Funzioni PROFINET - Parte 2. Unrestricted

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1 Funzioni PROFINET - Parte 2 Unrestricted

2 Agenda Funzioni PROFINET Applicazioni isocrone IRT-Isochronous RealTime Ottimizzazione Ridondanza, Dynamic Reconfig Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 2

3 La problematica Ciclo applicazione Ciclo di comunicazione Ciclo dispositivo Controllo Le applicazioni RT non sono sincronizzate tra loro: Diversi cicli non sincroni di campo applicazione, trasmissione dati e dispositivi di campo hanno cicli di elaborazione propri tempi di ciclo e jitter non sono precisi di campo Azionamento Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 3

4 PROFINET e IRT (Isochronous Real Time) Ciclo applicazione Ciclo di comunicazione Ciclo dispositivo Controllo Applicazione isocrona di campo di campo I cicli di applicazione, trasmissione dati e dispositivi sono sincroni Es: Tempi di ciclo < 1 ms con precisione del jitter < 1 μs Azionamento Campi di applicazione tipici sono Motion Control, tecnologia di misura e rapido rilevamento dei segnali Vedere anche le linee guida: Isochronous Mode PROFINET IRT Engineering Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 4

5 Sincronizzazione di clock con ciclo PN di 250 µs Struttura di misura: Clock PN di 250 µs Un segnale di ingresso digitale Tre segnali di uscita digitali su due stazioni periferiche decentrate Oscilloscopio con schermo freeze Programma utente Con cambio del fronte positivo all ingresso tutte e tre le uscite vengono impostate contemporaneamente Con cambio del fronte negativo le uscite vengono reimpostate 250 µs Risultato Tutte le uscite vengono sempre commutate contemporaneamente Funzioni PROFINET - Parte

6 Applicazione sincronizzata (esempio) Inizio dei cicli di invio Applicazione sincrona Ciclo applicazione TCA_end TCA_start Controller TCA_ TCA_ valid min Applicazione sincrona background Controller Lettura ingressi Ingressi Uscite Ingressi Uscite Scrittura uscite Network T_IO_Input T_IO_ T_IO_Input InputMinValid T_IO_Output T_IO_Output T_IO_output T_IO_output Valid Min Device.. Send Clock 3 Send Clock 4 Send Clock 1 Send Clock 2 Send Clock 3 Send Clock 4 Send Clock 1 Send Clock 2 Device T_DC Funzioni PROFINET - Parte

7 Impostazioni nell Engineering Tool Funzioni PROFINET - Parte

8 Agenda Funzioni PROFINET Applicazioni isocrone IRT-Isochronous RealTime Ottimizzazione Ridondanza, Dynamic Reconfig Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 8

9 PROFINET e IRT (Isochronous Real Time) Segnali di sincronizzazione dell hardware Sync 1 ms PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 9

10 PROFINET e IRT (Isochronous Real Time) Ciclo IRT da 250 µs, dettaglio di una sincronizzazione Sync 1 µs PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 10

11 PROFINET e IRT (Isochronous Real Time) Ciclo IRT 250 µs, oscilloscopio con persistenza Sync 1 µs Jitter < 100 nanosecondi PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 11

12 PROFINET e comunicazione IRT Canale IRT Canale Canale Canale aperto IRT aperto Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo n ad es. clock controllo di posizione 1 ms Comunicazione deterministica Dati IRT Comunicazione aperta ad es. dati TCP/IP Sincronizzazione Scheduling del sistema di comunicazione Sincronizzazione ad alta precisione Intervalli temporali separati per Real-Time e UDP/IP Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 12

13 Progettazione IRT nell Engineering Tool Config. HW Dominio sync Topologia Dettagli dominio sync Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 13

14 IRT (Isochronous Real Time) Comunicazione sincronizzata Il ciclo del bus viene sincronizzato a un sistema di clock comune (generatore di clock) Sincronizzazione del bus senza sincronizzazione dell applicazione (Caso: performance < 1 ms, pass-through) Sincronizzazione del bus con sincronizzazione dell applicazione (Caso: performance e precisione) Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 14

15 Regole per un Clock Domain IRT Solo IRT-Device possono far parte di un dominio IRT Gli IRT-Device di un sistema PROFINET non possono appartenere a più domini di clock IRT (IRT Clock Domain) Un Clock Master deve far parte del proprio dominio di clock IRT I Clock Slave di un dominio di clock IRT devono venire sincronizzati dallo stesso Clock Master I domini di clock IRT non devono sovrapporsi Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 15

