Übersicht. Industrial Ethernet für Laborgeräte?
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- Christin Baumgartner
- vor 6 Jahren
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Transkript
1 Industrial Ethernet für Laborgeräte? Übersicht Automatisierungspyramide und Anforderungen Zukünftiger Wandel und Anforderungen Frage: welche Anforderungen überwiegen bei Laborgeräten Überblick über Industrial Ethernet Systeme Echtzeiteigenschaften DC-IA/EAI Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
2 Feldbusse und Industrial Ethernet - Grundlagen Hierarchieebenen und Zeitanforderung Leitebene Ethernet-TCP/IP Server TCP/IP/Ethernet Reaktionszeit < 1000 ms > 1kByte Zellebene Ethernet-TCP/IP OPC UA Buszykluszeit < 100 ms typ.100 Byte Feldebene Ethernet basiert Steuerungen HMI SERCOS III, Sercos, PROFINET PROFIBUS-DP, IO, Eth.PowerLink, CANopen, EtherCAT, DeviceNet, EtherNet/IP, ASI VARAN Buszykluszeit < 10 ms typ. 10 Byte Elektr. Anriebe I/O Pneumatische & Hydraulische Aktoren DC-IA/PJ-ETH Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
3 Industrial Ethernet für Laborgeräte? Kommunikationsanforderungen in der Industrie Leitebene Große Datenmengen, z.b. CNC Programme, Qualitätsdaten Lösungen: NFS, FTP, basieren auf TCP/IP Zellebene Anzeige auf HMI: OPC bzw. OPC UA ist hier Standard Signalkopplung, z.b. gemeinsames Start/Stop für Maschinengruppe meist über Feldebene Feldebene Signalübertragung, in der Regel zyklisch über RT-Ethernet Viele unterschiedliche Standards, meist von einem Hersteller dominiert Bei RT-Ethernet auch Verfahren zur Datenübertragung integriert, meist auf Basis von TCP/IP und Nutzung von Standard Ethernet DC-IA/EAI Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
4 Industrial Ethernet für Laborgeräte? Zukünftige Entwicklung Auflösung der Automatisierungspyramide wird vorhergesagt Das heißt nicht, dass Funktionen verschwinden! Diese können je nach Anwendung anderen Geräten zugeordnet werden Integration von Sensor bis in die Cloud wird gefordert Manche Feldbusse bieten schlechte Zugriffsmöglichkeiten auf Gerätedaten Eingriff in die Steuerungssoftware ist oft nicht möglich (teuer, Risiko von Maschinenstillstand) Flache Hierarchie, alle Geräte in ein Netzwerk integriert, Router statt Gateways könnten eine Lösung sein, aber Security muss beachtet werden DC-IA/EAI Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
5 Feldbusse und Industrial Ethernet - Grundlagen OSI Schichtenmodell OSI: Open Sytem Interconnections 7 Anwendung Schnittstelle zum Benutzer, Funktionen: Variable lesen, Variable schreiben 6 Darstellung Konvertierung des Datenformates 5 Sitzung Verbindung zwischen 2 Teilnehmern Ethernet 4 3 Transport Netzwerk z.b. TCP oder UDP z.b. Internet Protokoll Multiplexing/Demultiplexing Festlegung der Route 2 1 Sicherung Physikalisch Adressierung, Fehlererkennung, Wiederholung, Synchronisation Elektrische und mechanische Eigenschaften Topologie, Kabel, Stecker, Bitübertragung DC-IA/PJ-ETH Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
6 Feldbusse und Industrial Ethernet Industrielles Echtzeit-Ethernet DC-IA/EAI Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
7 Feldbusse und Industrial Ethernet Real Time Ethernet (RTE) Echtzeitfähigkeit (1) Herkömmliches Ethernet mit CSMA/CD ist nicht echtzeitfähig Kollision wird erkannt und Telegramm nach Zufallszeit wiederholt über Protokoll Echtzeitfähigkeit erreichbar (PowerLink) Switchtechnologie mit Priorisierung schafft weiche Echtzeit Verzögerung der Telegramme im Normalfall um max. 125µs Bei Überlast durch versehentliche Kopplung mit anderen Netzwerken (z.b. Einkopplung von Video-Streams) Störungen möglich. Für nicht synchronisierte Bussysteme geeignet Harte Echtzeit mit Ethernet Synchronisation mit IEEE1588 Trennung des Netzes vom Standard Ethernet (mit N nicht mehr notwendig) DC-IA/PJ-ETH Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
8 Feldbusse und Industrial Ethernet Real Time Ethernet (RTE) Echtzeitfähigkeit (2) Software Architektur Quelle: J. Jasperneite, FH Lemgo EtherNet/IP Sercos III DC-IA/PJ-ETH Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
9 Feldbusse und Industrial Ethernet - RTE Uhrzeitsynchronisation mit IEEE1588 IEEE1588 Timing Diagram Ablauf Sync Telegramm enthält geschätzte Sendezeit, Slave ermittelt Empfangszeit Follow-up Telegramm enthält genaue Sendezeit zwecks Korrektur im Slave Mit dem Delay Telegramm wird die Verzögerung ermittelt und danach vom Slave als Korrekturwert berücksichtigt Drift wird über Regelung der Quarzfrequenz kompensiert (Linientopologie begrenzt möglich) Master Slave Time Stamp DC-IA/PJ-ETH Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. time
10 Industrial Ethernet für Laborgeräte? Zukünftiges Ethernet In der IEEE wird der Ethernet Standard zur höchsten Stufe der Echtzeitfähigkeit weiterentwickelt Dadurch wird es in Zukunft nicht mehr notwendig sein, spezielle Ethernet Chips einzusetzen Ziel ist die Konvergenz der Datenströme in einem Netz DC-IA/EAI Bosch Rexroth AG Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.
Inhaltsverzeichnis Technische Grundlagen
1 Technische Grundlagen... 1 1.1 Netzwerktopologien... 1 1.1.1 Zweipunktverbindungen.... 1 1.1.2 Zweipunktverbindungen mit Multiplexer.... 2 1.1.3 Bus-Struktur... 3 1.1.4 Baumstruktur... 6 1.1.5 Ringstruktur...
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