Automatisierungsforum November Tipps & Tricks Planung und Aufbau von PROFINET Netzwerken

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1 Automatisierungsforum November 2011 Tipps & Tricks Planung und Aufbau von PROFINET Netzwerken Peter Kretzer Siemens Saarbrücken Agenda Vorbetrachtung PROFINET IO Zusammenfassung Weitere Informationen im Internet

2 Agenda Vorbetrachtung PROFINET IO Zusammenfassung Weitere Informationen im Internet Vorbetrachtung PROFINET IO Einsatzbereich PROFINET IO PROFINET IO ist mit PROFIBUS DP vergleichbar, es werden die Mechanismen für die Übertragung von IO-Daten zur Verfügung gestellt. PROFINET IO nutzt die Echtzeitkommunikation PROFINET IO mit RT und IRT. Internet Factory Automation Motion Control 100ms 250µs IT-Dienste TCP/IP RT IRT Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken

3 Vorbetrachtung PROFINET IO PROFINET IO Geräteklassen PROFINET IO-Controller (analog PROFIBUS DP: DP Master Kl.1): Austausch der Peripheriesignale mit zugeordneten Feldgeräten Zugriff auf die Peripheriesignale über Prozessabbild PROFINET IO-Device (analog PROFIBUS DP: DP Slave): Dem IO-Controller zugeordnetes Feldgerät PROFINET IO-Supervisor (analog PROFIBUS DP: DP Master Kl.2): Engineering und Diagnose-Station Diagnose Status/Steuern Parametrierung Steuerung IO-Controller PG/PC Supervisor Feldgerät IO-Device Konfigurierung Peripheriesignale Alarme Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Vorbetrachtung PROFINET IO Koexistenz verschiedener Real-Time-Klassen Die Kommunikation über PROFINET ist in drei Klassen skalierbar: 1. NRT Die NRT (Non Real Time) Kommunikation entspricht der Kommunikation über Standard Ethernet mit der TCP/IP-Protokoll Familie. 2. RT Die RT (Real Time) Kommunikation entspricht der Kommunikation über Standard Ethernet mit priorisierten Telegrammen. Setzt auf Standard Ethernet Hardware auf. Es ist ein geeigneter Protokollstack erforderlich. 3. IRT Die IRT (Isochronous Real Time). Dieser Kommunikationskanal basiert auf den Ethernet- Telegrammen, setzt jedoch für die Priorisierung ein überlagertes Zeitschlitzverfahren voraus. Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken

4 Vorbetrachtung PROFINET IO Koexistenz verschiedener Real-Time-Klassen Für die Übertragungsraten der drei Klassen gilt: NRT-Geräte können mit 10 oder 100 MBit/s betrieben werden. RT und IRT-Geräte können nur mit 100 MBit/s betrieben werden, 10 MBit/s sind nicht zulässig! Sonderfall Wireless LAN jedoch Anpassung der Aktualisierungszeiten der WLAN-TN erforderlich! Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Vorbetrachtung zu PROFINET IO Performance der Real-Time-Klassen n IRT RT NRT (TCP/IP) 0,25...1,0 msec 10 msec 100 msec t typ. Übertragungszeit Merke: Geschwindigkeit und Jitter bestimmen die Qualität der Datenübertragung in einem Netzwerk Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken

5 Vorbetrachtung zu PROFINET IO PROFINET RT-Klassen im Schichtenmodell IT-Anwendungen z.b. HTTP SNMP DHCP... TCP/UDP IP PROFINET Anwendungen PROFISAFE 1 Konfiguration Nutzdaten Diagnose Ethernet Real-time 2 RT 3 IRT Real-time TCP/IP (NRT) Geräteparametrierung und Konfigurierung Lesen von Diagnosedaten Aushandeln des Nutzdatenkanals Real-Time RT (WLAN möglich) Performante zyklische Nutzdatenübertragung Ereignisgesteuerte Meldungen/Alarme Isochronous Real-Time IRT (derzeit kein WLAN) Taktsynchrone Nutzdatenübertragung Hardwareunterstützung durch ERTEC (IRT-Switch) Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Agenda Vorbetrachtung zu PROFINET IO Weitere Informationen im Internet Zusammenfassung

6 Übersicht der Einflussfaktoren Folgende Einflussfaktoren sollten beachtet werden... Hohe Kaskadiertiefe der Switche Starkes Broadcast- / Multicast-Telegrammaufkommen Hohe Kommunikationslast durch andere Teilnehmer Mehrere Controller in verschachtelten Systemen... damit ggf. die Zykluszeiten des PN IO-Systems entsprechend angepasst werden... oder durch Maßnahmen, welche im folgenden dargestellt werden, im Vorfeld minimiert werden Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Einflussfaktor: Switchkaskadierung Hohe Kaskadiertiefe der Switche Merke: Formel: Die Switchtiefe kann die Aktualisierungsintervall des PN IO Systems negativ beeinflussen Anzahl Switches in Linie x durchschnittliche Durchlaufzeit im Switch Beispiel Durchlaufzeit 50 Switches: 50 x 10µs* 500µs (Latenzzeit) Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken

7 Einflussfaktor: Starkes Broadcast- / Multicast-Telegrammaufkommen Mehrpunktverbindungen, bei denen die Datenpakete in jedem betroffenen Switch des Netzwerks vervielfältigt werden Somit entsteht eine hohe Kommunikationslast bei den Switches Da die PN IO Telegramme im Netz dieselben Switches durchlaufen müssen, kann es somit zu Verzögerungen bei der IO-Kommunikation kommen Abhilfe: Absichern der Automatisierungszellen mit Firewall, Sicherheitskomponenten und speziellen Switchkonfigurationen Source (PLC) Source (PLC) switch switch Target (I/O) Unicast Target (I/O) Multicast /Broadcast Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Einflussfaktor: Hohe Kommunikationslast durch andere Netzteilnehmer PROFINET-Netzwerkinfrastruktur kann auch für automatisierungsfremde Applikationen genutzt werden (z.b. Client-Server Kommunikation, VoIP) IO Controller Switch Server Hohes Datenaufkommen kann das Echtzeitverhalten von RT jedoch negativ beeinflussen IO Device Switch Abhilfe: Sicherstellen, dass zentrale Zugangspunkte der PN IO- Kommunikation (z.b. Anschluß PN IO- Controller) über eigenen Switch angebunden werden IO Device IO Device Client Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken

8 Einflussfaktor: Mehrere Controller in verschachtelten Systemen Zu vermeiden: Verschachtelung von 2 oder mehr IO Subsystemen ineinander Anschluß eines OPs/PGs am "anderen" Ende der Linie Hintergrund: Im Engineering wird für jedes IO-System 50% der Netzbandbreite reserviert. Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Einflussfaktor: Mehrere Controller in verschachtelten Systemen Zu vermeiden: Verschachtelung von 2 oder mehr IO Subsystemen ineinander Anschluß eines OPs/PGs am "anderen" Ende der Linie Hintergrund: Im Engineering wird für jedes IO-System 50% der Netzbandbreite reserviert. Lösungsmöglichkeit: Verschachtelung der entfernten Geräte mit direkter Verbindung auflösen Wenn möglich: Aktualisierungszeit erhöhen Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken

9 Empfohlene Topologien für PROFINET IO Netze: Baumstruktur Verzweigte Baumstrukturen zur Vermeidung hoher Switchtiefen. Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Empfohlene Topologien für PROFINET IO Netze: Linienstruktur Lange Linienstrukturen aufteilen. Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken

10 Empfohlene Topologien für gemischte Systeme PN CBA und PN IO Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Agenda Vorbetrachtung zu PROFINET IO Zusammenfassung Weitere Informationen im Internet

11 Zusammenfassung Wenn möglich sollten Sternstrukturen, bzw. Baumstrukturen verwendet werden. Hohen NRT-Traffic erzeugende Geräte (z.b. HMI) sollten am gleichen Switch wie die Steuerungen angeschlossen werden. NRT-Traffic "quer" durch das Netz sollte vermieden werden. Für den Anschluss von "temporären" Geräten, wie z. B. PGs, sollte an dem Switch an dem auch die SPS angeschlossen ist, ein Port frei gehalten werden. Der zyklische IO Datenaustausch zwischen IO Subsystemen ist zu vermeiden, d.h. IO Subsysteme sollten über übergeordnete Switches miteinander gekoppelt werden. Netzwerke sollten vor intensivem Broadcast- und/oder Multicast-Verkehr von "innen" und/oder von "außen" geschützt werden Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Agenda Vorbetrachtung zu PROFINET IO Zusammenfassung Weitere Informationen im Internet

12 Weitere Informationen im Internet Siehe Siemens Supportseiten FAQ: Ermittlung der PN-Reaktionszeit, HMI-Aktualisierungszeit und HMI-Bedienzeit für typische Konfigurationen am PROFINET IO (RT) Applikationen &Tools: Ermittlung der Übertragungszeit für typische Konfigurationen am Industrial Ethernet Peter Kretzer Automatisierungsforum November 2011 Folie Industry Automation/Siemens Saarbrücken Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Peter Kretzer GER I S MTE IA TC Werner-von-Siemens-Allee Saarbrücken (IT-Park Burbach) Telefon: +49 (0)681/ peter.kretzer@siemens.com