16 Frame IRT ottimizzato 6 byte 6 byte 2 byte 2 byte byte 4 byte 4 byte Dest Src Ether Frame RT-User data APDU FCS Addr Addr type ID Status L Ethertype è 0x8892 Da banda Frame ID della RT_CLASS_3 Un frame RT_CLASS_3 non contiene alcun tag VLAN Funzioni PROFINET - Parte

17 Cosa determina in concreto il jitter? Ciclo bus con uno scostamento max. di 1 µs Jitter al di fuori dell intervallo ammissibile Finestra 1 µs 1 ciclo bus Ciclo atteso Funzioni PROFINET - Parte

18 Controller Sincronizzazione dei nodi ld = line delay (ritardo linea) bd = bridge delay (ritardo ponticello) Clock Master +ld1 +ld2 +ld3 +ld3 +ldx +bd1 +bd2 +bd3 PTCP- Slave Sequenza di sincronizzazione Ciascun nodo comunica al nodo vicino se supporta o meno l isocronia (LLDP) Funzioni PROFINET - Parte

19 Comunicazione IRT: (RT_CLASS3) confine verde/rosso intervallo rosso area IRT riservata... Ciclo di invio ad es. 1 ms Cut through intervallo verde intervallo rosso confine verde/rosso Store and Forward Comunicazione pianificata per massima precisione Qui deve essere ricevuto il frame verde più lungo. e throughput di dati ottimizzato. (Frame_ID da banda RT_CLASS3) Funzioni PROFINET - Parte

20 Pianificazione in IRT-Engineering Funzioni PROFINET - Parte Determinazione obiettivo: x treni devono viaggiare da A a B nel più breve tempo possibile Condizioni quadro: rete ferroviaria disponibile, tempi di sosta nelle stazioni, tempo di percorrenza tra le stazioni Pianificazione temporale della comunicazione Determinazione dei momenti di trasmissione e dei percorsi di trasmissione Raggiungimento dell obiettivo attraverso la pianificazione: Ottimizzazione delle tratte e dei tempi di percorrenza 20

21 Esempio IRT (sincronizzazione bus) Domini IRT Non isocrono (switch standard) Applicazione isocrona IRT Device senza applicazione isocrona Funzioni PROFINET - Parte

22 Lezioni apprese La comunicazione IRT è suddivisa in una fase riservata e in una fase aperta. La comunicazione IRT isocrona è sempre pianificata (ES-Tool). La sequenza dei dati da scambiare è pianificata. I dati di uscita vengono inviati al nodo remoto. I dati di ingresso vengono inviati parallelamente ai dati di uscita. La sincronizzazione (RTSync) avviene nella fase aperta. Un dispositivo di campo può partecipare allo scambio di dati solo dopo avere inviato Application Ready (Ready for IRT Communication incl. IOPS good). RT_Class_3 è obbligatoria per CC-C e comunicazione sincronizzata. La comunicazione IRT è possibile solo all interno di un dominio IRT. Ciascun dispositivo di campo comunica il Line Delay (ritardo di linea) al proprio vicino. Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 22

23 Agenda Funzioni PROFINET Applicazioni isocrone IRT-IsochroneRealTime Ottimizzazione Ridondanza, Dynamic Reconfig Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 23

24 Misure di ottimizzazione nella comunicazione IRT Funzioni PROFINET - Parte

25 Performance Upgrade 1. Fast Forwarding 2. Dynamic Frame Packaging 3. Frammentazione PROFINET-Funktionen Teil

26 Cosa si può ottimizzare? Il Bridge Delay Tempo necessario per passare attraverso uno Switch e interpretare le informazioni di instradamento del frame data e Il Line Delay tempo di trasferiemnto del frame nel livello fisico includendo PortRXDelay e PortTXDelay PROFINET-Funktionen Teil

27 Dettagli dell ottimizzazione Fast Forwarding Riduzione della durata del preambolo Riduzione dei tempi di trasmissione hardware (PortRXDelay e PortTXDelay) Frame ID diventa parte del Destination Address Preamble DA SA Ethertype FrameID Data Trailer 8 Octets Octets 6 Octets 2 Octets 2 Octets 4 Octets Bridge delay minimo = 24 Ottetti Preamble DA SA Ethertype FrameID Data Trailer 2 Octets FID 6 Octets 6 Octets 2 Octets 2 Octets 4 Octets PROFINET-Funktionen Teil Fast Forwarding ottimizzato = 8 Ottetti 29

