Gli strumenti offerti da PROFINET dalla progettazione al commissioning e oltre

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1 Gli strumenti offerti da PROFINET dalla progettazione al commissioning e oltre Paolo Ferrari & CSMT Gestione s.c.a.r.l. Facoltà di Ingegneria, Università di Brescia, Via Branze Brescia (Italy) Tel: fax: paolo.ferrari@ing.unibs.it, profinet@csmt.it CSMT Gestione Scarl 1

2 Come PROFINET supporta gli utenti Progettazione Guide di installazione e tool di verifica disponibili gratuitamente Formazione certificata fornita dai Centri di Training accreditati Strumenti di safety integrata (PROFIsafe) Prestazioni sempre ai massimi livelli Commissioning Componenti PROFINET certificati da enti terzi Infrastruttura compatibile PROFINET Validazione e test di accettazione Esercizio Gestione della diagnostica a tutti i livelli Manutenzione facile ed immediata con la topologia di sistema CSMT Gestione Scarl 2

3 PROFINET strumenti per la progettazione CSMT Gestione Scarl 3

4 PROFINET è un sistema completo Le caratteristiche di PROFINET si riflettono sulle possibilità di progettazione Protocollo di comunicazione scalabile Ridondanza Configuration in Run (CiR) Integrazione di altri fieldbus Architetture di rete e nuove possibilità Sicurezza funzionale Wireless PROFIenergy per l efficienza energetica CSMT Gestione Scarl 4

5 PROFINET è un bus unico: ci si collegano tutti i dispostivi Automation topologies with PROFINET PG/PC HMI PLC IWLAN Motion Control Field device Diagnostics Drive Access- Point Web/TCP/IP Field device CSMT Gestione Scarl 5

6 PROFINET è un bus flessibile: nessun vincolo alla topologia Switch integrati nei dispostivi Ridondanza ad anello con riconfigurazione in tempo reale Benefici immediati Riduzione dei costi e più flessibilità Alta disponibilità di impianto Ring Bus Tree Star CSMT Gestione Scarl 6

7 PROFINET è un bus che chiama tutti per nome Nomi chiari per tutti i dispostivi: identificazione e diagnostica Nomi ai connettori e poi sui cavi Prevenzione degli errori, identificazione chiara e localizzazione guasti Veloce riparazione dei guasti Offline-Engineering Online-Diagnostics Web-View Ogni porta ha un nome coerente con il dispositivo a cui appartiene Offline-Engineering Device-Housing Online-Diagnostics X1 P CSMT Gestione Scarl 7

8 8 PROFINET è un bus che può vivere senza fili Pieno supporto alle tecnologie wireless Alta produttività se comparata alle soluzioni meccaniche classiche per le parti in movimento (es. cavi flessibili) Aumento di flessibilità e mobilità Comunicazione da ogni posizione Facilità di espansione e modifica Superamento dei limiti meccanici Costi ridotti Meno costi di manutenzione e installazione Componenti standard anche per sistemi failsafe CSMT Gestione Scarl 8

9 La soluzione è PROFIsafe Caratteristiche principali di PROFIsafe Funzioni standard e di sicurezza su un unico cavo: un solo sistema di sviluppo = riduzioni costi Certificato SIL 3, AK6 e CAT 4 nella EN954-1 Basato su IEC e IEC PLC con funzione fail-safe Sicurezza per mezzo di software aggiuntivo in ogni componete Componente standard Componente fail-safe I/O Fail-safe I/O Standard Azionam. Dispositivo failsafe CSMT Gestione Scarl 9

