PROFIBUS PNO Polska. Przegląd systemu PROFInet

Transkrypt

1 Przegląd systemu PROFInet 1

2 w automatyce Trend do zamiany struktury centralnej na systemy rozproszone Wykorzystanie sieci Ethernet na wszystkich poziomach automatyki Wzrost wykorzystania standardu IT w automatyce IT i Ethernet integrują świat automatyki z siecią ogólną 2

3 Dlaczego sieć Ethernet? Jeden typ sieci Ograniczenie typów łączy Globalny zasięg Dostęp do najniższego poziomu systemu Zalety technologii IT w systemach automatyki Zdalny dostęp Serwis poprzez internet Podgląd i obsługa systemu Porównanie z systemami pracującymi w automatyce Większa wydajność Nieograniczona ilość stacji Prostsza obsługa 3

4 Wymagania stawiane sieci PROFINET Niezawodność i redundancja Programowanie całej instalacji Krótki Czas reakcji Wykonanie przemysłowe Automatyka przemysłowa Diagnostyka sieci i stacji Integracja istniejących instalacji Zabezpieczenie dostępu Aplikacja do zabezpieczeń Safety 4

5 PROFINET rozwiązanie dla sieciowych aplikacji przemysłowych! PROFINET standard otwarty dla wszystkich użytkowników PROFINET oparty na bazie sieci Industrial Ethernet PROFINET wykorzystuje TCP/IP i standard IT PROFINET prac po sieci Ethernet PROFINET pozwala na pełna integrację systemów polowych 5

6 PROFINET właściwości Duża elastyczność przy tworzeniu sieci dzięki możliwością sieci Ethernet i IT Zabezpieczenie inwestycji przez wykorzystanie istniejących stacji w aplikacji Dzięki modularyzacji oszczędzamy koszty programowania i uruchomienia Wydajność 100 razy większa dla aplikacji Motion Control 6

7 PROFINET przegląd Security Safety Echtzeit- Kommunikation Proces Dezentrale Feldgeräte Komunikacja Real-time Safety IT-Standards & Security PROFINET PROFINET Motion Urządzenia Control polowe IT-Standards Instalacja sieci Automatyka Netzwerk Installation Verteilte Motion Control Intelligenz PROFINET Standard dla sieci Industrial Ethernet 7

8 Komunikacja Safety Proces Komunikacja Real-time IT-Standards & Security PROFINET Urządzenia Dezentrale polowefeldgeräte Instalacja sieci Automatyka Motion Control Dezentrale Feldgeräte 8

9 PROFINET = Ethernet Real-time (RT) Wykorzystanie standardowych komponentów Wydajność podobna do sieciowych systemów polowych (np. ) Typowe obszary zastosowań: automatyka przemysłowa Izochroniczny Real-time (IRT) deterministyczna Czas cyklu 1ms z dokładnością <1µs Typowe obszary zastosowań: Motion Control Oba tryby pracy można stosować jednocześnie 9

10 Wydajność komunikacji n IRT RT TCP/IP 0,25...1,0 msec 10 msec 100 msec Prędkość i dokładność określa jakość transmisji danych w sieci 10 t Typowy czas reakcji

11 PROFINET komunikacja Jeden typ komunikacji i szybki czas reakcji Jednoczesna praca real-time i IT w sieci real-time dla aplikacji nie-krytycznych oraz dla aplikacji wymagającej dużą wydajność TCP/IP bez ograniczeń Internet PROFINET Automatyka przemysłowa Motion Control 100ms 10ms <1ms IT-services TCP/IP Dane procesowe 11

12 PROFINET komunikacja Duża wydajność przez zminimalizowanie czas obsługi stosu Aplikacja IT np. HTTP SNMP DHCP... TCP/UDP IP 1 Ethernet Aplikacje PROFINET Dane standard Dane procesowe Real-time 2 RT 3 Real-time IRT 1 Parametryzacja i konfiguracja stacji Odczyt danych diagnostycznych Dane użytkowe 2 3 Kanały standardowe Kanał RT Wydajne przesyłanie danych procesowych Sterowanie i obsługa alarmów/przerwań Kanał IRT Transmisja izochroniczna danych procesowych Jitter <1µsec 12

