SIMATIC. Comunicazione con SIMATIC. Prefazione. Introduzione 1. PROFINET / Industrial Ethernet. Industrial Wireless LAN 3 PROFIBUS 4.

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1 Nr. SIMATIC SIMATIC SIMATIC Manuale di sistema La presente documentazione è statacompletata come indicato nel seguito: Denominazione 1 Brochure Comunicazione industriale per l'automazione Prefazione Introduzione 1 PROFINET / Industrial Ethernet 2 Industrial Wireless LAN 3 PROFIBUS 4 AS-Interface 5 Wide Area Network (WAN) 6 Interfaccia multipoint (MPI) 7 Point to Point Interface (PPI) 8 Punto a punto 9 KNX/EIB (KONNEX) 10 Tool di configurazione e parametrizzazione 11 09/2006 EWA 4NEB

2 Istruzioni di sicurezza Questo manuale contiene delle norme di sicurezza che devono essere rispettate per salvaguardare l'incolumità personale e per evitare danni materiali. Le indicazioni da rispettare per garantire la sicurezza personale sono evidenziate da un simbolo a forma di triangolo mentre quelle per evitare danni materiali non sono precedute dal triangolo. Gli avvisi di pericolo sono rappresentati come segue e segnalano in ordine descrescente i diversi livelli di rischio. Pericolo questo simbolo indica che la mancata osservanza delle opportune misure di sicurezza provoca la morte o gravi lesioni fisiche. Avvertenza il simbolo indica che la mancata osservanza delle relative misure di sicurezza può causare la morte o gravi lesioni fisiche. Cautela con il triangolo di pericolo indica che la mancata osservanza delle relative misure di sicurezza può causare lesioni fisiche non gravi. Cautela senza triangolo di pericolo indica che la mancata osservanza delle relative misure di sicurezza può causare danni materiali. Attenzione indica che, se non vengono rispettate le relative misure di sicurezza, possono subentrare condizioni o conseguenze indesiderate. Nel caso in cui ci siano più livelli di rischio l'avviso di pericolo segnala sempre quello più elevato. Se in un avviso di pericolo si richiama l'attenzione con il triangolo sul rischio di lesioni alle persone, può anche essere contemporaneamente segnalato il rischio di possibili danni materiali. Personale qualificato L'apparecchio/sistema in questione deve essere installato e messo in servizio solo rispettando le indicazioni contenute in questa documentazione. La messa in servizio e l'esercizio di un apparecchio/sistema devono essere eseguiti solo da personale qualificato. Con riferimento alle indicazioni contenute in questa documentazione in merito alla sicurezza, come personale qualificato si intende quello autorizzato a mettere in servizio, eseguire la relativa messa a terra e contrassegnare le apparecchiature, i sistemi e i circuiti elettrici rispettando gli standard della tecnica di sicurezza. Uso regolamentare delle apparecchiature/dei sistemi: Si prega di tener presente quanto segue: Avvertenza L'apparecchiatura può essere destinata solo agli impieghi previsti nel catalogo e nella descrizione tecnica e può essere utilizzata solo insieme a apparecchiature e componenti di Siemens o di altri costruttori raccomandati o omologati dalla Siemens. Per garantire un funzionamento ineccepibile e sicuro del prodotto è assolutamente necessario che le modalità di trasporto, di immagazzinamento, di installazione e di montaggio siano corrette, che l'apparecchiatura venga usata con cura e che si provveda ad una manutenzione appropriata. Marchio di prodotto Tutti i nomi di prodotto contrassegnati con sono marchi registrati della Siemens AG. Gli altri nomi di prodotto citati in questo manuale possono essere dei marchi il cui utilizzo da parte di terzi per i propri scopi può violare i diritti dei proprietari. Esclusione di responsabilità Abbiamo controllato che il contenuto di questa documentazione corrisponda all'hardware e al software descritti. Non potendo comunque escludere eventuali differenze, non possiamo garantire una concordanza perfetta. Il contenuto di questa documentazione viene tuttavia verificato periodicamente e le eventuali correzioni o modifiche vengono inserite nelle successive edizioni. Siemens AG Automation and Drives Postfach NÜRNBERG GERMANIA N. di ordinazione EWA 4NEB P 11/2006 Copyright Siemens AG Con riserva di eventuali modifiche tecniche

3 Prefazione Prefazione I prodotti SIMATIC consentono di realizzare soluzioni di automazione per un'ampia gamma di settori e requisiti. La chiave del loro successo è la capacità delle diverse piattaforme hardware di comunicare tra loro direttamente attraverso reti differenti, garantendo uno scambio rapido ed efficiente dei dati. Scopo del manuale Il manuale di sistema fa un quadro generale delle reti e delle tecnologie di comunicazione utilizzate nel campo dell'automazione, dedicando un'attenzione particolare ai prodotti delle serie SIMATIC e ai relativi protocolli di rete. Il manuale si basa sulla broschure "Comunicazione industriale per l'automazione" e ne approfondisce alcuni aspetti tecnici. Vi vengono specificati i tool di configurazione disponibili e informazioni di approfondimento. Il manuale mette a disposizione: nozioni di base sulle tecnologie di comunicazione una base per la scelta e la progettazione delle diverse reti una Guida per navigare nella documentazione SIMATIC. Il manuale non contiene invece una descrizione approfondita dei prodotti SIMATIC e delle operazioni necessarie per realizzare le reti di comunicazione. Queste informazioni possono essere reperite nei manuali dei diversi prodotti. Conoscenze necessarie È utile disporre di conoscenze generali sulle reti e la tecnica di automazione e aver letto la broschure "Comunicazione industriale per l'automazione". Non è necessario avere conoscenze teoriche specifiche nel campo della comunicazione. È consigliabile disporre di conoscenze di base sulla comunicazione, ad es. sulla topologia delle reti e sul modello di riferimento ISO/OSI a 7 livelli. Validità del manuale Il presente manuale si occupa dei prodotti delle serie SIMATIC. Modifiche rispetto alla versione precedente Rispetto alla versione precedente il presente manuale è caratterizzato da una migliore strutturazione del contenuto che ora è suddiviso in base ai diversi tipi di rete. I capitoli dedicati alle singole reti presentano una struttura uniforme. Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB iii

