PROFInet. Sicher in die Zukunft mit PROFInet

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1 PROFInet Sicher in die Zukunft mit PROFInet

2 Das Konzept Grundlagen Das PROFInet-Konzept ist modular aufgebaut, so dass der Anwender die Funktionalität selbst wählen kann. Diese unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Art des Datenaustausches, um den Anforderungen an Geschwindigkeit gerecht zu werden. PROFInet baut auf den Grundlagen von Ethernet auf, erweitert um einen deterministischen Datenverkehr - Echtzeitfähigkeit. Es gibt allerdings Unterschiede hinsichtlich der beteiligten Dienste, Protokollebenen und der Priorisierung bzw. Sendereihenfolge der Pakete. PROFInet unterscheidet wie PROFIBUS zyklischen (Prozessdaten) und azyklischen Datenverkehr. Dabei wird die gewohnte I/O-Sicht beibehalten, bei der die Feldgeräte (IO-Devices) ihre Peripheriedaten zyklisch in das Prozessabbild des IO- Controllers übertragen. PROFInet beschreibt ein Gerätemodell, das sich an den Grundzügen von PROFIBUS orientiert und aus Steckplätzen (Slots) und Gruppen p von I/O-Kanälen (Sub Slots) besteht. Die technischen Eigenschaften der Feldgeräte sind durch eine sogenannte GSD (General e Station Description) auf XML-Basis s beschrieben. Die Netztopologien im PROFInet orientieren sich an den Erfordernissen der zu vernetzenden en Einrichtungen. i n. Zu den häufigsten gehören Stern-, Linien-, Baum- und Ringstrukturen. turen. In der Praxis besteht eine Anlage aus einer Mischform der genannten Strukturen. Sie lassen sich sowohl mit Kupferverkabelung als auch mit Lichtwellenleiter realisieren und für PROFInet nutzen. Normen und Richtlinien Die Grundlagen der Messung und somit der Bewertungskriterien ertungskriter e en der Qualität beruhen auf der Einhaltung nachfolgend aufgeführter Normen und Richtlinien sowie den Erfahrungswerten der Fa. Indu-Sol GmbH. PROFInet Guideline, e, Planning n and Installation lation of PROFINET Cabling Systems EN50173 / ISO IEC Strukturierte e Verkabelung e EN Anwendung n von Maßnahmen für Erdung und Potentialausgleich tialau leich in Gebäuden mit Einrichtungen der Informationstechnik. nik VDI/VDE-Richtlinie 2184 Zuverlässiger Betrieb und Wartung von Feldbussystemen Hinweise Grundlegend für den Aufbau und den damit verbundenen langfristig sicheren Betrieb von PROFInet-Netzwerken ist die Linientiefe, welche schon bei der Projektierung und Planung Beachtung finden sollte. Die nachfolgend aufgeführte Tabelle stellt die Zusammenhänge zwischen der Anzahl von Teilnehmern, der Linientiefe und der dafür möglichen minimalen Aktualisierungsrate dar:

3 Qualität durch Analyse Wer lebt, der altert...! Abgeleitet aus den Erfahrungen im Umgang mit den herkömmlichen Feldbussystemen, vor allem dem PROFIBUS, ist festzustellen, dass eine prophylaktische Betrachtungsweise zum Thema mögliche Schwachstellen in der Datenkommunikation durch Alterung auch bei PROFInet Bestand haben wird. Argumente über Selbstdiagnose der Systemkomponenten oder Überwachungsfunktionen im PROFInet-Netzwerk dürfen die Diskussionen über das Thema Alterung durch Verschleiß nicht behindern. Auch PROFInet zeigt eine Vielzahl von Parametern zur