13 Struktura telegramu PROFINET Standardowy format telegramu wg IEEE Typy IEEE dla PROFINET telegramu real-time 0x0800: IP telegram 0x8892: PROFINET real-time telegram Przyporządkowanie odbieranych danych wg ID ramki Transmisja cykliczna (wartości procesowe) Transmisja dla przerwań i zdarzeń (alarmy i przerwania) Informacje statusowe Status stacji i danych (np. Run, Stop, Error) Sync 1 Byte Source MAC 6 Byte Dest. MAC 6 Byte Priority Tagging* 4 Byte Ethernet-Standard Ramka Ethernet (maks Bytes) Preambel 7 Byte Ethertype 2 Byte Frame ID 2 Byte Dane procesowe do 1440 Bytes Informacje statusowe 4 Byte Specyficzne dla PROFINET FCS 4 Byte * Wg Q 13

14 Urządzenia polowe Safety Proces Komunikacja Real-time IT-Standards & Security PROFINET Urządzenia polowe Instalacja sieci Automatyka Motion Control 14

15 Spektrum produktów ET200 z interfejsem Ethernet do komunikacji w sieci PROFINET Wykorzystanie istniejących modułów I/O bez żadnych zmian Konfiguracja stacji w podobny sposób jak Program PLC pisany standardowo Ethernet Ethernet Wykorzystanie stacji rozproszonych w sieci i Ethernet 15

16 PROFINET klasy urządzeń IO-Controller (Master w sieci PORFIBUS): Zarządza wymianą danych ze stacjami polowymi Dostęp do sygnałów peryferii poprzez obraz procesu IO-Device(Slavew sieci PORFIBUS): Stacja polowa przyporządkowana do IO-Controller IO-Supervisor (PG. Master klasy 2): OP i stacje diagnostyczne Konfiguracja Dane procesowe Diagnostyka PLC IO-Controller PG/PC Supervisor Field Device IO-Device Parametryzacja Diagnostyka Status/Sterowanie 16

17 Komunikacja pomiędzy stacjami AR: Application relationship kanał pomiędzy IO-Controller i przyporządkowaną do niego stacją IO-Devices CR: Communication relationship do konfiguracji, danych użytkowych i diagnostyki Application relationship Kanał Standard konfiguracja Kanał Real-time Dane procesowe Kanał Real-time Diagnostyka Record Data CR IO-Controller IO Data CR Alarm CR AR IO-Device 17

18 Konfiguracja w programie STEP7 Przykłady konfiguracji sieci i PROFINET STEP7 / HW-Config GSDML GSD + XML = GSDML Bezproblemowa konfiguracja sieci PROFINET dzięki znajomości Sieci 18

19 Standardowy opis stacji Opis parametrów stacji za pomocą GSDML (Generic Station Description): Zainstalowane moduły (Numer, Typ) Dane konfiguracyjne modułu (np. wejście analogowe) Parametry modułu (np mA) Informacje diagnostyczne (np. przerwanie przewodu) GSDML oparto na bazie formatu XML Tworzenie pliku wykorzystując dostępny edytor XML Standardowa metoda XML definiująca zawartość i format Struktura GSDML odpowiada standardowi ISO GSDML 19

20 Przyporządkowanie adresów Nazwa stacji związana z adresem MAC Konfiguracja offline Każda ze stacji Motion otrzymuje Controlnazwę stacji (np. sample1) 1 STEP 7 definiuje Instalacja automatycznie sieci adres IP IO-Controller Uruchomienie: IO-Controller przyjmuje adres IP 3 2 Online: Zapis nazwy stacji do urządzenia Ethernet MAC Adr 1 MAC Adr 2 20

21 Address allocation with STEP7 (2) Exchange media such as MMC and C-Plug allow for a quick and easy device exchange without programming unit No reconfiguration of the spare part Neither qualified personnel nor the use of programming units or PCs are needed for the exchange Minimized down times in case of error 21