4 Prefazione Destinatari Il manuale è destinato principalmente ai seguenti operatori che si occupano di pianificare e progettare soluzioni di automazione basate su prodotti SIMATIC collegati in rete: decision maker pianificatori progettisti Il manuale è uno strumento utile anche per gli ingegneri che effettuano la messa in servizio e per il personale addetto al service. Ulteriore supporto In caso di domande sull'utilizzo dei prodotti qui descritti a cui non si trova una risposta esaustiva nel manuale si prega di rivolgersi al proprio referente Siemens presso le filiali e le rappresentanze competenti. I partner di riferimento sono elencati nel sito: La Guida alla consultazione della documentazione tecnica dei diversi prodotti e sistemi SIMATIC si trova nel sito: Catalogo online e sistema di ordinazione online: Training Center Per facilitare l'approccio al sistema di automazione SIMATIC S7 Siemens organizza corsi specifici. Si prega di rivolgersi al più vicino Training Center locale o a quello centrale di Norimberga, D Telefono: +49 (911) Internet: Technical Support È possibile contattare il Technical Support per tutti i prodotti A&D utilizzando il modulo "Support Request" scaricabile dal sito: Internet: Telefono: Fax: Ulteriori informazioni sul Technical Support sono disponibili nel sito Internet iv Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

5 Prefazione Service & Support in Internet Oltre alla documentazione Siemens mette a disposizione il proprio know-how in Internet. Il sito mette a disposizione: la newsletter con informazioni sempre aggiornate sui prodotti la funzione di ricerca di Service & Support con cui cercare i documenti più adatti alle proprie esigenze un forum in cui utenti e specialisti di tutto il mondo si possono scambiare informazioni l'elenco dei partner Siemens per il settore Automation & Drives informazioni su assistenza tecnica in loco, riparazioni e parti di ricambio. Maggiori dettagli si trovano alla voce "Service". Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB v

6 Prefazione vi Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

7 Indice Prefazione... iii 1 Introduzione Introduzione PROFINET / Industrial Ethernet Introduzione Caratteristiche Nozioni di base Architetture di rete Componenti di rete Tecnica di collegamento Elevata disponibilità Funzioni tecnologiche Metodi di trasmissione Metodi di accesso Sicurezza delle informazioni nell'automazione Servizi Servizi di comunicazione standard Servizi FTP Servizi Servizi SNMP Servizi OPC Servizi PROFINET IO Servizi PROFINET CBA PROFIdrive PROFIsafe Servizi TCP Servizi di trasporto ISO Servizi UDP Servizi di comunicazione PG/OP Servizi di comunicazione S Configurazioni Famiglia di dispositivi Accoppiamenti tra reti Industrial Wireless LAN Introduzione Caratteristiche Nozioni di base Architetture di rete Componenti di rete Tecnica di collegamento Elevata disponibilità Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB vii

8 Indice 3.3 Tecnologie Metodi di trasmissione Metodi di accesso Protezione delle informazioni nelle IWLAN Configurazioni Pianificazione e engineering Famiglia di dispositivi Accoppiamenti tra reti PROFIBUS Introduzione Caratteristiche Nozioni di base Architetture di rete Componenti di rete Tecnica di collegamento Elevata disponibilità Tecnologie Metodi di trasmissione Metodi di accesso Servizi Servizi PROFIBUS DP Servizi di comunicazione di PROFIBUS PA PROFIdrive PROFIsafe Servizi di comunicazione PG/OP Servizi di comunicazione S Servizi di comunicazione di PROFIBUS FMS Servizi di comunicazione di PROFIBUS FDL Configurazioni Famiglia di dispositivi Accoppiamenti tra reti AS-Interface Introduzione Caratteristiche Nozioni di base Architetture di rete Componenti di rete Tecnica di collegamento Tecnologie Metodi di trasmissione Metodi di accesso Servizi Servizi AS-Interface ASIsafe Configurazioni Famiglia di dispositivi Accoppiamenti tra reti viii Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

9 Indice 6 Wide Area Network (WAN) Introduzione Caratteristiche Stazione Control Center WAN "classica" Rete WAN basata su Ethernet Trasmissione secondo il principio "Store and Forward" Trasmissione dati comandata da variazione Data e ora Memorizzazione dei dati sul posto Teleprogrammazione e telediagnostica SINAUT Messa in allarme mediante SMS Tipi di rete Collegamento alla WAN classica Collegamento alla rete WAN Ethernet Protocolli Protocollo SINAUT ST Protocollo SINAUT ST Stati di funzionamento Funzione della TIM Topologie Introduzione Esempi di configurazione Famiglia di dispositivi Riepilogo dei tipi di TIM Interfaccia multipoint (MPI) Introduzione Caratteristiche Nozioni di base Architetture di rete Componenti di rete Tecnica di collegamento Tecnologie Metodi di trasmissione Metodi di accesso Servizi Servizi di comunicazione PG/OP Servizi di comunicazione S Servizi di comunicazione di base S Servizi di comunicazione dei dati globali Configurazioni Point to Point Interface (PPI) Introduzione Caratteristiche Nozioni di base Architetture di rete Componenti di rete Tecnica di collegamento Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB ix

10 Indice 8.3 Tecnologie Metodi di trasmissione Metodi di accesso Servizi Configurazioni Punto a punto Introduzione Caratteristiche Nozioni di base Architetture di rete Componenti di rete Tecnica di collegamento Tecnologie Metodi di trasmissione Metodi di accesso KNX/EIB (KONNEX) Introduzione Caratteristiche Nozioni di base Architetture di rete Componenti di rete Tecnica di collegamento Tecnologie Metodi di trasmissione Metodi di accesso Configurazioni Famiglia di dispositivi Accoppiamenti tra reti Integrazione di altri sistemi Tool di configurazione e parametrizzazione Tool e loro utilizzo Tool per l'esecuzione dei task Glossario... Glossario-1 Indice analitico...indice analitico-1 x Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