Diagnose bzw. Einhaltung, um den nachweisbaren Qualitätsanspruch so hoch wie möglich anzusetzen. Wichtig ist dabei, für jeden Anlagenbetreiber den Hersteller und Errichter durch festgeschriebene Abnahme- und Prüfbedingungen in die Pflicht zu nehmen. Dabei sind die Messmethoden und die zu erreichenden Qualitätswerte zweifelsfrei festzuschreiben. Netzwerkdiagnose Die PROFInet-IO-Spezifikation definiert eine Vielzahl von Funktionen, um verschiedene Anforderungen zu erfüllen. Zu diesen Anforderungen gehören u.a. der gleichzeitige Zugriff auf Geräte durch mehrere Steuerungen (IO-Controller), die Unterstützung von Medienredundanz, das Erfassen von Topologieinformationen aus dem Netzwerk, der Gerätetausch ohne erneutes Verwenden eines Parametriergerätes, Anwendungen mit sehr kurzen Zykluszeiten und geringem Jitter. Durch die Definition von Conformance Classes mit definiertem Funktionsumfang wird den Anwendern die Möglichkeit gegeben, Geräte zu nutzen, die für den Einsatzfall nur die Funktionalität haben, welche benötigt wird. Unbestritten bleibt jedoch die Tatsache, dass, welche Funktionalitäten auch immer gefordert sind, diese einer gewissen Kontrolle bzw. einer permanenten Überwachung mittels eines Monitoringsystems unterliegen sollten. Die ersten PROFInet Anwendungen zeigen ganz klar, dass die Forderungen nach einem Diagnosesystem im PROFInet immer lauter werden. Mit den Lösungen von Indu-Sol sind Sie bestens aufgestellt. WIE und WAS messen? Resultierend aus den Erfahrungen der Feldbustechnik ist trotz umfangreicher Diagnosemöglichkeiten im PROFInet festzustellen, dass die Qualität im Sinne einer langfristigen und zuverlässigen Funktion messtechnisch nachzuweisen ist. Mit einem besonderen Achtungszeichen sind der Qualitätsnachweis der Leitungsverbindungen (Test im Ruhezustand der Anlage) sowie die Übertragungsverhältnisse unter laufenden Produktionsbedingungen zu versehen. Die Qualitätskontrolle ist ein wichtiger messtechnischer Nachweis, um eine langfristig sichere und stabile Funktion des PROFInet-Netzwerkes nachweisen zu können. Die Messungen sind teils Offline und teils Online durchzuführen. Spezielle Erläuterungen zur Durchführung der Messungen und spezielle Festlegungen zu den zu erreichenden Qualitätsparametern sind nachfolgend zusammengefasst. Offline - Analyse: Online - Analyse: Leitungstest Auslastung Datendurchsatz Aktualisierungsraten Telegrammlücken Telegrammjitter

4 Offline - Analyse Leitungstest Entsprechend den Normen und Aufbaurichtlinien zu PROFInet sind alle Leitungen, einschließlich Patchkabel, einer Messung zur Überprüfung der Forderungen zu unterziehen. Mit dem Leitungstester ETHERtest V4 sind alle erforderlichen Messungen zur Abnahme und Zertifizierung von Netzwerkkabeln bis Kategorie 7 (900 MHz) möglich. Neben der Leitungslänge werden Bedämpfung (Attenuation), Widerstand, Übersprechen (NEXT), Verzögerungen, Schirm und die richtige Kontaktierung (Anschlussbild) messtechnisch erfasst und ausgewertet. Weiterhin besteht die Möglichkeit durch zusätzliche Adapter LWL-Glasfaserleitungen zu prüfen. Es können Multimode (850nm/1300nm) und Singlemode (1310nm/1550nm) gemessen werden. Alle Messungen