Automatisieren mit PROFINET

Automatisieren mit PROFINET Industrielle Kommunikation auf Basis von Industrial Ethernet von Raimond Pigan und Mark Metter Publicis Corporate Publishing

1 Vom Schütz zum offenen Standard 14 1.1 Die Simatic-Erfolgsgeschichte 14 1.1.1 Strukturwandel durch Dezentralisierung 16 1.2 Der Weg zum Industrial Ethernet 16 1.2.1 Industrial Ethernet 17 1.3 Profinet 19 1.3.1 Profinet IO 20 1.3.2 Profinet CBA 20 1.3.3 Real Time-Kommunikation 21 1.3.4 Feldbusintegration 21 1.3.5 Sicherheit 21 1.3.6 Motion Control mit Profinet 22 1.3.7 Safety auf Profinet 22 2 Ethernet - Grundlagen und Protokolle 24 2.1 Grundsätzliche Struktur von Ethernet 24 2.2 Standard-Ethernet-Telegramm 25 2.3 Ethernet- oder MAC-Adresse 26 2.3.1 Wie findet man die Mac-Adresse eines Ethemetgeräts heraus? 26 2.4 Funktionen für Ethernet 26 2.4.1 Autonegotiation 26 2.4.2 Autosensing - Automatische Erkennung der Datenrate 27 2.4.3 MDI/MDI-XAutocrossover 27 2.5 Auf Ethernet basierende Protokolle für Profinet 27 2.5.1 TCP/IP 27 2.5.2 UDP/IP 33 2.5.3 Weitere Protokolle der Vermittlungsschicht 34 3 Real Time-Kommunikation 36 3.1 Anforderungen an ein echtzeitfähiges Ethernet 37 3.2 Echtzeit@Profinet 38 3.3 Real Time-Kommunikation 41 3.3.1 Real Time-Verbindungsmanagement 42 3.3.2 Synchronisation 43 3.3.3 Protokollelemente der Synchronisationstelegramme 47 3.3.4 Real Time-Protokollelemente 50 9

3.4 Isochrone Real Time-Kommunikation 53 3.4.1 Isochrone Real Time-Technologie 54 3.4.2 IRT-Protokollelemente 54 3.4.3 Projektieren von IRT-Applikationen 55 3.5 ProfinetASIC 56 3.5.1 Anwendungsbereich 58 3.5.2 Entwicklung von Profinet IO-Devices 59 3.6 Protokollanalyzer für Profinet 60 4 Profinet IO - Dezentrale Peripherie 61 4.1 Das Profinet IO-Konzept 61 4.1.1 Profinet IO-Geräteklassen 61 4.1.2 Datenfluss bei Profinet IO 61 4.1.3 Gerätemodell eines IO-Device 64 4.1.4 Daten-Objekte (Data Objects) 66 4.1.5 Kontext-Management (CM) 66 4.1.6 Applikationsbeziehungen (AR) 66 4.1.7 Kommunikationsbeziehungen (CR) 68 4.1.8 Dienste und Protokolle 72 4.1.9 Von der Projektierung zum laufenden System 82 4.1.10 Proxyfunktionalität bei Profinet IO 83 4.1.11 Profibus-Integration 84 4.2 Von der Planung bis zum Betrieb einer Anlage 85 4.2.1 Profinet IO Engineering mit Simatic STEP 7 85 4.2.2 Planen einer Anlage 86 4.2.3 Anlagen projektieren mit Simatic STEP 7 87 4.2.4 Anlagenbetrieb 108 4.3 Diagnosefunktionen für Profinet IO 110 4.3.1 Profinet IO-Diagnose mit STEP 7 und NCM 111 4.3.2 Profinet IO-Diagnose im Anwenderprogramm des IO-Controllers 121 4.3.3 Netzwerkdiagnose mit SNMP 122 4.3.4 Diagnose über die Anzeigenelemente von Profinet IO-Geräten 123 5 Profinet CBA - Verteilte Automatisierung 135 5.1 Der Weg zur verteilten Automatisierung 136 5.1.1 Verteilte Automatisierungssysteme mit IEC 61499-1 137 5.2 Profinet CBA 140 5.2.1 Profinet CBA-Konzept 141 5.2.2 Profinet CBA-Objektmodell 142 5.2.3 Integration von Feldbussen 146 5.2.4 Profinet- und Profibus-Geräte 148 5.2.5 Produkte für Simatic S7 und Simatic Net Profinet CBA 149 5.3 Profinet CBA Engineering 150 5.3.1 Erzeugen von Profmet-Komponenten 151 5.3.2 Verschaltung von Profinet-Komponenten mit dem Profinet CBA-Engineering 151 10

