Tecnologie standard Ethernet IP ed FDT/DTM per l efficienza energetica e dei processi nell agroalimentare

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1 Tecnologie standard Ethernet IP ed FDT/DTM per l efficienza energetica e dei processi nell agroalimentare Giancarlo Carlucci Marketing Product Manager Plant Solution Save Veronafiere ottobre

2 Un sistema basato su 3 pilastri Sw IT esperti: Batch, MES, EE,. Piattaforma integrata orientata agli oggetti Architetture testate e validate basate su Ethernet Schneider Electric - Industry PlantSolution Evento SAVE Carlucci Giancarlo 2

3 Ethernet a tutti i livelli Engineering Station System Servers Operator Clients Ethernet Ethernet Process Automation System Database singolo, Controllo gestione, supervisione & network Supervisione e MES Operazioni e Ottimizzazione per Processo ed Energia Redundant Controllers Ethernet Piattaforme Controller Integrate per Processo, Safety e Alta Disponibilità CANopen Ethernet Network per il Campo Standard ed Aperto basato su Ethernet IO Network Gamma consistente per tutte le piattaforme PAC Ethernet Ethernet Profibus DP PA Modbus SL Connettività Fieldbus & Device Piena integrazione con Remote Masters Supporto fielbus Leader Bus per Strumenti di Processo Legacy bus HART Schneider Electric Industry PlantStruxure

4 Standard ETHERNET Schneider Electric formazione PSE Marzo

5 Standard ETHERNET Quali sono? Modbus CIP (common industrial protocol) + + Standard Ethernet MODBUS TCP = = 5

6 Standard ETHERNET TCP/IP Protocol Stack Application NTP DHCP SMTP DNS SOAP SNMP RSTP Ethernet/IP (CIP) MODBUS /TCP FTP HTTP Transport Internet Physical User Datagram Protocol (UDP) / Transmission Control Protocol (TCP) Internet Protocol (IPv4, IPv6), ICMP, IGMP, IPsec Ethernet (802.3), Wireless LAN (802.11) IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF IEC - Internet Engineering Task Force - International Electrotechnical Commission 6

7 Standard ETHERNET Protocolli Industriali SNMP NTP TFTP DHCP FTP SMTP HTTP UDP Modbus/TCP TCP Mod Bus SNMP NTP TFTP DHCP FTP SMTP HTTP CIP UDP Sercos / EtherCat / ProfiNet IRT IP IP IP Supporto hardware con tecnologia switching In genere richiede chip custom Ethernet & Ethernet II Ethernet & Ethernet II Ethernet & Ethernet II STANDARD Ethernet/IP TCP STANDARD SNMP NTP TFTP DHCP FTP SMTP DCOM UDP TCP ProfiNet RT Stack STANDARDS BASED Implementazione standard del protocollo TCP / IP Adattabile alla tecnologia consumer Si integra facilmente in impianti esistenti Ethernet e reti aziendali Non richiede una formazione specifica o conoscenza da IT Implementazione sullo Standard Utilizza solo Physical Layer Richiede switch proprietari Integrazione con installazioni Ethernet esistenti o con IT da definire In grado di soddisfare le esigenze di determinismo della maggior parte delle applicazioni di automazione Fornisce determinismo con tempi eccellenti, i.e. Motion Control 7

8 Standard ETHERNET Come lavorano? MODBUS TCP Filosofia Architettura Protocollo basato su registri Protocollo basato su oggetti Comunicazione I/O TCP - Transmission Control Protocol UDP User datagram Protocol Servizi Integrati nel protocollo Servizi esterni richiesti 8

9 Ethernet Modbus TCP/IP Modbus Frames su Ethernet Modbus Seriale Ethernet Modbus TCP/IP 9

10 Modbus TCP Comunicazione I/O Application Modbus HTTP OPC CIP SNMP BOOTP DHCP Transport TCP UDP Network OSPF IGRP ICMP IGMP IP Data Link Physical QoS IEEE Ethernet RSTP 10

11 Comunicazione I/O MODBUS TCP TCP-Based Modbus TCP opera su base Master / Slave Il Master formula una richiesta e lo Slave risponde con il dato richiesto Master Il PLC è responsabile per la schedulazione delle richieste Il Master comunica con ogni dispositivo in sequenza attraverso connessioni separate Slaves 11