11 Indice Tabelle Tabella 2-1 Mezzi trasmissivi e topologie di PROFINET / Industrial Ethernet Tabella 2-2 Componenti delle reti PROFINET / Industrial Ethernet Tabella 2-3 Specifiche tecniche dell'interfaccia PROFINET / Industrial Ethernet Tabella 2-4 Collegamento PROFINET per Controller e CP SIMATIC Tabella 2-5 Collegamento PROFINET per IO Device Tabella 2-6 Collegamento PROFINET per IO Device Tabella 2-7 Collegamento PROFINET per PC-based Automation Tabella 3-1 Componenti delle reti IWLAN Tabella 3-2 Tecnica di collegamento della famiglia di prodotti SCALANCE W Tabella 3-3 Caratteristiche delle varianti dello standard IEEE Tabella 3-4 Prodotti della gamma SCALANCE W Tabella 4-1 Tecniche di trasmissione e topologie di PROFIBUS: Tabella 4-2 Componenti di rete attivi in PROFIBUS Tabella 4-3 Metodi di trasmissione in PROFIBUS: Tabella 4-4 Collegamento a PROFIBUS dei componenti SIMATIC: Tabella 4-5 Accoppiamenti tra reti in PROFIBUS: Tabella 5-1 Master AS-i SIMATIC: Tabella 5-2 Accoppiamenti tra reti in AS-Interface: Tabella 6-1 Tipi di TIM e relative caratteristiche Tabella 11-1 Tool e loro utilizzo Tabella 11-2 Task e tool adeguato Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB xi

12 Indice xii Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

13 Introduzione Introduzione Descrizione Le reti di comunicazione sono una componente centrale delle moderne soluzioni di automazione. Le reti industriali devono rispondere a requisiti specifici, ad es.: l'accoppiamento di sistemi di automazione e di sensori e attuatori semplici e calcolatori la trasmissione dei dati in modo corretto e nel momento giusto la protezione da interferenze elettromagnetiche, sollecitazioni meccaniche e sporcizia. Adattamento flessibile ai requisiti produttivi Le reti industriali fanno parte delle LAN (Local Area Network) e consentono la comunicazione negli ambienti con un'estensione limitata. Le reti industriali rispondono alle seguenti funzioni di comunicazione: comunicazione di processo e di campo dei sistemi di comunicazione, tra cui i sensori e gli attuatori comunicazione di dati tra i sistemi di automazione comunicazione IT per l'integrazione nella moderna tecnologia informatica Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

14 Introduzione 1.1 Introduzione SIMATIC NET Le soluzioni per reti di SIMATIC NET sono parte integrante di Totally Integrated Automation (TIA). Con Totally Integrated Automation (TIA) Siemens è l'unica ad offrire una gamma omogenea di prodotti e sistemi per la realizzazione di soluzioni di automazione su misura per cliente. SIMATIC NET si distingue tra l'altro per le seguenti caratteristiche: L'omogeneità dal livello di campo fino al livello di management dell'azienda L'apertura del livello di campo all'utilizzo di Industrial Ethernet Lo sviluppo accelerato della comunicazione mobile L'integrazione di tecnologie IT (Information Technology) Queste reti di comunicazione consentono di utilizzare i prodotti SIMATIC e le apparecchiature intelligenti sul posto e di combinarle in base alle proprie esigenze specifiche. Grazie alla flessibilità e all'apertura degli standard delle reti SIMATIC diventa possibile collegare tra loro sistemi diversi e ampliare i sistemi preesistenti. Figura 1-1 I sistemi di bus in sintesi 1-2 Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

15 Introduzione 1.1 Introduzione Tipi di rete Il presente manuale si occupa dei seguenti tipi di rete: Industrial Ethernet Lo standard di rete internazionale per tutti i livelli PROFINET Lo standard Industrial Ethernet aperto per l'automazione PROFIBUS Lo standard internazionale per il livello di campo, leader mondiale tra i bus di campo AS-Interface Un modo economico per collegare sensori e attuatori alternativo al fascio di cavi MPI L'interfaccia integrata dei prodotti SIMATIC PPI L'interfaccia integrata specifica per l's7-200 Accoppiamento punto a punto Il collegamento seriale tra due partner di comunicazione KONNEX (KNX/EIB) Il sistema di bus universale per la domotica e l'automazione degli edifici Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

16 Introduzione 1.1 Introduzione 1-4 Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

17 PROFINET / Industrial Ethernet Introduzione Industrial Ethernet si basa sulla norma IEEE e consente di collegare il proprio sistema di automazione alle reti dell'ufficio. Industrial Ethernet mette a disposizione servizi IT con cui accedere dall'ambiente dell'ufficio ai dati della produzione. PROFINET è uno standard aperto per l'automazione industriale conforme alla norma IEEE che si basa su Industrial Ethernet. PROFINET utilizza gli standard IT fino al livello del campo e consente la definizione di modelli di engineering per l'impianto completo. Con PROFINET si possono realizzare soluzioni di automazione che garantiscono prestazioni elevate in tempo reale, ad es. nel settore del Motion Control. Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

18 PROFINET / Industrial Ethernet 2.1 Introduzione Figura 2-1 PROFINET tramite Industrial Ethernet 2-2 Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

19 PROFINET / Industrial Ethernet 2.2 Caratteristiche Ulteriori informazioni Brochure aggiornata "Comunicazione industriale per l'automazione": informazioni introduttive alla comunicazione industriale Catalogo IK PI 2007 "Comunicazione industriale per Automation and Drives": Elenco dei dispositivi e dati di ordinazione per la comunicazione industriale. Manuale di guida alle funzioni Sincronismo di clock: descrizione completa della funzione di sistema Sincronismo di clock Descrizione del sistema PROFINET: Home page PROFIBUS International: Caratteristiche Nozioni di base Industrial Ethernet Industrial Ethernet è stata realizzata appositamente per soddisfare le esigenze dell'ambiente industriale e si basa su Ethernet. Industrial Ethernet si distingue in particolare per le seguenti caratteristiche: Collegamento in rete di campi applicativi diversi quali l'ufficio e la produzione Tecnica costruttiva resistente e protezione dalle interferenze elettromagnetiche Prestazioni elevate in trasmissione, anche in presenza di molti nodi, grazie alla disponibilità di componenti omogenei con velocità di trasmissione di 100 Mbit/s secondo lo standard Fast Ethernet. Diversi mezzi di trasmissione (ad es. industrial twisted pair, cavi in fibra ottica) Potenza scalabile grazie alla tecnologia switching Elevata disponibilità grazie a topologie di rete ridondate Fast Ethernet Fast Ethernet è il logico sviluppo della tecnologia Ethernet. Lo standard Fast Ethernet IEEE u si basa essenzialmente sullo standard Ethernet classico. Ethernet e Fast Ethernet presentano le seguenti caratteristiche comuni: Formato dati Procedura di accesso CSMA/CD Le differenze sono le seguenti: Estensione della rete Regole per l'installazione della rete Autosensing, ovvero rilevamento automatico della velocità di trasmissione Supporto del funzionamento duplex Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

