch eine IP-Adresse IO-Controller Anlauf: IO-Controller weist dem Gerät IP-Adresse zu 3 2 Gerätename wird einer MAC-Adresse zugeordnet Online: Gerätename ins Gerät schreiben MAC Adr 1 MAC Adr 2

11 Profinet Gerätenamen über Topologieeditor in Step7 zuweisen

12 Profinet Gerätename über MMC zuweisen Optionale Wechselmedien wie MMC und C-Plug ermöglichen den schnellen und einfachen Gerätetausch ohne Programmiereinheit Keine Neukonfiguration des Ersatzteils Weder qualifiziertes Personal noch Einsatz von Programmiereinheiten oder PCs für den Wechsel erforderlich Minimierte Ausfallzeiten bei Störungen

13 PROFIBUS-DP und PROFINET im Vergleich Funktionalität Datenkanal Daten pro Gerät Teilnehmeranzahl Kabellänge Adressierung Datenrate Topologie PROFIBUS-DP Einer zwischen Master und Slave 244 Byte Input/Output Maximal 125 Slaves pro Segment 100 m ohne Repeater (bei 12 Mbit/s) 200 m ohne Repeater (bei 1,5 Mbit/s) Manuelle DIP-Schalter oder via Telegramm Max. 12 Mbit/s (typisch 1,5 Mbit/s) Standard: Leitung Abschluss notwendig PROFINET Mehrere zwischen Controller und Gerät Byte Input/Output Maximal 250 Geräte pro PROFINET Controller. Unbegrenzte Anzahl an Geräten im Netzwerk Max. 100 m Kupfer bzw. mehrere km mit Glasfaser zwischen 2 Teilnehmern Automatisch über Controller oder manuell mittels Engineering-System (Gerätewechsel ohne Engineering-Station) 100 Mbit/s (Vollduplex) Flexible Topologien möglich: Leitung, Stern, Baum, Ring und Kombinationen möglich

14 Profinet/Ethernet ermöglicht flexible Netzwerkarchitekturen Stern Baum Linie Ring

15 PROFINET Höchste Verfügbarkeit nach Bedarf Symbol Beschreibung Keine Systemredundanz Bis zu 250x Geräte mit einer einzigen PROFINET Schnittstelle 1 PN Einzelkonfiguration mit Systemredundanz (S2) Bis zu 250x Geräte mit einer einzigen PROFINET Schnittstelle 1 Hinweis: Alle Geräte müssen S2 unterstützen Redundante PROFINET Konfiguration (R1) Bis zu 64x Geräte 2 mit»redundant«und»single«profinet Schnittstelle 1 Hinweis: Alle Geräte müssen R1 oder S2 mit Nutzung Y-Switch unterstützen Elektrische Ring-Redundanz Mit Systemredundanz kombinierbar Max. 50x Geräte; Rekonfigurationszeit bis zu 200 ms Hinweis: Alle Geräte im Ring müssen MRP unterstützen CPU 410-5H Einzelgerät CPU 410-5H, red. Einzelgerät (S2) CPU 410-5H, red. Red. Gerät (R1) Y-Switch Einzelgerät (S2) CPU 410-5H Einzelgerät Skalierbare Redundanz Keine zusätzliche HW nötig Höchste Verfügbarkeit Konfiguration im laufenden Betrieb (CiR) 1 Pro CPU410-5H PROFINET Schnittstelle; 2 Freigabe von bis zu 256 Geräten geplant = + +

16 Was kann mittels CiR/H-CiR bei PROFINET geändert werden? CiR-Vorgang Device ohne CiR Device mit CiR IO-Device hinzufügen (z.b. ganze ET-Station) IO-Device entfernen (z.b. ganze ET-Station) Submodul hinzufügen (z.b. E/A-Karte) Submodul entfernen (z.b. E/A-Karte) Submodul umparametrieren (z.b. E/A-Karte) Schnittstellenparametrierung 1 umparametrieren (z.b. Scalance XC-Switche) 1) Unter Schnittstellenparametrierung ist Port-Geschwindigkeit, Port aktivieren/deaktivieren, Topologieparametrierung gemeint.

17 PROFINET Switches Bestandsschutz bestehender Anlagen: Parallele Nutzung von Profibus und Profinet Betriebssystem/Batch/Route Control/Wartung Engineering-Stationen COMOS Station Industrial Ethernet Controller S7-410 (E) Ein CPU für alle Anwendung inkl. Safety PROFINET, redundant XC-200 PROFIBUS-DP ET 200M XF204-2BA Y-Switch ET 200SP HA ma/hart PROFINET, Fibre Optic ET 200iSP Integrierte Antriebe SIMOCODE SINAMICS XP-200 ET 200M MTA ma/hart ma/hart EX CFU PA PROFIBUS-PA