10 PROFIsafe: Come funziona Applicazione sicura Applicazione Standard, e.g. diagnostica Applicazione Standard, e.g. diagnostica Applicazione sicura Livello PROFIsafe Livello PROFIsafe Livello PROFIsafe Protocol Standard Protocol Standard Black Channel" Messaggio standard PROFIBUS o PROFINET IO S S S S PROFINET IO, PROFIBUS-DP, Backplane F Input/Output Data Status / Control Byte CRC2 across F data and F parameter and Vconsnr_h Max. 12 / 123 Bytes 1 Byte 3/4 Bytes *) *) 3 Bytes per un massimo di 12 Byte F I/O data 4 Byte for a max. of 123 Bytes F I/O data PROFIsafe Container = dati sicuri CSMT Gestione Scarl 10

11 PROFIsafe: Sicurezza funzionale su tutto il percorso F- Host IO Controller Intrinsic Safety (Ex-i) Oppure con RS485-IS Es. per valvole ESD ad alta velocità Local bus PROFINET IO PN IO/ DP Link RS485 DP-PA Link MBP-IS Actuator PA Device Remote I/O F D I F D O D e v i c e F Device F A I PN IO PROFINET IO transmission MBP-IS Data transmission for explosion-proof areas RS485 High speed data transmission F-DI Fail-safe digital input F-DO Fail-safe digital output F-AI Fail-safe analog input PA Device Device according process automation device model (IEC 61804) PA Device model acc. IEC 61804: - Physical Block - Function Block(s) - Transducer Block CSMT Gestione Scarl 11

12 PM F-DI F-PM DO PM DI DO PM F-DI DI F-PM DO PROFINET: strumenti per progettazione, commissioning e oltre PROFIsafe + Shared Device Originariamente sistema di sicurezza e automazione sono su due reti separate. Il dialogo avviene con linee IO convenzionali Ora è possibile mescolare moduli sicuri e moduli normali sullo stesso shared-device. Ogni controller comanda solo i suoi IO. Il PLC di sicurezza ha un suo progetto separato. F-IO controller IO controller F-IO controller IO controller PN / PROFIsafety IE / PROFINET IE / PROFINET PN / PROFIsafety IO Device as Shared Device E-Stop E-Stop K1 External Power Supply External Power Supply CSMT Gestione Scarl 12

13 PROFINET IO: Ottimizzazione in 4 passi Fast Forwarding: ottimizzazione del tempo di inoltro dei pacchetti da parte degli switch Dynamic Frame Packing: singolo frame per più dispositivi Fragmentation: gestione efficiente della frammentazione per ottenere tempi di ciclo ridotti CSMT Gestione Scarl 13

14 Barra delle prestazioni Prestazioni e numerosità di applicazioni reali a confronto 8 ms 1 ms 250 us 125 us 62.5 us us Numero di applicazioni 95% 4% 0.9% 0.1% Prestazioni sistema PROFINET IO RT PROFINET IO IRT senza DFP e senza frammentazione Limite applicazioni reali attuali Unico controllore reale industry grade PROFINET IO IRT con DFP e frammentazione CSMT Gestione Scarl 14

15 Riassunto risultati PROFINET IO IRT Test case 1 mini sistema centralizzato Tempo di ciclo : 62.5 us [50% per TCP] IO-C Controller Test case 2 sistema medio decentralizzato Tempo di ciclo senza DFP: 250 us [60% per TCP] Tempo di ciclo con DFP: 250 us [70% per TCP] IO-C Controller Test case 3 sistema motion medio Tempo di ciclo senza DFP: 250 us [60% per TCP] Tempo di ciclo con DFP: 62.5 us [50% per TCP] IO-C Controller CSMT Gestione Scarl 15

16 Strumenti online per la progettazione Sito web Sito dell associazione PI (Profibus & Profinet International) Guide di installazione e progettazione CSMT Gestione Scarl 16

17 Strumenti online per la progettazione Sito Tool per il calcolo del carico di rete Permette di stimare l occupazione di rete CSMT Gestione Scarl 17