20 PROFINET / Industrial Ethernet 2.2 Caratteristiche PROFINET PROFINET supporta i servizi di comunicazione PROFINET IO, PROFINET CBA e diversi profili quali PROFIsafe e PROFIdrive. I servizi di comunicazione PROFINET IO e PROFINET CBA garantiscono la funzionalità richiesta dai sistemi di automazione: PROFINET IO consente di collegare direttamente le apparecchiature da campo decentrate (IO Device, ad es. unità di I/O) a Industrial Ethernet. Per un ulteriore supporto delle applicazioni fail-safe gli apparecchi comunicano tramite PROFINET IO con il profilo PROFIsafe. In PROFINET IO si utilizzano i tradizionali tool software SIMATIC, ad es. STEP 7, per l'engineering e la diagnostica al livello del campo e SIMOTION Scout per la configurazione delle applicazioni Motion Control. Nella comunicazione IRT (IRT: Isochronous Realtime) il tempo disponibile viene in parte riservato per la trasmissione ciclica (deterministica) dei dati. In questo modo il ciclo di comunicazione viene suddiviso in una parte deterministica e una aperta. La comunicazione IRT e la comunicazione TPC/IP possono aver luogo contemporaneamente nella stessa rete senza interferire. Grazie alla comunicazione isocrona in tempo reale PROFINET consente tempi di aggiornamento brevi e deterministici che sono indispensabili per le applicazioni Motion Control. PROFINET CBA (Component Based Automation) consente di implementare soluzioni modulari per i sistemi di automazione decentrati. Grazie alla funzionalità basata sui componenti di PROFINET CBA si possono suddividere i sistemi di automazione in moduli indipendenti. Per realizzare i collegamenti tra i moduli si utilizza il tool di engineering SIMATIC imap che supporta l'utente dall'interconnessione dei moduli alla realizzazione di impianti e sistemi completi. PROFINET CBA supporta la comunicazione ciclica e aciclica e, grazie ai tempi di aggiornamento di massimo 10 ms, è particolarmente adatto alla trasmissione dei dati tra i controller. PROFIdrive è l'interfaccia funzionale tra i controllori e gli azionamenti in PROFINET e PROFIBUS. PROFIdrive è definito dal profilo per azionamenti PROFIdrive dell'organizzazione degli utenti di PROFIBUS (PNO). Il profilo PROFIdrive definisce il comportamento dell'apparecchio e il procedimento di accesso ai dati di azionamento per gli azionamenti elettrici, dal semplice convertitore di frequenza ai potenti servoregolatori. PROFIsafe è il profilo di PROFINET e PROFIBUS per la comunicazione orientata alla sicurezza. PROFIsafe utilizza l'automazione standard di PROFINET e PROFIBUS ed è certificato per i livelli di sicurezza fino a SIL 3 (Safety Integrated Level) definiti dalla norma IEC e per la categoria 4 definita dalla norma EN PROFINET definisce i requisiti per la protezione delle informazione nei sistemi di automazione e supporta gli utenti con le possibili soluzioni di sicurezza specifiche per l'ambiente industriale. Ulteriori informazioni Per maggiori informazioni sugli standard PROFINET e le aziende che vi aderiscono consultare la home page dell'organizzazione degli utenti di PROFIBUS (PNO) all'indirizzo Internet La PROFINET Security Guideline (versione 1.0 del mese di marzo 2005) è scaricabile dalla home page della PNO al'indirizzo Internet Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

21 PROFINET / Industrial Ethernet 2.2 Caratteristiche Architetture di rete PROFINET / Industrial Ethernet supporta i mezzi trasmissivi e le topologie riepilogate nella seguente tabella. Tabella 2-1 Mezzi trasmissivi e topologie di PROFINET / Industrial Ethernet Mezzo trasmissivo Topologia Numero di nodi Estensione della rete Cavo in rame A stella Max. 126 Fino a 5 km Lineare Ad albero FO A stella Oltre 1000 Fino a 150 km Ad anello Lineare Onde radio A stella Max. 8 Fino a 1000 m per ciascun segmento PROFINET / Industrial Ethernet consentono di integrare le sotto-reti disponibili (ad es. PROFIBUS, ASi) nell'architettura Industrial Ethernet Componenti di rete Le reti PROFINET / Industrial Ethernet utilizzano componenti passivi e attivi: I componenti passivi sono, ad esempio, i cavi di rete e i connettori. I componenti attivi sono, ad esempio, switch, access point, client module, media converter e link module. La seguente tabella riepiloga i componenti delle reti PROFINET / Industrial Ethernet. Tabella 2-2 Componenti delle reti PROFINET / Industrial Ethernet Mezzo trasmissivo Componenti Commenti Cavo in rame (elettrico) Switch Repeater PN/DP Link PN/PN Link Media converter Per collegare i nodi a Industrial Ethernet Per collegare due segmenti di rete Per accoppiare PROFINET a PROFIBUS Per accoppiare due sotto-reti PROFINET Per accoppiare reti con mezzi trasmissivi diversi Per collegare i nodi e realizzare reti elettriche SCALANCE X Cavo LWL (fibra ottica) SCALANCE X Per collegare i nodi e realizzare reti ottiche Per collegare i nodi senza interfaccia FO integrata Onde radio (wireless) Access point IWLAN/PB Link PN IO Per la trasmissione wireless a breve distanza Per il collegamento senza fili di Industrial Ethernet a PROFIBUS DP Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