12 EtherNet/IP Comunicazione I/O Application Modbus HTTP OPC CIP SNMP BOOTP DHCP Transport TCP UDP Network OSPF IGRP ICMP IGMP IP Data Link Physical QoS IEEE Ethernet RSTP 12

13 Comunicazione I/O EtherNet/IP opera su base consumer / publisher UDP-Based Il dispositivo Scanner fornisce una configurazione al dispositivo Adapter all'inizio La configurazione istruisce il dispositivo per pubblicare dati a una velocità specifica. Scanner L Adapter pubblica i dati su indirizzo Multicast ad un rate specifico senza conferma da parte dello Scanner Adapters 13

14 TCP - Comunicazione I/O Usa Modbus e I/O Scanner CPU Scan CPU RPI Master MODBUS TCP Slave Il Master Modbus TCP schedula la comunicazione I/O dal Master allo Slave Scanner Adapter Lo Scanner EtherNet/IP stabilisce la connessione con l Adapter 14

15 TCP - Comunicazione I/O Usa Modbus e I/O Scanner CPU Scan CPU RPI Master MODBUS TCP Slave Il Master Modbus TCP periodicamente invia richieste allo Slave Scanner Adapter RPI L Adapter EtherNet/IP pubblica I dati ad un RPI predefinito 15

16 Modbus TCP & EtherNet/IP Messaggi Espliciti Application Modbus HTTP OPC CIP SNMP BOOTP DHCP Transport TCP UDP Network OSPF IGRP ICMP IGMP IP Data Link Physical QoS IEEE Ethernet RSTP 16

17 Comunicazione I/O MODBUS TCP TCP- Comunicazione I/O UDP - Comunicazione I/O Pros Trasmissione intrinsecamente affidabile Connection-based Sequencing Ricevuta dell acknowledge Invio veloce Uso efficiente della bandwidth Più target possono essere serviti con un singolo messaggio Cons One-time communication Richiede schedulazione One-to-one delivery Il messaggio deve essere ripetuto per più target La consegna non è garantita Checksum opzionale Recupero dell errore da applicativo 17

18 Servizi Ethernet piattaforme Modicon Servizio Processore NOE NOC/ETC NOR ETY Modbus messaging SI SI SI SI SI CIP messaging No No SI No No FDT / DTM No No SI No No BootP / DHCP Client SI SI SI No SI DHCP server No (3) SI SI No SI FDR server No (3) SI SI No SI SNMP SI SI SI SI SI NTP No (3) SI(1) No SI SI (2) Global data No (3) SI No No SI I/O scanning No (3) SI SI No SI QoS No No SI No No RSTP No No SI No No Firmware loading via FTP SI SI SI SI No Embedded http server SI SI SI SI SI Diagnostic from Web pages SI SI SI SI SI User-customizable Web pages No SI No No SI(2) (1) Solo V2 (2) Solo su TSXETY5103 (3) Disponibile su CPU Premium con porta integrata Eth 18

19 M340 Comunicazione I/O ad Anello Port Mirroring Station Unity Pro V7 Il Modulo M340 Ethernet è equipaggiato con 4-port switch integrate. Isole I/O Le porte #3 e #4 supportano il Rapid Spanning Tree Protocol M340 :Schneider Electric equipment Drives RSTP Starters :Third party equipment RSTP assicura che se un segmento dell anello viene a mancare, il traffico sarà instradato per raggiungere la destinazione Performance: 50ms con 32 Isole STBNIP ms 16 isole STBNIP2311 e più di due switch 19

20 M340 Comunicazione I/O ad Anello M340 M340 Unity Pro V7.0 RSTP RSTP Altre topologie anche complesse Trasparenza della Network: Ogni anello è gestito in maniera indipendente ma ogni dispositivo inserito in questi non è isolato! M340 RSTP :Schneider Electric equipment :Third party equipment 20

21 Accesso trasparente per una migliore efficienza anche energetica Connettività Fieldbus su Quantum Ethernet I/O Engineering Station System Servers OFS Operator Clients DTM Hot-Standby Controllers Aperto Disponibile Transparente Efficiente Devices Network Area 1 Modbus SL Area 2 Profibus DP Profibus PA DRS Profibus DP Profibus PA Modbus SL Schneider Electric - Industry PlantSolution Evento SAVE Carlucci Giancarlo 21

