Automation University Österreich AUD26 Die Vorteile von gemanagten Switchen in der Automatisierung

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1 Automation University Österreich AUD26 Die Vorteile von gemanagten Switchen in der Automatisierung Ashkan Ashouriha Solution Architect Integrated Architecture & Connected Enterprise PUBLIC PUBLIC 5058-CO900H Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

3 Netzwerk Infrastruktur und Security Portfolio Übersicht Adressiert die Bedürfnisse der Automatisierung, Stratix 8000 /Stratix 8300 Stratix 5900 ArmorStratix 5700 Stratix 5100 Stratix 5410 Produktion und IT Stratix 5700 Stratix NATR Stratix 2000 Erweiterte Switching, Routing und Security Funktionen Produktions- und Enterprise- Integration Gemeinsame Werkzeuge für Automatisierung und IT On-Machine Wireless Verbesserte Wartbarkeit Anpassbar auf Ihre Bedürfnisse PUBLIC Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 3

4 OSI Referenzmodell Open Systems Interconnection Schicht Name Schicht No. Funktion Beipiele Application Layer 7 Network Services to User App CIP Presentation Layer 6 Encryption/Other processing Session Layer 5 Manage Multiple Applications Transport Layer 4 Reliable delivery/error correction TCP - UDP Network Routers Layer 3 Logical addressing - Routing IP Data Link Switches Layer 2 Media Access Control IEEE Physical Cabling Layer 1 Specifies voltage, pin-outs, cable TIA Physical Layer Hardening Infrastructure Device Hardening Common Application Layer Protocol Was macht EtherNet/IP industrietauglich? 5-Schichten TCP/IP Modell Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

6 Industrial Traffic Prioritization QoS Cell/Area Zone Priorities Priority Queue, Queue 1 Output Queue 2 Output Queue 3 Output Queue 4 Typical Enterprise QoS Voice Video Call Signaling Network Control Critical Data Best Effort Bulk Data Scavenger Note: Due to queue characteristics of the Stratix 5700/8000/8300, the queue order of priority is different than general enterprise switch. Cell/Area Zone QoS Priority Queue, PTP-Event Queue 1 CIP Motion PTP Management, Safety I/O & I/O Network Control Voice CIP Explicit Messaging Call Signaling Video Critical Data Bulk Data Best Effort Scavenger Output Queue 3 Output Queue 4 Output Queue 2 Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved. 6

7 CIP Sync SOE Beispiel CLX Chassis #1 Boundary Clock S L 7 X M S M S S M S S E N 2 T R S S O E G P S GM CLX Chassis #2 System Time Source E N 2 T R S S O E Boundary Clock L 6 X CLX Chassis #3 E N 2 T R S S O E Boundary Clock L 6 X Die Uhren im Netzwerk werden mit einer Genauigkeit von ± 100 ns synchronisiert Transparent Clock IEEE 1588 PTP S S S 1732E- SOE Armor Block I/O #1 1732E- SOE Armor Block I/O #1 1732E- SOE Armor Block I/O #1 Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

8 Clock Types OC Ordinary Clock A 1588 clock with a single PTP port. Applied to an end node in a system. BC Boundary Clock A clock with more than a single PTP port, with each PTP port providing access to a separate PTP communication path. Boundary clocks are used to eliminate fluctuations produced by routers and similar network elements.. Grandmaster Ordinary Clock Switch Boundary Clock + - K T total T total TC Transparent Clock A clock that measures the residence time of a PTP event message in traversing across any two ports in a device located in a linear or ring topology. This measured residency time is added to the correction field (CF) so downstream devices receive a corrected form of the master time reference as time is passed from device to device. Hybrid Clock Two clock functions combined into one device. For example, an ordinary clock and a transparent clock may be combined for two port devices for linear and ring topologies. T total Node 1 T 1 T total = T 1 + T total Node 2 T 2 T total = T 2 + T total Node n T total Transparent Clock Transparent Clock Transparent Clock Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