werden grafisch dargestellt. Über den Locator lassen sich Art und Ort von Fehlern auf den Dezimeter genau bestimmen. Alle Messungen werden intern automatisch gespeichert und sind als Dokumentation in Form eines Messprotokolls abrufbar. ETHERtest Leitungstester Ethernet / PROFInet Hinweis Die Einhaltung der Grenzwerte nach Cat. 5e / Class D+ werden von den Messgeräten immer nur auf die Maximallänge von 100m überwacht. Das bedeutet, dass es bei kurzen Leitungslängen (z.b. 10m) passieren kann, dass ein schlechtes Kabel bzw. eine schlechte Installation im Bezug auf die Grenzwerte nicht auffällt und noch OK ist, unter Beachtung der kurzen Länge jedoch zu sehen ist, dass etwas mit der Verbindung nicht stimmt. Aus diesem Grund sollten alle Messergebnisse anhand der nachfolgenden Tabellen für die Bedämpfung und das Übersprechen auf Einhaltung kontrolliert werden.! Die qualitative Bewertung der Bedämpfung (Attenuation) sollte in Abhängigkeit der Leitungslänge erfolgen! Die qualitative Bewertung des Übersprechens (NEXT) sollte in Abhängigkeit der Leitungslänge erfolgen

5 Online - Analyse Auslastung Im Rahmen der Abnahme einer Anlage wird der Nachweis der Netzqualität bezogen auf Auslastung über eine permanente Erfassung der Telegramme eines jeden PROFInet-Gerätes gefordert. Die Ermittlung ist durch Installation eines dezentralen Datensammlers (Hardware Modul) vorzunehmen. Während des Messzeitraumes ist eine Netzwerklast <10% nachzuweisen. Datendurchsatz Unter dem Begriff Datendurchsatz im PROFInet ist die Menge an Daten pro Zeiteinheit zu verstehen, welche von der jeweiligen Steuerung (bezogen auf das Prozessabbild) verarbeitet werden kann. Als Richtwert sind hierfür 4,5 kbyte/ms nicht zu überschreiten. Der ermittelte Wert ist als Referenzwert zu dokumentieren. Aktualisierungsraten - Telegrammlücken - Telegrammjitter Die Aktualisierungsrate ist ein fest (für jedes Gerät einzeln) in der Der dezentrale Datensammler PROFInet-INspektor analysiert die Netzqualität Steuerung eingestellter Wert (z.b. 1ms), welcher den zeitlichen Abstand der Aktualisierung von Daten zwischen Steuerung und IO-Gerät angibt. Entscheidend für die real vorhandene Aktualisierungsrate ist die Linientiefe, d.h. die installierte Netzwerkstruktur und die Anzahl der Geräteübergänge. Durch die steigende Anzahl von Geräteübergängen ergibt sich eine Varianz in der Laufzeit der Telegramme, welche als Jitter bezeichnet werden. Über eine Messung der Aktualisierungsraten ist nachzuweisen, dass der Telegrammjitter nach oben und unten eine halbe Aktualisierungsrate nicht überschreitet. Messstelle Wie auch schon im PROFIBUS sollte in PROFInet-Netzwerken ein rückwirkungsfreier Netzzugang mittels entsprechender Messstelle (TAP) geschaffen werden. Als Einbauort ist die Verbindung vom IO-Controller zum ersten nachfolgenden Gerät zu wählen. (Die Einrichtung eines Spiegelports am Switch ist gleichfalls denkbar, aber nicht für alle Anwendungen ausreichend) Anmerkung: Beim Festeinbau eines PN-INspektors kann eine separate Messstelle in Form eines TAP entfallen. Messstelle Die Installation (Einbauort) der Messstelle sollte unmittelbar hinter dem IO-Controller erfolgen!

