FAQ 12/2015. PROFINET IO- Kommunikation.

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1 FAQ 12/2015 PROFINET IO- Kommunikation

2 Dieser Beitrag stammt aus dem Siemens Industry Online Support. Es gelten die dort genannten Nutzungsbedingungen ( Securityhinweise Siemens bietet Produkte und Lösungen mit Industrial Security-Funktionen an, die den sicheren Betrieb von Anlagen, Lösungen, Maschinen, Geräten und/oder Netzwerken unterstützen. Sie sind wichtige Komponenten in einem ganzheitlichen Industrial Security-Konzept. Die Produkte und Lösungen von Siemens werden unter diesem Gesichtspunkt ständig weiterentwickelt. Siemens empfiehlt, sich unbedingt regelmäßig über Produkt-Updates zu informieren. Für den sicheren Betrieb von Produkten und Lösungen von Siemens ist es erforderlich, geeignete Schutzmaßnahmen (z. B. Zellenschutzkonzept) zu ergreifen und jede Komponente in ein ganzheitliches Industrial Security-Konzept zu integrieren, das dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Dabei sind auch eingesetzte Produkte von anderen Herstellern zu berücksichtigen. Weitergehende Informationen über Industrial Security finden Sie unter Um stets über Produkt-Updates informiert zu sein, melden Sie sich für unseren produktspezifischen Newsletter an. Weitere Informationen hierzu finden Sie unter Siemens AG 2015 All rights reserved Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung PROFINET-Netzwerke Subnetzübergreifende Kommunikation über Router Subnetzübergreifende Kommunikation über PN/PN-Koppler Gleiche Subnetze Subnetzübergreifende Kommunikation über SCALANCE XM400/XR Grundlagen Übersicht PROFINET IO Real-Time-Kommunikation PROFINET -Konfiguration (beim Hochlauf des IO- Devices) Voraussetzung Beitrags-ID: , V1.0, 12/2015 2

3 1 Einleitung 1 Einleitung Ethernet ist der etablierte Standard in der IT-Welt zum Austausch von Daten (IEE 802.3). PROFINET (Process Field Network) ist der offene Industrial Ethernet-Standard von PROFIBUS & PROFINET International (PI) für die Automatisierung. PROFINET nutzt TCP/IP und IT-Standards, ist Echtzeit-Ethernet-fähig und ermöglicht die Integration von Feldbus-Systemen. PROFINET fordert 100 Mbit/s fullduplex, d.h. die Kommunikation erfolgt gleichzeitig in zwei Richtungen. Allerdings werden bei PROFINET auch niedrigere Baudrauten akzeptiert, z. B. wenn die Aktualisierungszeit erhöht wird, ist PROFINET über WLAN möglich. WLAN hat 54 Mbit/s halfduplex shared. PROFINET ist immer switched Ethernet. Die Netzlastverteilung ist über die Topologie beeinflussbar. Siemens AG 2015 All rights reserved Beitrags-ID: , V1.0, 12/2015 3

4 2 PROFINET-Netzwerke 2 PROFINET-Netzwerke Dieser Beitrag zeigt Anlagenstrukturen für die subnetzübergreifende PROFINET IO-Kommunikation. 2.1 Subnetzübergreifende Kommunikation über Router Abbildung 2-1 Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines PROFINET-Netzwerks in einer Anlage, in der zwei unterschiedliche IP-Subnetze über einen Router miteinander verbunden werden. Subnetz A x Subnetz B x / /16 IO-Controller IO-Controller / /16 Siemens AG 2015 All rights reserved IF X / /16 Router IF X / / / /16 PROFINET / IE IP-basierte Kommunikation IF: Interface Wenn Sie zwei IP-Subnetze über einen Router miteinander verbinden, dann können Sie folgende Kommunikationsdienste für den Datenaustausch zwischen Subnetz A und Subnetz B nutzen: Open User Communication (OUC): TCP, UDP und ISO-on-TCP S7-Kommunikation IP-Kommunikation, z. B. HTTP Die subnetzübergreifende Kommunikation über Router hat folgende Einschränkungen: Sie benötigen spezielle Hardware (Router). PROFINET-Kommunikation ist über Router nicht möglich, d. h. es ist keine Echtzeitkommunikation zwischen beiden IP-Subnetzen möglich. s können nicht netzübergreifend von einem zentralen PG getauft werden. Beitrags-ID: , V1.0, 12/2015 4