22 PROFINET / Industrial Ethernet 2.2 Caratteristiche Tecnica di collegamento La tabella sottostante riporta le specifiche dei connettori utilizzati nelle reti PROFINET / Industrial Ethernet in relazione al mezzo trasmissivo utilizzato. Tabella 2-3 Specifiche tecniche dell'interfaccia PROFINET / Industrial Ethernet Caratteristica fisica Cavo in rame (elettrico) Conduttore a fibre ottiche (ottico) Onde radio (wireless) Tecnica di collegamento Connettore RJ 45 ISO/IEC IE FC RJ45 Plug 90/145/180 Connettore M12 con codifica D SC RJ 45 ISO/IEC BFOC (Bayonet Fiber Optic Connector) ISO/IEC Connettore SC IWLAN RCoax N- Connector Tipo di cavo / mezzo di trasmissione Standard 100 Base-TX Doppino di rame simmetrico e schermato IEC E FC TP Standard Cable GP 2x2 IE FC TP Flexible Cable GP 2x2 IE FC TP Trailing Cable GP 2x2 IE TP Torsion Cable GP 2x2 IE FC TP Trailing Cable 2x2 IE FC TP Marine Cable 2x2 Cavo in fibre ottiche (Polymer Optical Fiber, POF) ISO/IEC Fibre di vetro rivestite di plastica (Polymer Cladded Fiber, PCF) ISO/IEC PCF Standard Cable GP PCF Trailing Cable PCF Trailing Cable GP (per connettori SC RJ45) Fibre ottiche monomode ISO/IEC Conduttore standard Fiber Optic Cavo per interno INDOOR Fiber Optic Cavo da trascinamento flessibile Fiber Optic Cavo in fibre ottiche SIENOPYR Marine Cable Duplex (per connettori BFOC) Fibre ottiche multimode ISO/IEC FO Standard Cable GP FO Trailing Cable FO Trailing Cable GP FO Ground Cable (per connettori BFOC e SC) IEEE IWLAN RCoax Cable 2,4 GHz, 5 GHz 2-6 Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

23 PROFINET / Industrial Ethernet 2.2 Caratteristiche Nota Montaggio dei cavi I cavi FastConnect possono essere confezionati sul posto in modo particolarmente rapido e semplice. La tecnica di cablaggio RJ45, che è lo standard attualmente utilizzato, diventa così disponibile anche nella versione adatta all'impiego industriale Elevata disponibilità Descrizione I sistemi ad elevata disponibilità vengono utilizzati per ridurre le interruzioni dei processi produttivi. L'aumento della disponibilità può essere ottenuto, ad esempio, mediante la ridondanza dei componenti. I sistemi di comunicazione vengono cioè ampliati in modo da ottenere sistemi di automazione ridondati. In Industrial Ethernet i sistemi ridondati sono caratterizzati dal fatto che i componenti di automazione più importanti sono presenti più volte (ridondati). In caso di guasto di un componente ridondato l'elaborazione del programma non viene interrotta. La ridondanza viene ottenuta raddoppiando i componenti quali, ad esempio, la CPU, la rete, il CP, ecc. In caso di interruzione del percorso di collegamento attivo, dei meccanismi di sorveglianza e sincronizzazione fanno in modo che la comunicazione passi automaticamente al percorso che fino a quel momento era passivo (ridondato). Il collegamento in sé viene mantenuto. Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

24 PROFINET / Industrial Ethernet 2.2 Caratteristiche Ridondanza ad anello Il seguente grafico illustra il principio della "disponibilità elevata" sulla base di una rete ad anello realizzata con un doppino twistato. La rete è stata configurata in modo ridondato. Figura 2-2 Ridondanza di Industrial Ethernet con topologia elettrica ad anello All'interno dell'anello ridondato lo switch SCALANCE X414-3E svolge la funzione di gestore della ridondanza. In caso di guasto di uno dei componenti della rete, in questo caso del conduttore, lo switch devia i pacchetti di dati verso il canale di trasmissione intatto. 2-8 Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

25 PROFINET / Industrial Ethernet 2.3 Funzioni tecnologiche 2.3 Funzioni tecnologiche Metodi di trasmissione Descrizione Per la trasmissione dei dati Industrial Ethernet utilizza i protocolli TCP/IP e UDP/IP le cui caratteristiche essenziali sono definite nelle seguenti RFC (Request For Comment): RFC 768: UDP (User Datagram Protocol) RFC 791: IP (Internet Protocol) RFC 792: ICMP (Internet Control Message Protocol) RFC 793: TCP (Transmission Control Protocol) Considerato l'overhead dei telegrammi, le reti Industrial Ethernet non sono adatte allo scambio ciclico dei dati in tempo reale. Per questo si utilizza un protocollo di livello 2, ottimizzato e conforme a IEEE 802.3, che consente la comunicazione in tempo reale sulla base di Industrial Ethernet. La trasmissione dei dati con PROFINET avviene tramite Industrial Ethernet. Le velocità di trasmissione supportate sono le seguenti: Trasmissione ciclica di dati utili (ad es. valori di processo, ecc.). Trasmissione aciclica di dati di engineering e dati con criticità temporale. Per garantire un'elevata integrità e precisione dei dati PROFINET CBA utilizza la ritrasmissione automatica dei dati e procedure di verifica supplementari (parità per carattere e somma di controllo). Comunicazione in tempo reale (real time, RT). Tempo reale significa che un sistema elabora eventi esterni in un arco di tempo definito. Determinismo significa che un sistema reagisce entro un intervallo di tempo prevedibile (deterministico). Entrambi i requisiti sono importanti nelle reti industriali. PROFINET soddisfa questi requisiti con le seguenti caratteristiche di trasmissione: La trasmissione di dati con criticità temporale ha luogo a intervalli di tempo garantiti. PROFINET mette a disposizione un canale di comunicazione ottimizzato per la comunicazione in tempo reale e consente di determinare con esattezza (prevedere) quando verranno trasferiti i dati. In questo modo viene garantita la possibilità di comunicare mediante altri protocolli standard nella stessa rete. Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