6 Permanente Analyse Zentrale Netzwerkmanagementsoftware PROmanage Immer mehr unterschiedliche Netzwerke erfordern zunehmend mehr Programme zur Verwaltung, Pflege und Übersicht. Ziel ist es in einer Oberfläche die Verfügbarkeiten von allen Netzen (PROFIBUS, PROFInet, CAN, ASi, usw.) darzustellen, um so den Überblick nicht zu verlieren. PROmanage ist eine zentrale Software einschließlich Datenbank zur Analyse, Verwaltung und Speicherung von Daten über die Qualität in industriellen Kommunikationsnetzwerken, wie auch PROFInet. Unter Verwendung der Standard-SNMP- Abfragen können beispielsweise alle Portstatistiken der managebaren Switche bzw. PROFInet-fähigen Geräte im Minutentakt abgefragt und mit einem Zeitstempel gespeichert werden. Mit Hilfe dieser ausgeklügelten Analysemethode können Auffälligkeiten sofort erkannt werden und einstellbare Schwellwerte lassen eine Alarmglocke schrillen. Über die Statistikfunktion sind die Daten bis zu einem Jahr minutengenau verfügbar. Ziel dieser Analysemethode ist es, Schwachstellen zu erkennen oder bei Veränderungen vor dem Ausfall auf Schwachstellen zu re-(agieren)! Darstellung - Netzwerk-Verfügbarkeit Ereignisinterpretation Zeitstempel pro Port Ethernet PROFInet Zentrale Mappingsoftware PROscan Die Automatisierungsnetze werden immer größer und sind dadurch schwieriger zu überblicken. Gut, dass es nun eine automatische Mappingsoftware gibt, mit der es nie wieder zu veralteten Topologieplänen kommt. PROscan ist ein Optionsmodul der Netzwerkmanagementsoftware PROmanage und ermöglicht die automatische Erstellung von übersichtlichen Netzwerk-Topologien. Bei stetig steigender Ethernet Vernetzung im industriellen Umfeld ist PROscan ein unersetzliches Hilfsmittel für Einrichtung und Inbetriebnahme. Zunehmendes Interesse zeigen die Bereiche Netzwerkadministratoren, Service und Instandhaltung. Unabhängig vom Hersteller und Gerätetyp der eingesetzten Komponenten können Netzwerkstrukturen erfasst, grafisch dargestellt und die bestehenden Verbindungswege deutlich gemacht werden. In Verbindung mit der permanenten Netzwerkmanagementsoftware PROmanage lassen sich Schwachstellen erkennen, lokalisieren und somit grafisch sichtbar machen. Darstellung - Netzwerk-Topologie

7 Wissen durch Erfahrung Seminare und Workshops Ein Team von hochqualifizierten und motivierten Mitarbeitern im Innen- und Außendienst betreut unsere Kunden aus allen Bereichen des produzierenden Gewerbes. Herstellerneutrale Kompetenz und eine partnerschaftliche Zusammenarbeit sind dabei unser Aushängeschild. Ziel ist immer der Aufbau und Transfer von Know-how und Erfahrung hin zum Kunden. Dabei entstand ein rundes Sortiment an Dienstleistungen, Messgeräten und Schulungen, spezialisiert auf alle Fragen rund um industrielle Kommunikation. Gelebte Praxis in Verbindung mit hohem Fach-Know-how ist die Grundlage für hochqualifizierte Schulungen im Bereich PROFInet, Industrial Ethernet, PROFIBUS und anderen Feldbusprotokollen. Aus der Praxis, für die Praxis bedeutet, dass unsere Trainer selbst im täglichen Einsatz immer wieder mit aktuellen Problemstellungen konfrontiert werden. Hier wird vermittelt, was wirklicht geht. Gemeinsam halten wir Schritt in dem sich rasant entwickelnden Markt der Feldbussysteme und Netzwerke. Die Inhalte der Schulung sind so aufgebaut, dass alle Personen mit unterschiedlichsten Vorkenntnissen und Qualifikationen aus den Bereichen Service und Inbetriebnahme, Wartung und Instandhaltung an das Thema unkompliziert herangeführt werden. Der Schwerpunkt der Schulung liegt daher, neben der dafür notwendigen Theorie, im praktischen Bereich. Ziele der Veranstaltung: Sicherer Umgang mit den Besonderheiten bei - Inbetriebnahme/Fehlersuche - Wartung/Instandhaltung im PROFInet Seminarinhalte - Theorie und Praxis 1. Tag Theorie: 2. Tag Praxis: Fehlerbeseitigung sowie der möglichen Permanentüberwachung Alle theoretischen Abhandlungen stehen in unmittelbarem Zusammenhang mit den praktischen Erfordernissen des jeweiligen Betreibers. Über die vermittelten Inhalte erhält jeder Teilnehmer umfangreiche Schulungsunterlagen, sowie ein Schulungszertifikat.