22 Device Model according to the proven method The PROFINET device model is similar to Module in slots Channels in modules Channels with assigned peripheral address Module 1 Module 2 Module 3 Channel 0 Channel 0 Channel 0 Channel 1 Channel 2 Channel 1 Channel 2 Channel 1 Channel 2... Channel n+x... Channel n+x... Channel n+x Using the existing I/O modules guarantees protection of investment for device manufacturer and operators 22

23 Structured diagnostics information PROFINET-device diagnostics In three levels: device slot channel For network components: address location of error Open Network diagnostics SNMP Web level 1: error in the device (e.g. Valve station 2) Modul 1 Modul 2 level 2:error in the module (e.g. Analogue input module 3) Channel 0 Channel 1 Channel 0 Channel 1 Channel 0 Channel 1 Channel 2 Channel 2 Channel 2 open Network diagnostics IP address, location, Statistics... Channel n+x... Channel n+x... level 3: error in the channel (e.g. Broken wire on level 2) 23

24 PROFINET- diagnostyka stacji w STEP7 Przykład diagnostyki i PROFINET Widok diagnostyki Szczegóły Lokalizacja błędu i awarii kanałów 24

25 Diagnostyka sieci IO-Controller IO-Controller 1 2 IO-Device3 IO-Device1 IO-Device2 Switch przekazuje do PROFINET diagnostykę IO-Devices IO-Device1 IO-Device2 Switch informuje o zakłóceniach w postaci diagnostyki PROFINET do IO-Controller (1) Konfiguracja switcha podobnie jak IO-Device w STEP 7 (GSDML) Dodatkowy kanał SNMP dla informacji standardowych (2) 25

26 Integration of in PROFINET Proxy PROFINET Transparent communication between Ethernet and Proxy is the representative of devices on Ethernet Proxy is a PROFINET-device on Ethernet and DP-Master on Openness through integration of existing field buses Investment protection for device suppliers and end-customers 26

27 Motion Control Safety Proces Komunikacja Real-time IT-Standards & Security PROFINET Urządzenia polowe Instalacja sieci Automatyka Motion Control Motion Control 27

28 Wymagania dla napędów Motion Control Synchronizacja napędów Wydajność 100 razy lepsza niż w sieciach stosowanych dotychczas Te same aplikacje w sieci i PROFINET 28

29 Motion Control z trybem izochronicznym Realtime Kanał IRT Kanał Standard Kanał IRT Kanał Standard Kanał IRT Cykl 1 Cykl 2 Cykl n np. czas cyklu 1 ms Komunikacja izochroniczna Dane IRT Komunikacja RT Dane RT Komunikacja standardowa Dane TCP/IP Obraz systemu komunikacji Podział czasu dla transmisji real-time i TCP/IP Bardzo dokładny cykl synchronizacji i cykl sterowania (dokładność <1µs) 29

30 PROFINET interfejs dla napędów PROFIdrive Profil aplikacyjny dla napędów połączonych do sieci i PROFINET Niezależny od producentów Pozwala na łatwa podmianę napędów w sieci Motion Controller PROFIdrive Drives Standardowe rozwiązanie w technologii Motion Control 30

31 Automatyka Safety Proces Komunikacja Real-time IT-Standards & Security PROFINET Urządzenia polowe Instalacja sieci Motion Control Automatyka 31

32 Co to jest automatyka - Component based Automation? Component based Automation jest to koncepcja, która polega na podziale aplikacji na moduły funkcjonalne, a następnie połączenie ich poprzez sieć PROFINET Prosty podział instalacji i produkcji na inteligentne pomiędzy stacjami wzdłuż linii produkcyjne Konfiguracja graficzna komunikacji pomiędzy modułami technologicznymi Maschine 1 ON STARTING START READY STOP RUNNING HELD Maschine 2 ON STARTING START READY STOP RUNNING HELD Maschine 3 ON STARTING START READY STOP RUNNING HELD Maschine 4 ON STARTING START READY STOP RUNNING HELD Lifestate Lifestate Lifestate Lifestate 32