9 Precision Time Protocol - Uhrentypen Eine gewöhnliche Uhr (engl. Ordinary Clock, kurz OC) ist mit der Rolle Master entweder die Quelle oder mit der Rolle Slave der Empfänger der Zeit, nicht aber beides. Einfache Uhren synchronisieren sich direkt. Eine 'Boundary Clock' (BC) ist eine Uhr, die die Zeitinformation über eine Netzwerk-Grenze hinweg transportiert. So z.b. in einem Router, der verschiedene 'geswitchte' Netze verbindet: Als Slave empfängt die Uhr des Routers die Zeitinformation und gibt diese als Master weiter. Eine durchsichtige, auch transparente Uhr (engl. Transparent Clock, kurz TC) wurde 2008 nachträglich in die Spezifikation aufgenommen und verbessert innerhalb eines Netzwerks bei der Weiterleitung von Zeitinformationen, indem sie die PTP-Nachrichten empfängt und modifiziert (korrigiert) weiterleitet. Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

10 CIP Motion CIP Extension Controller und Drive Profile Motion Achsenobjekt Sichere E/A Sicherheitssteuerung Camera Sichere E/A Steuerung HMI E/A FU Controller Servoverstärker I/O Servoverstärker Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

11 Device Level Ring (DLR) Protokoll Device-level Ring Topologie Stratix 5700 Switch Forwarding Beacon CompactLogix Steuerung Active Ring Supervisor Beacon Announce Sperren Announce POINT I/O ArmorPoint I/O POINT I/O PowerFlex Device-Level Ring Topologie mit Device Level Ring Protokoll Der Supervisor sperrt die Kommunikation auf einem Port Sendet einen Beacon Frame auf beiden Ports um eine Unterbrechung des Rings zu erkennen Wird der Ring wiederhergestellt, kommt der Beacon Frame auf beiden Ports an und der Supervisor schaltet wieder zurück auf normalen Ring-Betrieb und sperrt einen Port Copyright 2014 Rockwell Automation, 11 Inc. All Rights Reserved.

12 Device Level Ring (DLR) Protocol Device-level Ring Topology Stratix 5700 Switch Forwarding CompactLogix Steuerung Aktiver Ring Supervisor Forwarding Unterbrechung POINT I/O ArmorPoint I/O POINT I/O PowerFlex Wenn ein Fehler erkannt wird, öffnet der Ring Supervisor den gesperrten Port Das Netzwerk verhält sich jetzt wie ein linearer Bus Die Fehlerstelle steht sofort als Diagnoseinformation zur Verfügung 1-3ms Erholungszeit des Rings mit max. 50 Teilnehmer im DLR Copyright 2014 Rockwell Automation, 12 Inc. All Rights Reserved.

13 IoT in der Industrie oder IIoT Enterprise-wide Business Systems Levels 4 & 5 Data Center Enterprise Zone ERP Level IDMZ MES Information Site-to-Site Connection Plant-wide Site-wide Operation Systems Physical or Virtualized Servers FactoryTalk Application Servers & Services Platform Network Services e.g. DNS, AD, DHCP, AAA Remote Access Server (RAS) Call Manager Storage Array Level 3 - Site Operations Industrial Zone Levels 0-2 Cell/Area Zones APC DCS/ SCADA Controller Sensors & Actuators Remote Site #1 Local Cell/Area Zone #1 Local OEM Skid / Machine #1 Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

16 Zusätzliche Vorteile der Migration Integrated Safety ControlLogix chassis EtherNet/IP POINT I/O Armor Block I/O Kinetix 6500 Stratix 5700 oder Safety Relay Integrierter, fehlersicherer Programmteil Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

18 Loop Prevention Stratix Switch Managed Switches verwenden spezielle Loop-Präventions-Protokolle um gegen Broadcast-Storms zu schützen. Jeder Verdacht auf Netzwerkschleifen resultiert in einer Portabschaltung. Verschiedene Protokolle unterstützen diverse Topologien und haben unterschiedliche Konvergenzzeiten: Protokoll Topologie Konvergenzzeit Spanning Tree (STP) Stern 60 s Rapid Spanning Tree (RSTP) Stern 1 s Resilient Ethernet Protocol (REP) Ring 70 ms Device Level Ring (DLR) Ring 3 ms PUBLIC Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 18