18 PROFINET Switches Y-Switch SCALANCE XF 204-2BA DNA Primäre Schnittstelle Zwei isolierte Ports zum Anschluss des Y-Switch am redundanten Netzwerk (R1), direkt oder über Schalter Sekundäre Schnittstelle Zwei geschaltete Ports zum Anschluss der S2-Geräte Unterstützt MRP Anpassbarer BusAdapter für jede Schnittstelle Y-Switch ist transparent Keine Konfiguration erforderlich Keine Mengenbeschränkung Installation bis in Ex-Zone 2-40 C bis +70 C Schutzbeschichtung NE21 konform DIN-Schienenmontage Integrierte Antriebe SIMOCODE SINAMICS 4-Draht-Feldgeräte (extern betrieben) CPU 410-5H Redundante Automatisierungssysteme XC-200 XP-200 MRP XF204-2BA Y-Switch (XF204-2BA DNA) PN/PN CFU PA PROFIBUS-PA ET 200SP ET 200M Verpackungseinheiten Feldgeräte Geräte mit einer einzelnen PROFINET Schnittstelle, die S2 Systemredundanz unterstützen, mit einem PROFINET Netzwerk verbinden, während die Netzwerktrennung des redundanten Netzwerks aufrecht erhalten bleibt Freigabe geplant Q3/2017! Hinweis: Der PROFINET Standard legt fest, dass in der Prozessautomatisierung genutzte Geräte S2 Systemredundanz unterstützen müssen (obligatorisch für die PROFINET Zertifizierung nach CC-B (PA))

19 Vorläufig PROFINET Switches Empfohlene SCALANCE Switches SCALANCE XF204-2BA XF204-2BA DNA 1 SCALANCE XC-200 SCALANCE XP-200 Installation Schaltschrank Schaltschrank Schaltschrankfreie Installation Schutzart IP20 IP20 IP65 ATEX Zone 2 Ja Ja Ja Schnittstelle Elektrisch/optisch mit BusAdapter Elektrisch/optisch/SFPs Elektrisch Anzahl an Ports 4 (2 BA) Max. 24, davon 2 GBit/s (SFP) Max. 16, innerhalb von 4 GBit/s Porttyp RJ45/FO abhängig vom Typ des BusAdapters (BA) Max. 24 RJ45 Max. 2 SFP SFPs Nein Ja Nein Verwendung von BusAdaptern (BA) Ja Nein Nein 8x M12 D-kodiert oder 12x M12 D-/4x M12 X-kodiert Temperaturbereich -40 C bis +70 C -40 C bis +70 C -40 C bis +70 C Schutzbeschichtung PCBs Ja Nein Ja, mit ECC Varianten Abmessungen (BxHxT [mm]) 100 x 117 x 74 60/120 x 147 x /280 x 200 x 49 XF204-2BA, XC-200 und XP-200 werden in naher Zukunft sein 1 Geplantes Veröffentlichungsdatum Q3.2017

20 PROFINET Flexible Architekturen gemäß Ihrer Anforderungen PROFINET Blueprints Skalierbar, von kostengünstig bis High-End Flexibilität High-End Mainstream Basis Redundantes Profinet R1 Systemredundanz S2 Hochskalierung der Konfiguration Ringe mit MRP Hochskalierung der Konfiguration Erheblich weniger Verkabelung Hochskalierung der Konfiguration SIOS: Gesteigerte Flexibilität (z. B. für Anlagenerweiterungen) Verfügbarkeit

21 PROFINET Konfiguration mit Medienredundanz (MRP) Local Periphery (Centralized) Remote Periphery (Decentralized) Central Control Room Terminal/Plant Bus (exemplary) PROFINET, electrical A Engineering Station Operation Station Security Module SCALANCE S Service Bridge (SB) XR-300 B CPU 410-5H CPU 410E Industrial Ethernet Field A CFU PA B A B SB SB XF204-2BA SB XC-200 A XP-200 MCC Room SIMOCODE SINAMICS ET 200SP ET 200M ET 200SP HA A B IE/PB-Link PN IO B ET 200SP HA PROFIBUS-DP XC-200 A CFU PA A Zugeordnet zu Controller A B Zugeordnet zu Controller B PROFINET, optical

22 Service Bridge für dedizierten temporären oder kontinuierlichen Zugang ES/OS Zeitlich begrenzter Zugang Service Bridge Plant Bus - Industrial Ethernet Further PN Networks Layer 2/Layer 3 S623 XC-200 Y-Switch MS CPU410-5H Fieldbus - PROFINET ET 200SP HA CFU PA Dauerhafter Zugang Service Bridge Layer 2/Layer 3 Further PN Networks SIOS: e.g. SINEMA Server Service Zugang zum Feldbus für Manuelle Adressierung und Namensvergabe der PROFINET Devices Scan der PROFINET Topologie mit STEP 7 Topologie Editor (z.b. Online/Offline Vergleich) Einsatz von Inbetriebnahme Tools (z.b. PRONETA) Erweiterte Netzwerk Diagnose (z.b. SINEMA Server) Funktionen der Service Bridge Standard XC-200 Switch konfiguriert als Service Bridge Einfache Installation mit Handbuch und vorbereiteter Konfigurationsdatei Layer 2 Zugang vom Anlagen zum Feldbus Aufrechterhaltung der Netzwerktrennung zwischen den redundanten Netzwerken Verbindung bis zu 23 PROFINET Netzwerken mit XC224 Security Mechanismen (z.b. MAC-Adress Filterung)