33 Component based Automation Komponenty PROFINET możliwość wielokrotnego użycia Zawarcie funkcji sterowania w programie A następnie zdefiniowanie interfejsu do wymiany danych pomiędzy komponentami PROFINET Component ExtemStop BOOL BOOL StartNext ExtemStart BOOL BOOL Running Cnt_In I4 BOOL Status I4 Cnt_Out UI1 Lifestate 33

34 Technologia modułowa przykład: proces napełniania butelek Mechanical Bottling ExtemStop BOOL BOOL StartNext ExtemStart BOOL Cnt_In I4 BOOL Running BOOL Status I4 Cnt_Out Controller UI1 Lifestate Function 34

35 Technologia modułowa przykład : maszyna Machine ON BOOL Machine BOOL STARTING Mechanical START BOOL STOP BOOL BOOL READY BOOL RUNNING BOLD HELD UI1 Lifestate Controller Function 35

36 Komunikacja pomiędzy modułami Machine 1 START BOOL BOOL STARTING STOP BOOL BOOL READY Cnt_IN BOOL BOOL RUNNING I4 Cnt_OUT UI1 Lifestate Machine 2 START BOOL BOOL STARTING STOP BOOL BOOL READY Cnt_IN BOOL BOOL RUNNING I4 Cnt_OUT UI1 Lifestate Machine 3 START BOOL STOP BOOL Cnt_IN BOOL BOOL STARTING BOOL READY BOOL RUNNING I4 Cnt_OUT UI1 Lifestate PROFINET standaryzacja Opis modułów technologicznych Określenie komunikacji pomiędzy modułami Komunikacja : konfiguracja zamiast programowania 36

37 Inżyniering : imap Połączenie modułów w sieci Ethernet Konfiguracja graficzna komunikacji Struktura hierarchiczna Prosta diagnostyka stacji i komunikacji Szybki projektowanie i uruchomienie komunikacji 37

38 Instalacja sieci Safety Proces Komunikacja Real-time IT-Standards & Security PROFINET Urządzenia polowe Instalacja sieci Automatyka Motion Control 38

39 PROFINET w sieci Ethernet Campus Distributor CD CD Building: Office Building Distributor Floor Distributor BD MD BD MD Building: Production Machine Distributor FD Floor 1 FD Floor 2 Fixed basic installation combined with variable device interface Star and tree structures Machine 1 Machine 2 Plant-specific cable routing with individual networking structure Star, ring and linear structures 39

40 Differences between office and industrial networks Office Fixed basic installation in buildings Separate floor distribution boxes Variable connection of devices Pre-assembled connection cables Tree network structure Big data packages (e.g. pictures) Average requirements of availability Moderate temperatures (from 0 to 50 C) No moisture No vibration loads Low EMC load Insignificant mechanical danger Insignificant chemical danger Plant specific cabling routing Connection points are rarely changed Assembly of the connections in the field Often line structures and/ or (redundant) ring structures Small data packages (process values) Extremely high requirements Extreme temperatures (from -20 to +70 C) Moisture possible (IP65) Vibrating machines High EMC load Industry Extreme plant specific cabling routing Danger of mechanical damaging Danger of chemical damaging due to oil and aggressive environments 40

41 Industrial Ethernet - topologie wykorzystuje switche Ethernet Można zastosować dowolną topologię sieci Pierścień również z redundancją Linia, gwiazda, drzewo, Pierścień Linia Drzewo Gwiazda Nutzen: Optymalna struktura sieci dla wszystkich aplikacji 41

42 System transmisji i połączeń Wymagania & PROFINET Komunikacja Urządzenia polowe Motion Control Automatyka Instalacja sieci Standard IT & Safety Proces Technologia transmisji oparta na kablu miedzianym wg Kable Skrętka kompatybilna z IEC 11801/61156 Wersja hybrydowa (dana + zasilanie) Wtyk IP20 RJ45 dla zastosowań biurowych Można stosować do urządzeń polowych Wtyk IP65 Kompatybilny z technologią IP20 Wersja hybrydowa (dana + zasilanie) Wtyk okrągły M12 (4-pin) Dedykowany dla zastosowań do urządzeń polowych Technologia transmisji oparta na światłowodach wg Światłowód szklany wg IEC 60793, 60794, Światłowód plastikowy 42