28 Il Fast Forwarding (FF, Frame Structure ottimizzata) Destination Address (DA MAC) OUI ExtensionIdentifier Bytes 0x00 0x00 0x00 0x00 (I/G) (U/L) FrameID 1 Bit 1 Bit 14 Bit (U/L) universally or locally administered address (I/G) Individual group address 0x01 0x01 0x0000-0x3FFF Fast Forwarding Frames senza VLAN-Tag (solo RT_Class3) PROFINET-Funktionen Teil

29 Il Dynamic Frame Packaging (DFP) Condizioni Comunicazione sincronizzata (Conformance Class C) Frame dati di tipo RT_Class_3 Supporto del Fast Forwarding Conoscenza della topologia o di funzionamento Definizione del DFP-domain (grupo di IO-Device) Trasmissione di tutte le uscite in un unico frame Trasmissione di tutti gli ingressi in un unico frame Operazioni nello switch Frame DFP ricevuti nell intervallo riservato? Frame ID corretto? PROFINET-Funktionen Teil Risultato: utilizzo ottimale della larghezza di banda disponibile per la trasmissione dei dati PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 31

30 Data Frame Packaging (DFP) con FF Preamble DA SA Ethertype FrameID Data Data Data Trailer Octets 6 Octets 6 Octets 2 Octets 2 Octets Dev1 Dev2 Dev3 4 Octets 2 FID I dati per tutti i partecipanti in un dominio DFP vengono trasmessi in un frame. DFP può utilizzare il FF benutzen, ma non è obbligatorio! PROFINET-Funktionen Teil PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 32

31 Dati di uscita IOC conosce la topologia T A1 A2 A3 H H T Telegram header Trailer I dispositivi di campo DFP e non DFP possono essere mescolati a piacere T A2 A3 H T A3 H A1 A2 A3 Dev 1 Dev 2 Dev 3 PROFINET-Funktionen Teil PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 33

32 Dati di ingresso IOC conosce la topologia H Telegram header H E1 E2 E3 T T Trailer Lo scheduling è caricato con il Connect-Frame H E2 E3 T H E3 T E1 E2 E3 Dev 1 Dev 2 Dev 3 PROFINET-Funktionen Teil

33 Frammentazione Per la comunicazione sincronizzata Esempio Reserved interval Open interval Reserved 125µs 125µs Send Clock 250µs La frammentazione serve per i Send Cycles < 250µs PROFINET-Funktionen Teil

34 Frammentazione dei frame Il SendCycle più piccolo è 31,25µs Esempio Reserved interval Open interval Reserved 16,25µs 15µs 31,25µs I frammenti viaggiano qui Obiettivo: utilizzo ottimale della larghezza di banda disponibile PROFINET-Funktionen Teil

35 Agenda Funzioni PROFINET Applicazioni isocrone IRT-IsochroneRealTime Ottimizzazione Ridondanza, Dynamic Reconfig Funzioni PROFINET - Parte PROFIBUS Nutzerorganisation e.v. (PNO) 37

36 Ridondanza del sistema (tipi S) P L C IOC IOC P L C IOC P L C IOC primary backup NAP S1 (nessuna ridondanza) N A P I/O NAP S2 N A P1 I/O Ridondanza del sistema e comunicazione RT_Class_3 si escludono a vicenda Funzioni PROFINET - Parte

37 Ridondanza del sistema (tipi R) P L C IOC IOC P L C IOC IOC P L C IOC IOC NAP R1 N A P N A P I/O N A P1 N A P2 I/O NAP R2 Funzioni PROFINET - Parte

38 Ridondanza del sistema Primario Backup PNIO-Controller Host / Controller Link PNIO-Controller PLC (Host) IOC PLC (Host) IOC 1.IOC-ARSR come backup con ARUUID cicl. Pri=1 cicl. Pri=0 2.IOC-ARSR come backup con Delta AR UUID PROFINET 3.*) PrmBegin - Inserzione primario - Scrittura - PrmEnd(primary) PNIO-Device *) solo in collegamento con Adv. Start up NAP Device singolo (S2) NAP NAP rid. A usato come R1 o R2 Funzioni PROFINET - Parte NAP B IO NAP singolo tipo S2 NAP Vedere anche le linee guida: PROFINET System Redundancy IO

39 Dynamic Reconfiguration (riconfigurazione dinamica) DR e comunicazione RT_Class_3 si escludono a vicenda Funzioni PROFINET - Parte Vedere anche le linee guida: 41 Dynamic Reconfiguration (Configure in Run)

40 Funzioni PROFINET - Parte 2