22 Transparenza tra la rete di Controllo ed il campo Moduli router/firewall Funzionalità Gestisce le comunicazioni con la rete di controllo e fornisce funzionalità di routing tra la rete di controllo ed altre due sotto-reti indipendenti. Supportato su sistema HSBY I/O scanning condiviso tra Ethernet/IP e Modbus TCP 140NOC87100 Funzionalità Gestisce le comunicazioni con i dispositivi di campo mixando i protocolli EthernetIP e Modbus TCP- I/O scanning condiviso tra Ethernet/IP e Modbus TCP Supportato su sistema HSBY 140NOC87000 Connexium Tofino Firewall E un dispositivo sviluppato per rendere sicura l infrastruttura di rete. Fornisce un accesso controllato dall esterno e limitato ai dispositivi autorizzati di cui controlla servizi e comunicazione Schneider Electric - Industry PlantSolution Evento SAVE Carlucci Giancarlo 22

23 Transparenza tra la rete di Controllo ed il campo Modulo Quantum NOC Server AMS Scada PLCs Web browser C C P R U P D I O C T R L I/O remoti I/O & Dispositivi 23

24 Quali I benefici di questa architettura? Control Network CRP DIO CTRL HSBY 1. Semplifica l infrastruttura di rete e il cablaggio Flessibilità architetturale 2. Transparenza tra rete di controllo ed I/O Ethernet DRS CRA IO Network 3. Ottimizza performances sui segmenti della rete Filtering, priorità 4. Configurazione e diagnostica della rete disponibile dal tool di programmazione Controllo remoto dell installato senza Router esterni 24

25 Focus on FDT/DTM Schneider Electric formazione PSE Marzo

26 Gestione dei fieldbus Engineering station Dispositivi multipli Standalone Tools Field bus multipli Software multipli Schneider Electric - Division - Name Date 26

27 DTM (Devices Type Manager) Il DTM è un software driver fornito dal dispositivo Interfaccia software Standardizzata Esempio driver per stampante 27

28 FDT (Field Devices Tool) Interfaccia software Standard per la comunicazione tra dispositivo di campo e sistema Host (Asset management tool) Basato su tecnologie standard di mercato 28

29 Tutti i servizi possono lavorare in parallello UNITY V7.0 PRM Com DTM Asset Management PRM master DTM Ethernet PRM Profibus DP DP Class 1 Input Profibus PA

30 Architetture FDT Topologia Network tramite DTM Com DTM 1 Modulo ❶ ❽ Ethernet Gateway DTM 2 Device Dev DTM 3 Gateway DTM 5 Device Dev DTM 6 ❹ ❸ ❷ Fieldbus 1 ❺ Fieldbus 2 Com DTM 8 Device I/O Remoto Dev DTM 7 ❻ ❼ Device Dev DTM 4 Schneider Electric - Division - Name Date 30

31 Esempio DTM DTM Altivar (ModbusTCP, Modbus Serial) ATV312, 61, 71, ATS48 Automatico data mapping per Drive in Ethernet 31

32 Device Diag Dal dispositivo DTM 32

33 FDT (Field Devices Tool) Group 33

34 Efficienza Energetica Schneider Electric formazione PSE Marzo

35 Ottimizzare il Processo = Ottimizzare il Consumo di Energia Manufacturing Energy Footprint 90% Source: US Department of Energy 10% > Il Processo Industriale è di gran lunga il più alto consumatore di Energia 35

36 Macchina Semplice : Controllo motori 100% flusso Ventilatore o pompa a pieno regime serranda o valvola Flusso ridotto al valore richiesto VVD 50% flusso VVD = variatore di velocità Ventilatore o pompa a basso regime 36

37 Energy Optimization System per Cemento, Water Treatment, F&B Dairy, Misura e Monitoraggio dei flussi Energetici W.A.G.E.S. Soluzioni per consentire di avere le informazioni di base dei flussi energetici Acqua Aria Gas Elettricità Vapore W A G E S Soluzioni avanzate per la gestione degli eventi, degli allarmi sulla distribuzione elettrica 37

38 38

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