43 Aktywne komponenty sieciowe Wymagania & Rozszerzona diagnostyka, np. poprzez zapytania w sieci PROFINET, SNMP, Web PROFINET Komunikacja Urządzenia polowe Optymalna obsługa trybu real time PROFINET przez transmisję wg priorytetów Motion Control Automatyka Instalacja sieci Wymiana bez konieczności ponownego programowania (zintegrowana pamięć C-Plug) Standard IT & Safety Proces Industrial Ethernet Switches optymalna integracja 43

44 IT-Standard & Security Safety Proces Komunikacja Real-time IT-Standards & Security PROFINET Urządzenia polowe Instalacja sieci Automatyka Motion Control 44

45 Integracja ze światem internetu Internet Dane ze stron HTML i poprzez Aplety PROFINET określa dane na stronach Web oraz dostęp do nich Standardowe informacje o stacji PROFINET np. nazwa stacji, status, statystyka Dodatkowe dane producenta np. bufor diagnostyczny 45

46 Bezpieczeństwo danych w sieci PROFINET Zabezpieczenie przed Błędnym przypisaniem adresu Niepowołanym dostępem Szpiegostwem przemysłowym Manipulacją Nie jest wymagana specjalistyczna wiedza Certyfikowany standard do zabezpieczeń danych i urządzeń Zabezpieczenie instalacji przed błędami, manipulacją i szpiegostwem przemysłowy Firewall Security 46

47 Safety Safety Proces Komunikacja Real-time IT-Standards & Security PROFINET Urządzenia polowe Instalacja sieci Automatyka Motion Control 47

48 Integracja technologii Safety PROFIsafe jako profil aplikacyjny niezależny od typu sieci Ta sama sprawdzona technologia w sieci i Ethernet Minimalizacja kosztów kabli i redukcja ilości typów modułów Dane safety i standard na tym samym kablu Można mieszać moduły safety i standardowe w jednej stacji Program safety pisany jest z wykorzystaniem standardowego oprogramowania Do kategorii bezpieczeństwa 4 wg EN Do SIL3 wg normy IEC/EN Nutzen: Jedna technologia do zabezpieczeń na całej instalacji 48

49 PROFIsafe... struktura ramki PROFIsafe Standard-Message-Frame S S S S S S F-I/O-Data Status / Controlbyte Sequence Number CRC Standard- I/O-Data Sender based Counter across F-Data and F-Parameter Max. 12 / 122 Bytes 1 Byte 2/4 Bytes *) 1 Byte Max. 244 Bytes DP-Data (240/238 - F-Data) *) 2 Byte for a max. of 12 Byte F I/O data 4 Byte for a max. of 122 Byte F I/O data 49

50 PROFIsafe wykrywanie błędów... Błąd Kolejny Numer Kontrola czasowa z potwierdzeniem ID nadawcy i odbiorcy Powtórzenie x Utrata danych x x Wstawienie x x x Zła kolejność x Przekłamanie Opóźnienie Połączenie telegramów bezpieczeństwa i standardowych (Masquerade) Błąd FIFO Procedura x Suma kontrolna CRC x x x x x 50

51 Podłączenie sygnałów do zabezpieczeń Przykłady: wyłączenie bezpieczeństwa F-DI PROFIsafe Okablowanie Sygnały bezpieczeństwa NC / NC NC / NO Potwierdzanie/ załączanie NO / NO NO / NC 51

52 Proces Proces Safety Komunikacja Real-time IT-Standards & Security PROFINET Urządzenia polowe Instalacja sieci Automatyka Motion Control 52

53 PROFINET w przemyśle procesowym PROFINET Proxy oferuje rozwiązania dla przemysłu procesowego Przejście pomiędzy siecią i PROFINET - Proxy 53