5 2 PROFINET-Netzwerke 2.2 Subnetzübergreifende Kommunikation über PN/PN- Koppler Abbildung 2-2 Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines PROFINET-Netzwerkes in einer Anlage, in der zwei unterschiedliche IP-Subnetze über einen PN/PN-Koppler miteinander verbunden werden. Subnetz A x Subnetz B x / /16 IO-Controller IO-Controller / /16 PN/PN-Koppler IF X1 IF X2 Siemens AG 2015 All rights reserved / / / / / /16 PROFINET / IE PROFINET-Kommunikation IF: Interface Der PN/PN-Koppler hat zwei Interfaces (IF X1 und IF X2). Jedes Interface hat 2 Ports. IF X1 und IF X2 können entweder im selben IP-Subnetz oder in unterschiedlichen IP-Subnetzen liegen. Wenn Sie zwei IP-Subnetze über einen PN/PN-Koppler miteinander verbinden, dann können Sie folgende Kommunikationsdienste für den Datenaustausch zwischen Subnetz A und Subnetz B nutzen: PROFINET-Kommunikation bis zum PN/PN-Koppler Die subnetzübergreifende Kommunikation über PN/PN-Koppler hat folgende Einschränkungen: Sie benötigen spezielle Hardware (PN/PN-Koppler). Es ist keine IP-basierte Kommunikation zwischen den beiden IP-Subnetzen möglich. s können nicht netzübergreifend von einem zentralen PG getauft werden. Steuerungen, HMIs, Antriebe usw. können nicht über den PN/PN-Koppler hinweg geladen oder diagnostiziert werden. Beitrags-ID: , V1.0, 12/2015 5

6 2 PROFINET-Netzwerke 2.3 Gleiche Subnetze Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines PROFINET-Netzwerkes in einer Anlage, in der sich alle Geräte im selben IP-Subnetz befinden. Abbildung / /24 Subnetz x / /24 Siemens AG 2015 All rights reserved / /24 PROFINET IE / /24 Wenn alle Geräte im selben IP-Subnetz liegen, dann können Sie folgende Kommunikationsdienste für den Datenaustausch zwischen den Geräten nutzen: PROFINET-Kommunikation: echtzeitfähig (möglich von IO-Controller zu IO- Device) Open User Communication (OUC): TCP, UDP, ISO-on-TCP: nicht echtzeitfähig S7-Kommunikation: nicht echtzeitfähig IP-Kommunikation, z. B. HTTP Da alle Geräte direkt miteinander verbunden sind und sich gegenseitig beeinflussen, können: Fehlkonfigurationen und Störungen an einzelnen Geräten direkte Auswirkungen auf andere Anlagenteile haben. viele Teilnehmer in einem IP-Subnetz für eine hohe Grundlast im Netzwerk sorgen (z. B. durch ARPs). Beitrags-ID: , V1.0, 12/2015 6

7 2 PROFINET-Netzwerke 2.4 Subnetzübergreifende Kommunikation über SCALANCE XM400/XR500 Abbildung 2-4 Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau eines PROFINET-Netzwerks in einer Anlage, in der zwei unterschiedliche IP-Subnetze über einen SCALANCE XM-400/SCALANCE XR-500 miteinander verbunden werden. Mit dem PG ist der Zugriff auf alle Geräte in Subnetz A und Subnetz B ab Layer 2 möglich /24 Subnetz A x /16 Subnetz B x / /16 Siemens AG 2015 All rights reserved SCALANCE X400/X500 IF / /16 IF / /24 PROFINET / IE IP-basierende Kommunikation / PROFINET-Kommunikation IF: Interface / /16 Wenn Sie zwei IP-Subnetze über einen SCALANCE X-400/SCALANCE X-500 miteinander verbinden, dann können Sie folgende Kommunikationsdienste für den Datenaustausch zwischen Subnetz A und Subnetz B nutzen: Open User Communication (OUC) mit TCP, UDP und ISO-on-TCP: nicht echtzeitfähig S7-Kommunikation: nicht echtzeitfähig IP-Kommunikation, z. B. HTTP Die subnetzübergreifende Kommunikation über SCALANCE XM-400/SCALANCE XR-500 hat folgende Einschränkungen: Sie benötigen spezielle Hardware (SCALANCE XM-400/SCALANCE XR-500). und Taufe von s über SCALANCE XM-400/SCALANCE XR-500 ist nicht möglich. Beitrags-ID: , V1.0, 12/2015 7