19 Security Port Security Diese Funktion steht auf allen Stratix Managed Switches zur Verfügung. Bietet eine einfache Möglichkeit den Netzwerkzugang auf MAC Adressen zu beschränken. Ein Switch Port kann blockiert werden, wenn: Mehr MAC Adressen als erlaubt auf einen Port zugreifen möchten. Die Quellen MAC Adresse nicht in der Liste für erlaubten Zugriff enthalten ist. Jeder Sicherheitsverstoß löst auch automatisch einen Alarm am Switch aus. Dem Gerät, welches den Sicherheitsverstoß auslöst, wird der Zugriff verweigert. PUBLIC Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 19

20 ADC Automatic Device Configuration Beispiel 2:00 AM Stratix 8000 / 5700 EtherNet/IP Configuration Flash IP Address Bei kritischen Antrieben können die Stillstandszeiten erheblich reduziert warden! Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

21 Segmentierung CIP Segmentierung - ControlLogix Chassis Unabhängige Ethernet-Netzwerke mit CIP Brücken (Layer 7) Safety System ControlLogix chassis Stratix 8000 EtherNet/IP EtherNet/IP PV+ EOI EtherNet/IP POINT I/O ArmorBlock I/O Kinetix 6000 PowerFlex 755 PUBLIC Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 21

22 Segmentierung Konvergierte Netzwerk Segmentierung Gemeinsames Ethernet-Netzwerk (Layer 2 Segmentierung) ControlLogix chassis Remote User HMI VLAN EtherNet/IP PV+ EOI PowerFlex 755 Kinetix 6000 POINT I/O Safety System ArmorBlock I/O Motion VLAN I/O Drive Control VLAN Safety VLAN PUBLIC Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 22

23 Switche, gemanagt oder nicht? Vorteile Nachteile Gemanagte Switche (Stratix 5100, 5700, 5900, 6000, 8000/8300) Vermeidung von Schleifen Dienste für Datensicherheit Diagnoseinformationen Dienste zur Segmentierung (VLANs) Dienste für die Priorisierung (QoS) Netzwerk Ausfallsicherheit (resiliency) Dienste für die Multicast Verwaltung Höhere Kosten Erfordern mehr Arbeit und IT-Fachwissen zum Einrichten und Konfigurieren Nicht gemanagte Switche (Stratix 2000) Kostengünstig Einfach einzurichten Keine Vermeidung von Schleifen Keine Dienste für Datensicherheit Keine Diagnoseinformationen Keine Segmentierung, keine Priorisierung Schwer zu diagnostizieren Keinen Support für Ausfallsicherheit Embedded Switche (z.b. CompactLogix PAC) Diagnoseinformationen Dienste für die Priorisierung (QoS) Zeitsynchronisierung (1588 Transparent Clock) Netzwerk Ausfallsicherheit Vermeidung von Schleifen Begrenzt managbare Funktionsumfang Erfordern bei aktiver Ring Topologie eine minimale Konfiguration Copyright 2014 Rockwell Automation, Inc. All Rights Reserved.

24 Stratix Managed Switch Positionierung Stratix 5410 Stratix 5700 /ArmorStratix 5700 Support Layer 2 switching with NAT, PoE and integrated DLR Stratix 8000 /Stratix 8300 Supports Layer 2 and Layer 3 routing with expansion modules for maximum flexibility Stratix 5400 Supports Layer 2 and Layer 3 routing capabilities with an all Gigabit (GE) platform 19" rack mount design with Layer 2 or Layer 3 routing and 10 Gigabit support PUBLIC Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

25 Stratix 5100 Wireless Access Point/ Workgroup Bridge Drahtlose Technologie Konfigurieren als drahtlosen Access Point oder als Work Group Bridge Verbinden von schwer erreichbaren oder abgelegenen Zonen Mobiler Zugang zu Infrastruktur und Schlüsselsystemen Minimiert Hardware und Verkabelung Innovatives Design Vier externe dual-band dipole Antennen Unterstützt 3x4 multiple input/ multiple-output (MIMO) Besonderheit mit 3-dimensionalem Datenstrom Power over Ethernet (PoE) Optimierte Integration Embedded Cisco Technologie ermöglicht die Integration in Firmennetzwerke FactoryTalk View Faceplates für die Zustandsüberwachung und Alarmierung Studio 5000 add-on profiles zur Konfiguration und Überwachung PUBLIC Copyright 2016 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

27 Danke!