18 Formazione a tutti i livelli PROFIBUS e PROFINET sono sistemo di comunicazione basati su reti digitali Il funzionamento di un impianto dipende dalla salute dei suoi componenti Cavi e connettori Slave e master Software di configurazione e gestione Serve formazione a tutti i livelli Cablatori Progettisti Manutentori I Centri di Training accreditati (PITC) forniscono Corsi certificati per cablatori (CPI, CPNI) Corsi certificati per progettisti/manutentori (CPE e CPA, CPNE) Corsi su misura per manutentori di grandi impianti CSMT Gestione Scarl 18

19 Esempio: corso CPNE Il corso Certified PROFINET Engineer è riconosciuto a livello mondiale. E stato standardizzato da PROFIBUS International Il corso standard Certified PROFINET Engineer è organizzato in 3 giorni intensivi di teoria e pratica ( hands-on ). L ultimo giorno i partecipanti sosterranno un esame ufficiale e riceveranno un attestato con il titolo di Certified Engineer solo in caso di esito positivo. Un mezzo efficace per distinguersi nel mondo PROFINET mostrando la propria competenza CSMT Gestione Scarl 20

20 PROFINET strumenti per il commissioning CSMT Gestione Scarl 21

21 Schema riassuntivo e definizioni Tre tipologie Certificazione di un dispositivo che partecipa attivamente al dialogo PROFINET IO (IO-Controller, evice ) Obbligatorio per poter usare in nome PROFINET Regole di certificazione definite da PROFIBUS International Possibile solo presso laboratori autorizzati (Nessuno in Italia) Certificazione dei componenti passivi che compongono una rete (connettori, cavi ) Autocertificazione del costruttore Limiti definiti da PROFIBUS International Audit e verifica di un impianto PROFIBUS International definisce delle linee guida per la realizzazione di impianti Enti terzi imparziali verificano l impianto e il progetto CSMT Gestione Scarl 22

22 Esempio: Certificazione dei dispositivi PROFINET Un componente attivo (IO-Controller, evice ) che utilizza il protocollo PROFINET non è automaticamente un dispositivo PROFINET. Per poter affermare che il prodotto è un componente PROFINET è necessario farlo certificare PROFIBUS International pubblica le specifiche dei test da eseguire per verificare l aderenza del dispositivo al protocollo PROFINET. L esecuzione dei test è possibile solo presso laboratori accreditati Il superamento del test permette di richiedere il certificato che viene rilasciato solo da PROFIBUS International Campagna di test nel laboratorio prove No Device Under Test OK? Si Certificazione attraverso PROFIBUS International CSMT Gestione Scarl 23

23 Esempio: Certificazione dei dispositivi PROFINET Certificare un prodotto equivale a garantirne le caratteristiche dal punto di vista PROFINET. La certificazione è utile all utente finale che è sicuro del buon funzionamento La certificazione è utile al costruttore che limita le sue responsabilità La certificazione PROFINET è obbligatoria per tutti gli elementi attivi di una rete che trasporta informazioni legate alla safety (cioè dove sono presenti dispositivi PROFIsafe), anche se non coinvolti nella funzione di sicurezza CSMT Gestione Scarl 24

24 Certificazione dei dispositivi/componenti passivi I componenti passivi sono importantissimi in una rete PROFINET (e, in generale, Ethernet) Cavi, connettori, accoppiatori elettro-ottici, pannelli di derivazione (patch panel ) costituiscono l ossatura della rete garantendo l integrità del segnale elettrico PROFIBUS International pubblica delle specifiche di riferimento per questi componenti e chiede che ogni costruttore autocertifichi che i suoi componenti siano migliori (o uguali) Una infrastruttura di impianto realizzata utilizzando solo componenti passivi con autocertificazione PROFINET è automaticamente adatta a trasportare il protocollo PROFINET. Rimangono da verificare il montaggio ed eventuali componenti strani CSMT Gestione Scarl 25