8 3 Grundlagen 3 Grundlagen 3.1 Übersicht Die folgende Abbildung zeigt das OSI-Schichtenmodell für strukturierte Kommunikation. Abbildung 3-1 Layer Dienste 7 Anwendungen (Application Layer) HTTP, SNMP etc. Webseiten, s, Livebilder, etc. IO-Daten 6 Darstellung (Presentation Layer) 5 Sitzung (Session Layer) Siemens AG 2015 All rights reserved Transport (Transport Layer) Vermittlung (Network Layer) Sicherung (Data Link Layer) TCP, UDP IP Ethernet Ethernet Header Ethernet Header IP TCP Anwendungsdaten Header Header PN- Header TCP Anwendungsdaten Header IP TCP Anwendungsdaten Header Header PN-Anwendungsdaten Ethernet Trailer Ethernet Trailer 1 Bitübertragung (Physical Layer) 100 Base TX/FX Beitrags-ID: , V1.0, 12/2015 8

9 3 Grundlagen Abbildung 3-2 IT-Anwendungen, z. B. HTTP SNMP DHCP PROFINET-Anwendungen Konfiguration und Diagnose Prozessdaten TCP / UDP IP Non-Real-Time Real-Time Ethernet 1 2 RT 3 IRT MAC vom Router Siemens AG 2015 All rights reserved Tabelle 3-1 Nr. Dienst 1. TCP/IP TCP/IP Protokolle dienen zur Parametrierung und Konfiguration sowie zur Übertragung von Diagnosedaten. TCP/IP Protokolle haben die Sendeberechtigung für den Anwenderkanal. 2. Real-Time RT Real-Time (RT) Protokolle dienen zur zyklischen High-Performance-Übertragung von Anwenderdaten. Es sind ereignisabhängige Meldungen7Warnungen möglich. 3. Isochronous Real-Time IRT Isochronous Rel-Time (IRT) Protokolle dienen zur synchronen Übertragung von Anwenderdaten. Die Hardware unterstützt IRT durch ERTEC. Jitter ist kleiner 1µsec. 3.2 PROFINET IO Real-Time-Kommunikation Die PROFINET IO Real-Time-Kommunikation basiert auf Layer 2 (MAC-Adressen). Damit ist die Kommunikation innerhalb eines Netzwerks möglich, wobei die Geräte im selben IP-Subnetz liegen müssen. Die Kommunikation ist über Switche möglich. Die Kommunikation ist über Router nicht möglich, da die Geräte im selben IP- Subnetz liegen müssen. Da die Geräte im selben IP-Subnetz liegen müssen, sind die IP-Adressen eingeschränkt. Beitrags-ID: , V1.0, 12/2015 9

10 3 Grundlagen Abbildung 3-3 PROFINET-Anwendungen Konfiguration und Diagnose Prozessdaten TCP / UDP IP Non-Real-Time Real-Time Ethernet RT IRT MAC vom Router Siemens AG 2015 All rights reserved 3.3 PROFINET -Konfiguration (beim Hochlauf des s) Die PROFINET -Konfiguration nutzt TCP/IP. Damit ist die Kommunikation über Netzwerkgrenzen hinweg möglich. Die Geräte müssen nicht im selben IP-Subnetz liegen. Die Kommunikation ist über Switche und Router möglich. Die IP-Adressen sind nicht eingeschränkt, wenn sie über Routing erreichbar sind. Beitrags-ID: , V1.0, 12/

11 3 Grundlagen Abbildung 3-4 PROFINET-Anwendungen Konfiguration und Diagnose Prozessdaten TCP / UDP IP Non-Real-Time Real-Time Ethernet RT IRT MAC vom Router Siemens AG 2015 All rights reserved 3.4 Voraussetzung 1. Im STEP 7-Projekt des IO-Controllers darf die IP-Adresse des I-Devices nicht fest eingestellt, da Sie beim Übersetzen überprüft werden. 2. Der IO-Controller kommuniziert zu zwei verschiedenen MAC-Adressen, um dasselbe I-Device anzusprechen: MAC-Adresse des Routers für IP-basierte Kommunikation MAC-Adresse des I-Devices für IO-Daten Beitrags-ID: , V1.0, 12/

12 3 Grundlagen PROFINET-Anwendungen Konfiguration und Diagnose Prozessdaten TCP / UDP IP Non-Real-Time Real-Time MAC-Adresse vom Router MAC vom Router MAC-Adresse vom Siemens AG 2015 All rights reserved 3. Layer 3 Switch, z. B. SCALANCE XM400, SCALANCE XR500 Beitrags-ID: , V1.0, 12/