26 PROFINET / Industrial Ethernet 2.3 Funzioni tecnologiche Comunicazione in tempo reale isocrona (real time isocrono, IRT) In PROFINET con IRT, il ciclo di comunicazione viene suddiviso in diversi canali ordinati cronologicamente. Nel primo canale ha luogo la comunicazione real time isocrona (IRT), poi la comunicazione real time (RT) e la comunicazione TCP/IP standard. In questo modo entrambe le modalità di trasmissione coesistono senza interferire. Con l'implementazione del procedimento di trasmissione in ERTEC-ASIC (Enhanced Real- Time Ethernet Controller) si ottengono tempi di ciclo di 0,25 ms e una precisione di jitter inferiore a 1 µs. Applicazioni per IRT L'IRT viene utilizzato in settori che richiedono tempi di risposta particolarmente precisi che non devono assolutamente essere superati. È il caso ad es. delle applicazioni Motion Control che richiedono tempi di reazione e di aggiornamento di pochi millesimi di secondo. Comunicazione IRT / comunicazione real time e TCP/IP Oltre alla comunicazione IRT, per la quale è riservata una velocità di banda definita entro il tempo di aggiornamento, entro questo tempo è consentita anche la comunicazione RT e TCP/IP. Con la comunicazione RT vengono trasmessi i dati ciclici tra IO Controller e IO Device, tuttavia senza "sincronismo migliore". Gli IO device non sincronizzati svolgono lo scambio dei dati automaticamente tramite la comunicazione RT Metodi di accesso Rilevamento delle collisioni CSMA/CD Ethernet utilizza il metodo di accesso CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) nel quale il nodo che vuole trasmettere ascolta il cavo di bus comune (Carrier Sense) e, se è libero, avvia la trasmissione. Se il cavo di bus è occupato da un altro nodo, il nodo che vuole trasmettere ritira la sua richiesta e ripete il tentativo di trasmissione più tardi (Multiple Access). Per rilevare le collisioni i nodi ricevono i segnali mentre trasmettono. Se i dati trasmessi sono diversi da quelli ricevuti significa che si è verificata una collisione e la trasmissione viene interrotta e ripresa in seguito. Per realizzare reti molto estese si possono utilizzare switch con funzione full duplex. La tecnologia switching e il funzionamento full duplex impediscono che si verifichino collisioni Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

27 PROFINET / Industrial Ethernet 2.3 Funzioni tecnologiche Meccanismi di switching PROFINET utilizza come metodo di accesso Ethernet con switch. Si tratta di un collegamento punto a punto nel quale ogni apparecchio è collegato direttamente a un altro apparecchio (e solo a quello). Uno switch consente la comunicazione contemporanea in entrambe le direzioni (trasmissione e ricezione). Si ottiene così una capacità di rete di 200 Mbit/s ovvero una larghezza di banda doppia rispetto a quella di Fast Ethernet (100 Mbit/s). Grazie all'uso della tecnologia switching la trasmissione dei dati in PROFINET non è soggetta a collisioni. In SIMATIC gli switch consentono la comunicazione in tempo reale in PROFINET attraverso due meccanismi: "Cut through" e "Store and Forward". Il vantaggio di questi meccanismi di switching: i nodi o le aree dei nodi che non richiedono il telegramma non vengono sovraccaricate con dati non rilevanti. La capacità di rete che diventa disponibile in questo modo può essere utilizzata da altri apparecchi. Diversamente che nella soluzione convenzionale nella tecnologia switching la comunicazione può svolgersi contemporaneamente in segmenti paralleli della rete aumentando la larghezza effettiva della banda. Store and Forward Nel procedimento Store and Forward lo switch memorizza i telegrammi e li inserisce in una coda di attesa, quindi li inoltra selettivamente alla porta che ha accesso al nodo indirizzato (Store and Foreward). Figura 2-3 Store e foreward in Industrial Ethernet Cut Through Nel procedimento Cut Through l'intero pacchetto dei dati non viene bufferizzato temporaneamente, ma trasmesso direttamente alla porta subito dopo che sono stati letti i primi 6 byte (indirizzo di destinazione). In questo modo i tempi richiesti dal pacchetto di dati per passare lo switch diventano minimi. Solo se il segmento di destinazione (cioè il tratto compreso fra la porta di destinazione e la porta dello switch successivo) è occupato i dati vengono memorizzati provvisoriamente con il metodo Store and Forward. Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

28 PROFINET / Industrial Ethernet 2.4 Sicurezza delle informazioni nell'automazione 2.4 Sicurezza delle informazioni nell'automazione Descrizione La moderna tecnica di automazione si basa sulla comunicazione e la realizzazione di reti sempre più estese e complesse tra le isole di produzione. Diventa così sempre più importante poter integrare tutti i componenti della produzione, collegandoli in modo omogeneo alla rete degli uffici e all'intranet aziendale. Lo stesso vale per le possibilità di accesso remoto a scopo di service, per l'impiego crescente di meccanismi IT, quali web server e , con i dispositivi di automazione e per l'uso delle reti wireless LAN. Interagendo sempre più con il mondo dell'it, la comunicazione industriale è ora esposta agli stessi rischi, che sono ben noti nell'ambiente office e IT, ad esempio hacker, virus, worm e cavali di Troia. Gli attuali concetti di security sono focalizzati sul mondo dell'office e richiedono un cura continua e conoscenze specialistiche. Essi non contemplano di regola lo speciale panorama di protocolli della comunicazione industriale o non sono idonei alle particolari condizioni ambientali tipiche dell'industria. Con il suo concetto di Industrial Security, Siemens offre una soluzione di sicurezza speciale per la tecnica d'automazione industriale, che soddisfa le specifiche esigenze di questo ambiente applicativo. Figura 2-4 Comunicazione sicura - Descrizione 2-12 Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