8 Indu-Sol GmbH Blumentraße Schmölln Auftraggeber: Musterfirma Datum: Musterstraße D Musterstadt Bestell-Nr.: Einsatz-Datum: Seiten: 01 Einsatz-Ort: Musterfirma Anlage: Anlage 1 Netzwerkdaten: Anzahl Netzwerkknoten 3 x Switch Siemens Scalance X208 Anzahl belegter Port s 17 Anzahl Endgeräte 12 Netzbetriebsart 100 MBit FDX Kommunikationsprotokoll PROFInet / TCP/IP Messmittel physikalisch: Ethertest Test-Netzwerkphysik Überprüfung der Netzwerkkabel nach Cat. 5e bis 100MHz Anzahl vorhandene Cu-Verbindungen: 20 davon gemessen: 20 Anzahl vorhandene LWL-Verbindungen: 0 davon gemessen: 0 Messmittel logisch: EtherScope, PROmanage, Switch Statistiken, BANY 44,25% max. Netzwerkauslastung 7,04% Netzwerkauslastung ja Kollisionen CRC Art der Fehler ja Fehltelegramme 0,5 kbyte/ms Datendurchsatz OK Telegramm-Jitter ja/nein ausgefallene Aktualisierungsraten PROFInet Aktualisierungsrate: 1ms PROFInet IO-Geräte 128ms Switche Mess- Protokolle: x Leitungsmessung x Logische Messung x Langzeit Überwachung Abnahme- Zertifikat: erteilt x bedingt erteilt nicht erteilt x Empfehlungen Kriterien für Inspektionsfähigkeit: erfüllt x nicht erfüllt Datum: Unterschrift: TEL: FAX: Internet : info@indu-sol.com Schmölln, Musterfirma GmbH & Co. KG hat am Praxis-Seminar (Installation, Fehlersuche, Diagnose und Instandhaltung) e r f o l g r e i c h... teilgenommen. Inhalte Schulung Teil 1: Inhalte Schulung Teil 2: - physikalische Grundlagen hochfrequenter - Netzwerkinstallation Datenkommunikation, Schirmung/EMV - Netzwerkinbetriebnahme - Grundlagen Ethernet - Netzwerküberwachung Netzarten - Messgeräte/Diagnosetools: Netzstrukturen "ETHERtest II " - Leitungstester Telegrammaufbau "ETHERscope " - Telegramm Analyser Netzwerkkomponenten HUB/Switch/Router "Wireshark" - Telegramm Analyser Steckverbinder/Cu-Kabel/LWL "PROmanage " - Analyser Software - Messgeräte/Diagnosetools "PROscan " - Mapping Software - Switch-Management-Funtionen - Switchmanagement - Abnahmebedingungen/Lastenhefte - Redundanz-Konzepte - Netzwerksicherheit - Netzwerksicherheit Router/Firewall Ort, Datum Seminarleiter: Indu - Sol GmbH Blumenstraße Schmölln Tel: / Fax: / info@indu-sol.com Internet: Produkte und Dienstleistungen Diagnosewerkzeuge Offline - Analyse Permanente Analyse Ethertest V4 PROmanage Leitungstester Ethernet/PROFInet Netzwerkmanagementsoftware Art.-Nr.: Art.-Nr.: Online - Analyse PROFInet INspektor PROscan Netzwerkanalyse Mappingsoftware Art.-Nr.: Art.-Nr.: Messstelle PROFInet TAP PROFInet INspektor Messtelle Ethernet/PROFInet Netzwerkanalyse Art.-Nr.: Art.-Nr.: Dienstleistungen Messung/Troubleshooting Schulung/Praxisseminar Zertifikat Herr Muster Muster Einmessung/Zertifizierung PROFInet Seminar Industrial Ethernet Fehlersuche Inbetriebnahme/Wartung Art.-Nr.: Art.-Nr.: Infrastrukturkomponenten Stecker Kabel PROFInet Stecker PROFInet Kabel Cat5 RJ45 FastConnect massiv Art.-Nr.: Art.-Nr.: PROFInet Stecker PROFInet Kabel Cat5 M12 FastConnect flexibel Art.-Nr.: Art.-Nr.: Indu-Sol GmbH Blumenstraße Schmölln Telefon: Telefax: info@indu-sol.com