5.4 Profinet-Komponenten 152 5.4.1 Technologisches Modul 152 5.4.2 Technologische Schnittstelle 154 5.4.3 Programmierbare und feste Funktionalität 154 5.4.4 Profinet-Komponententypen 154 5.4.5 Singleton-Komponenten 155 5.4.6 Komponentisierbare Gerätekonfigurationen 155 5.4.7 Profinet Component Description (PCD) 159 5.5 Erstellen der Profinet-Komponenten mit STEP 7 159 5.5.1 Erstellen eines STEP 7-Basisprojektes 160 5.5.2 Belastung des Anwenderprogrammzyklus durch Kommunikationsprozesse.. 160 5.5.3 Erstellen des Profinet-Interface 162 5.5.4 Erstellen von Profinet-Komponenten - Das Komponentisieren 168 5.6 Profinet CBA-Kommunikation 174 5.6.1 Verschaltungen 174 5.7 Von der Planung bis zum Betrieb einer Anlage 178 5.7.1 Planen einer Anlage 179 5.7.2 Erstellen von Profinet-Komponenten 179 5.7.3 Anlagen projektieren mit Simatic imap 180 5.7.4 Inbetriebnahme und Test der Anlage 191 5.7.5 Betrieb und Überwachung der Anlage 195 5.8 Profinet CBA Diagnose 195 5.8.1 Offline-Diagnose mit Simatic imap 195 5.8.2 Onlinediagnose mit Simatic imap 198 5.8.3 Diagnose über die Anzeigeelemente von Profinet CBA-Geräten 208 6 Proflnet Anwenderprogramm-Schnittstellen bei Simatic S7 213 6.1 Grundlagen 213 6.1.1 Organisationsbausteine 215 6.1.2 Funktionsbausteine 217 6.1.3 Funktionen 217 6.1.4 Datenbausteine 217 6.1.5 SFCundSFB 218 6.1.6 Datensätze 221 6.2 Profinet IO-Programmschnittstellen 223 6.2.1 Organisationsbausteine bei Profinet IO 224 6.2.2 Systemfunktionen und Systemfunktionsbausteine bei Profinet IO 233 6.2.3 Systemzustandslisten (SZL) bei Profinet IO 250 6.3 Profinet IO-Anwenderprogrammschnittstellen 254 6.3.1 System- und Standardfunktionen bei Profinet IO 254 6.4 Profinet CBA-Anwenderprogrammschnittstellen 261 6.4.1 Organisationsbausteine bei Profinet CBA 261 6.4.2 System- und Standardfunktionen bei Profinet CBA 262 11

7 Profinet-Geräte und Vernetzung 271 7.1 Passive Netzwerkkomponenten 272 7.2 Übertragungsmedien in leitungsgebundenen elektrischen Netzwerken 273 7.2.1 Elektrische Signalübertragung bei Profinet mit loobase-tx 273 7.2.2 looobase-tx 275 7.2.3 Technische Ausführung - FastConnect 275 7.2.4 Busleitungen zur Schnellmontage - IE-FC-Kabel 276 7.2.5 IE-FC-RJ45-Stecker 277 7.2.6 Hybridstecker 278 7.2.7 M12-Stecker 279 7.2.8 IE FC Outlets 280 7.2.9 FastConnect Stripping Tool 281 7.2.10 IE-TP-Cords 281 7.2.11 Systemkonfigurationen in elektrischen Netzen mit Outlets 282 7.3 Optische Signalübertragung 283 7.3.1 loobase-fx 284 7.3.2 looobase-sx und looobase-lx 285 7.3.3 Lichtwellenleiter - Designed for Industry 286 7.3.4 LWL-Steckverbindungen und dauerhafte Verbindungen 287 7.4 Funknetzwerke mit Profinet 288 7.4.1 SCALANCE W 288 7.4.2 Die Komponenten von SCALANCE W 290 7.4.3 SCALANCE W788-1PRO 291 7.4.4 SCALANCE W788-2PRO 294 7.4.5 SCALANCE W744-1PRO 295 7.4.6 ipcfbei SCALANCE W 296 7.4.7 CP 7515 297 7.4.8 IWLAN/PB-Link PN 10 298 7.4.9 Zubehör der WLAN-Geräte 300 7.4.10 SCALANCE W konfigurieren und parametieren 302 7.5 Aktive Netzwerkkomponenten 303 7.5.1 NICs - Netzwerkkarten für Programmiergeräte und PCs 304 7.5.2 CP - Kommunikationsprozessoren für Steuerungen in der S7-Welt 306 7.5.3 Weitere Profinet-Produkte 309 7.5.4 Grundsätzliches zu Hubs und Switches 313 7.5.5 Switches für den industriellen Einsatz: SCALANCE X 315 7.5.6 Router 322 7.6 Netztopologien für Profinet-Netzwerke 324 7.6.1 Stern 325 7.6.2 Baum 326 7.6.3 Linie 327 7.6.4 Ring 328 7.7 Aufbaurichtlinien zum Optimieren von Profinet 329 7.7.1 Elektromagnetische Verträglichkeit 329 7.7.2 Installationshinweise für elektrische und optische Datenkabel 330 7.7.3 Allgemeine Regeln für den Aufbau von Profinet-Netzwerken 333 7.7.4 Übersicht der grundlegenden Normen und Richtlinien zu Profinet-Vernetzung 333 12

8 Profinet Security 335 8.1 SCALANCE S 336 8.2 Die Schutzfunktionen der Security-Module 339 8.2.1 VPNs 339 8.2.2 Paketfilter-Firewall 340 8.3 Simatic Net SCALANCE S612 und S613 342 8.4 Simatic Net SOFTNET Security Client 343 8.5 Beispielkonfigurationen 344 8.5.1 SCALANCE S als Firewall betreiben 344 8.5.2 VPN Tunnel mit SCALANCE S 350 Weiterführende Informationen 355 Glossar 357 Literaturverzeichnis 360 Stichwortverzeichnis 364 13