29 PROFINET / Industrial Ethernet 2.4 Sicurezza delle informazioni nell'automazione Vantaggi del concetto di industrial security Protezione dallo spionaggio e dalla manipolazione dei dati Protezione dal sovraccarico del sistema di comunicazione Protezione da influenze reciproche Protezione da indirizzamenti errati Configurazione e amministrazione semplici e pratiche che non richiedono conoscenze specifiche di IT Security Nessuna necessità di modifiche o adattamenti della struttura di rete esistente Nessuna necessità di modifiche o adattamenti di applicazioni esistenti o di nodi/partner della rete Robustezza e idoneità all'ambiente industriale Caratteristiche Le particolari caratteristiche della comunicazione in ambiente industriale (ad es. comunicazione in tempo reale) impone ulteriori requisiti di sicurezza: Protezione dalla retroazione delle celle automatizzate, ovvero non è necessario modificare le topologie di rete e riprogettare i nodi Protezione dei segmenti di rete Protezione dagli accessi non autorizzati Scalabilità della funzionalità di sicurezza Nessuna conseguenza sulla struttura della rete Definizione di IT Security Termine che riassume le misure per la protezione da quanto segue: Perdita dell'affidabilità in seguito all'accesso non autorizzato ai dati Perdita dell'integrità in seguito alla manipolazione dei dati Perdita della disponibilità in seguito alla distruzione dei dati Obiettivi di Industrial Security Funzionamento senza guasti e garanzia della disponibilità degli impianti industriali e dei processi produttivi Protezione della comunicazione industriale da spionaggio e manipolazione Protezione dei sistemi e dei componenti per l'automazione industriale da accessi non autorizzati e perdita dei dati Metodo pratico ed economico per la messa in sicurezza di impianti e apparecchiature già esistenti che non dispongono di proprie funzioni di sicurezza Utilizzo degli attuali standard di IT Security aperti e sperimentati Concetto di sicurezza ottimizzato e adeguato alla tecnica di automazione Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

30 PROFINET / Industrial Ethernet 2.4 Sicurezza delle informazioni nell'automazione Misure di protezione Qui di seguito sono descritte le più importanti misure per la protezione dalla manipolazione e dalla perdita dei dati in ambiente industriale. Filtraggio e controllo del traffico dei dati mediante Virtual Private Network (VPN). Le "Private Network" vengono utilizzate per lo scambio dei dati privati nella rete pubblica (ad es. in Internet). La tecnologia VPN più diffusa è IPsec. IPsec un insieme di protocolli per la protezione delle informazioni basati sul protocollo IP al livello di rete. Segmentazione in celle di automazione protette Lo scopo di questo metodo è quello di proteggere i nodi di rete di una cella di automazione mediante Security Module. Una cella è costituita da un gruppo di apparecchi protetti. Lo scambio dei dati può avvenire solo tra i Security Module dello stesso gruppo ovvero tra gli apparecchi che questi proteggono. Autenticazione (identificazione) dei nodi I Security Module si identificano mediante procedimenti di autenticazione utilizzando un canale sicuro (criptato). Diventa così impossibile accedere dall'esterno a un segmento protetto se non si è autorizzati. Codifica del traffico dei dati La codifica garantisce l'affidabilità dei dati. Le chiavi per la codifica sono contenute in un certificato VPN assegnato al Security Module. Security Module SCALANCE S I Security Module SCALANCE S offrono una funzionalità di sicurezza scalabile: Firewall per la protezione delle apparecchiature di automazione dagli accessi non autorizzati indipendentemente dalle dimensioni della rete da proteggere Il firewall consente un controllo flessibile dell'accesso e può essere utilizzato in alternativa o assieme al VPN. Il firewall filtra i pacchetti di dati e blocca o abilita i collegamenti in base a una lista di filtraggio (firewall di filtraggio pacchetti). Si possono filtrare sia la comunicazione in arrivo che quella in partenza, gli indirizzi IP e MAC e i protocolli di comunicazione (porte). VPN (Virtual Private Network) in alternativa o come ulteriore strumento per l'autenticazione sicura dei nodi e la codifica della trasmissione dati. Progettazione La progettazione è semplice e può essere effettuata anche senza specifiche conoscenze di IT. Non si deve far altro che configurare e progettare i Security Module e i SOFTNET Security client che devono comunicare tra loro in modo sicuro. La progettazione completa può essere salvata sul C-PLUG opzionale (non fornito in dotazione). In caso di errore è così possibile sostituire il Security Module in modo rapido e senza utilizzare il dispositivo di programmazione Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

31 PROFINET / Industrial Ethernet 2.5 Servizi 2.5 Servizi Servizi di comunicazione standard SIMATIC integra le funzioni IT, quali la posta elettronica e Internet, nella tecnologia informatica tramite Industrial Ethernet. La posta elettronica e i browser web sono ormai i mezzi di comunicazione più diffusi negli uffici. Come canali di comunicazione vengono utilizzate prevalentemente le reti Ethernet, ma anche le reti telefoniche e Internet. Questi strumenti e canali di comunicazione sono disponibili anche per SIMATIC grazie al protocollo TCP/IP. La famiglia dei dispositivi SIMATIC supporta i seguenti servizi IT: Comunicazione FTP (File Transfer Protocol) per lo scambio dei dati comandato da programma con calcolatori che usano sistemi operativi diversi tramite SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Controllo di processo HTML/accesso a browser web tramite HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). Nei CP con funzione IT si possono utilizzare le funzioni e le pagine HTML in dotazione per interrogare importanti dati di sistema mediante un browser web. Il controllo di processo HTML può essere utilizzato per la comunicazione tra una stazione PC e un's7-300 o S Servizi FTP Descrizione Caratteristiche Grazie alle funzioni FTP (File Transfer Protokoll) i CP IT o CP Advanced diventano uno strumento potente per la trasmissione dei file tra i seguenti apparecchi S7: PG/PC e S7-300/400 Tra più apparecchi S7-200/300/400 Tra S7 e calcolatori di gestione produzione o livello MES I CP IT o CP Advanced possono fungere sia da server che da client FTP. Server FTP Questa funzione consente di trasmettere i dati sotto forma di file mediante comandi FTP da o verso i blocchi dati di una stazione S7. Per il trasferimento dei dati tramite FTP si devono creare dei blocchi dati (file DB) nella CPU della stazione S7. In seguito a un comando FTP, il CP IT o il CP Advanced che funge da server FTP legge una tabella di assegnazione file (file file_db.txt) e associa ai file i DB di trasferimento file della stazione S7. I dati della tabella di assegnazione file consentono di interrogare i DB di una o più CPU di una stazione S7. Client FTP Per il trasferimento dei dati tramite FTP si devono creare dei blocchi dati (file DB) nella CPU della stazione S7. Utilizzando speciali FC il programma utente definisce i task FTP che devono essere eseguiti dal CPI IT o Advanced che funge da client FTP. La trasmissione avviene tramite collegamenti FTP. Questi sono speciali collegamenti TCP che devono essere progettati in STEP 7 / NetPro. Nel task si deve specificare come ulteriore parametro di destinazione l'indirizzo IP del server FTP, il percorso e il nome del file sul server FTP e informazioni per l'accesso. Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