25 Audit e verifica di un impianto PROFINET/PROFIBUS PROFIBUS International pubblica delle linee guida per la realizzazione di impianti e sistemi PROFINET/PROFIBUS Alcune di queste raccomandazioni sono state recepite a livello internazionale negli standard IEC e IEC61918 Realizzare un impianto seguendo le raccomandazioni equivale a garantirne il funzionamento e le prestazioni previste La verifica dell aderenza di un impianto alle linee guida è lasciato ad un accordo tra fornitore e committente Solitamente ci si affida ad un ente terzo (indipendente da entrambi) che verifichi le condizioni dell impianto CSMT Gestione Scarl 26

26 La topologia di rete PROFINET Generalmente gli impianti sono composti da più reti Ethernet separate: ogni rete è collegata alla " rete Ethernet di impianto " per mezzo di un gateway (ad esempio una scheda CP dedicata nel PLC) da un unica rete Ethernet PROFINET IO viene trasportato solo nelle reti di livello inferiore. Factory network and gateways out of scope of the validation Gateway Gateway Gateway Gateway Gateway Automation island networks in scope Switch evice IO-Controller Switch evice IO-Controller Switch evice IO-Controller Switch evice IO-Controller CSMT Gestione Scarl 27

27 Esempio: Le fasi di verifica dell impianto Il cliente assegna al Centro di Competenza il ruolo di ente imparziale che verifica la corrispondenza con le regole di realizzazione dettate da PROFIBUS International Nell esperienza del nostro centro di competenza la verifica dell impianto PROFINET/PROFIBUS è suddivisa in due fasi 1. Autocertificazione OEM e controllo su prototipo Viene fornita una checklist di autovalutazione Il Centro di Competenza verifica che la checklist sia in accordo con quanto realizzato su un prototipo 2. Audit e verifica dell impianto complessivo Il centro di competenza verificherà e misurerà le prestazioni dell impianto complessivo (intero reparto) una volta realizzato CSMT Gestione Scarl 28

28 Esempio: Verifica dell impianto nel suo complesso Schema a blocchi Checklist e autocertificazion A i B Centro di Competenza Ente Terzo OEM A OEM B OEM A C D OEM D OEM C Audit sull impianto complessivo Report finale sull impianto Sito dell impianto CSMT Gestione Scarl 29

29 PROFINET strumenti per la diagnostica/manutenzione durante il commissioning e l esercizio normale CSMT Gestione Scarl 30

30 PROFINET IO: diagnostica di rete Lo switch passa la diagnostica PROFINET dall evice al Controller Lo Switch è configurato come evice (GSD) Switch segnale eventuali malfunzionamenti della rete come diagnostica PROFINET direttamente all IO-Controller (1) E disponibile anche un canale SNMP per le Standard-Information (2) IO-Controller IO-Controller 1 2 evice3 evice1 evice2 evice1 evice CSMT Gestione Scarl 31

31 32 Overview della diagnostica Livello di dettaglio Device Modulo Canale Interrupts Gestione allarmi Con acknowledge I&M (Identification & Maintenance) Vantaggi Rapida overview del sistema Livello di dettaglio configurabile Visualizzazione standard CSMT Gestione Scarl 32

32 Individuazione del link difettoso CSMT Gestione Scarl 33

33 Localizzazione del fault nella rete CSMT Gestione Scarl 34

34 35 PROFINET: network security Protezione contro Errori d indirizzamento e uso improprio Accessi non autorizzati Manipolazioni e spionaggio Tecnologia Semplici conoscenze di IT Tecnologie standard (firewall, VPN) Vantaggi Integrazione verticale Aumento accessibilità e performance CSMT Gestione Scarl 35

35 PROFILAB: Contatti centro di competenza e training supporto PROFIBUS e PROFINET: profinet@csmt.it Segreteria CSMT con riferimento a: Sig.na Roberta Codenotti Tel.: E-mal: profilab@csmt.it, I contatti tecnici vengono tenuti da: Dr. Paolo Ferrari Tel.: paolo.ferrari@ing.unibs.it Ing. Francesco Venturini Tel.: venturin@ing.unibs.it profibus@csmt.it CSMT Gestione Scarl 36