32 PROFINET / Industrial Ethernet 2.5 Servizi Integrazione in STEP 7 Per l'esecuzione di una sequenza di task FTP tra la stazione S7 client e il server FTP è necessario che il CP IT o il CP Advanced imposti un collegamento con la CPU S7. Per impostare un collegamento FTP procedere nel seguente modo: utilizzare le funzioni di progettazione di STEP 7 (applicazione standard) inserire l'fb CP_CONFIG e un blocco dati di configurazione nel programma utente. Per alcuni ambiti applicativi è preferibile non impostare i collegamenti per la comunicazione con l'interfaccia di progettazione di STEP 7, ma definire applicazioni specifiche comandate dal programma. Ulteriori informazioni Per maggiori informazioni sui servizi IT consultare il manuale Tecnologia d'informazione con CP 343 IT, CP 443 IT e CP 243-IT e Tecnologia d 'informazione in SIMATIC S7 con CP per S7-300 e S Servizi Descrizione Con la funzione del CP IT o del CP Advanced il sistema di automazione è in grado di trasmettere messaggi contenenti dati di processo in funzione del processo e del tempo. Caratteristiche Come nelle normali i messaggi possono avere o meno un allegato. Il tipo di trasmissione dipende dalla quantità di dati e dalle caratteristiche degli apparecchi riceventi. L'invio delle con allegati può essere necessario, ad esempio, per trasmettere informazioni in formato binario da un PLC e analizzarle. Il CP IT o Advanced funziona come un client e supporta il servizio SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Le possono essere trasmesse dal sistema di automazione ma non ricevute. Per trasmetterle nel programma utente della CPU S7-300 / S7-400 si utilizza il richiamo di trasmissione dell'interfaccia SEND/RECEIVE (FC AG_SEND / AG_LSEND). Le vengono trasmesse tramite SMTP. Non è possibile cifrare le per rendere la trasmissione più affidabile. Integrazione in STEP 7 In linea di principio per inviare le è necessario configurare una connessione per ciascun CP IT o CP Advanced. La connessione definisce il server di posta elettronica attraverso il quale vengono trasmesse le inviate dal CP IT o CP Advanced. L' completa, ovvero l'indirizzo e il messaggio, viene configurata in un blocco dati. Una volta progettato il CP IT o il CP Advanced nella stazione mediante Configurazione HW si può configurare la connessione in due modi: progettandola in STEP 7 (applicazione standard) inserendo l'fb CP_CONFIG e un blocco dati di configurazione nel programma utente Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB

33 PROFINET / Industrial Ethernet 2.5 Servizi Ulteriori informazioni Per maggiori informazioni sui servizi IT consultare il manuale Tecnologia d informazione con CP 343 IT, CP 443 IT e CP IT Servizi SNMP Descrizione L'SNMP (Simple Network Management Protocol) è un protocollo standard aperto per la gestione delle reti Ethernet. La gestione delle reti comprende tutte le funzioni necessarie per controllare, comandare e parametrizzare i nodi della rete. Le funzioni di gestione (ad es. la registrazione degli errori in un protocollo) hanno lo scopo di proteggere dai guasti e reti con nodi SNMP, garantendone la qualità e l'efficienza. I software per la gestione delle reti, quali SINEMA E e SNMP-OPC Server di Siemens, supportano l'utente nell'esecuzione delle operazioni fondamentali di pianificazione, comando e controllo delle reti in ambiente industriale. Caratteristiche Il protocollo SNMP è definito nelle RFC 1065, 1066 e Un suo ampliamento con funzioni di sicurezza per l'accesso in scrittura e in lettura è descritto nella RFC 2571 (Request for Comments). Il protocollo SNMP per la gestione delle reti utilizza il protocollo di trasmissione senza connessione UDP. Il manager SNMP controlla i nodi della rete e gli agenti SNMP raccolgono nei nodi le diverse informazioni specifiche della rete salvandole in forma strutturata nel MIB - Management Information Base. I dati del MIB vengono richiamati ciclicamente dalla stazione di gestione ed eventualmente visualizzati. Anche i nodi possono comunque segnalare particolari stati alla stazione di gestione mediante le cosiddette "trap". Il protocollo SNMP consente non solo di controllare i nodi, ma anche di inviare istruzioni per il comando dei dispositivi, ad esempio per attivare e disattivare la porta di un componente della rete. La comunicazione tra gli agenti e la stazione di gestione avviene in background e incide minimamente sulle prestazioni della rete. Per inserire altri dispositivi SNMP che dispongono di file nel MIB si utilizza STEP 7 o in alternativa NCM PC. La progettazione del server OPC è integrata in Configurazione hardware di STEP 7. Le unità S7 già progettate in STEP 7 possono essere rilevate direttamente dal progetto. In alternativa a STEP 7 la progettazione può essere eseguita anche con NCM PC (un componente del CD SIMATIC NET). Con la progettazione rapida online mediante "Autodiscovery", a partire da STEP 7 V5.3+SP3 è possibile rilevare e acquisire nella progettazione qualsiasi dispositivo Ethernet tramite il suo indirizzo IP e/o il protocollo SNMP (SNMP V1). SNMP OPC Server per SIMATIC NET è inoltre in grado di rilevare i dispositivi PROFINET mediante il protocollo DCP. Manuale di sistema, 09/2006, EWA 4NEB