Dai Bus di Campo a PROFINET

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2 PROFINET uno standard di PROFIBUS & PROFINET International (PI) Riferimento PI Italia, con sede a Brescia Consorzio Profibus Network Italia (PNI) DAI BUS DI CAMPO.. a.. ETHERNET REAL TIME

3 PROFINET uno standard di PROFIBUS & PROFINET International (PI) 3 DAI BUS DI CAMPO.. a.. ETHERNET REAL TIME Utilizzo di un know how standard e diffuso (Diagnostica a pagine Web, Ethereal, SNMP..)! Informazioni disponibili su tutta la rete ad ogni porta! Apertura verso nuove tecnologie (Wireless LAN..) Mobile Panel 277F IWLAN PC con OPC Server SNMP

4 DAI BUS DI CAMPO.. a.. ETHERNET REAL TIME 4 L architettura è estremamente flessibile! - Eliminazione delle impedenze di terminazione - Nessun vincolo sull estensione complessiva della rete Machine 1 (IO-Subsystem) IO-Controller HMI, STEP7 Switch Machine 2 (IO-Subsystem) IO-Controller Switch Switch HMI, STEP7 IO-Device IO-Device IO-Device Switch IO-Device Switch IO-Device IO-Device IO-Device IO-Device Switch IO-Device Switch Switch IO-Device IO-Device IO-Device Switch IO-Device IO-Device Switch IO-Device Switch

5 PROFINET Performance 5 Internet Factory Automation Motion Control PROFINET Industrial Ethernet 100ms IT services RT 1-10ms 250µs TCP/IP IRT PROFINET: Real-time scalabile

6 PROFINET un solo bus 6 Automation topologies with PROFINET PG/PC HMI PLC IWLAN Industrial Ethernet Motion Control Field device Diagnostics Drive Access Point Web/TCP/IP Field device

7 PROFINET I/O Real Time (RT) Il Profilo per la Factory Automation. Integrata con Ethernet IT e TCP/IP!

8 PROFINET I/O Real Time (RT) Implementazione senza HW specifico Servizi Software basati su Ethernet IT applications e.g. HTTP SNMP DHCP... 1 TCP/UDP IP PROFInet application Standard channel Ethernet Real time channel Real time Canale aperto TCP/IP (su indirizzo IP) Parametrizzazione e configurazione dei dispositivi informazioni di diagnostica Canale Real-time 2 RT (su Device Name associato al MAC address) Trasmissione dati di ciclo ad alte prestazioni Trasmissioni su evento (allarmi..) 8 -> PROFINET Real Time utilizza TCP/IP solo per la parametrizzazione e la diagnostica dei dispositivi -> Lo scambio dati ciclico avviene con determismo su Ethernet direttamente con MAC Address

9 Struttura del Telegramma PROFINET 9 Il Telegramma PROFINET si integra nel frame dati Standard Ethernet IEEE Il Telegramma PROFINET è definito nello Standard Ethernet come Ether type per comunicazione real-time Possibile utilizzo della priorizzazione dati secondo standard IEEE 802.1p, per migliorare le performance Ethernet Frame 7 Byte Sync 1 Byte Dest MAC 6 Byte Source MAC 6 Byte Priority Tagging* 4 Byte Preambel Ethertype 2 Byte Frame ID 2 Byte Process data up to 1440 Byte Status Information 4 Byte FCS 4 Byte Ethernet-Standard PROFINET specific

10 Switch con priorizzazione dati IEEE 802.1p 10 Gli switch, oltre a consentire ai nodi collegati di comunicare contemporaneamente senza collisioni, garantiscono il determinismo analizzando la priorità dei pacchetti in transito e dando precendenza a quelli con priorità più elevata. (secondo lo standard: Priorita 6 per Real Time Ethernet, Priorita 0 per TCP/IP) Standard IEEE 802.1p : supportato da tutti gli Switch SIEMENS (dalle versioni Basso costo XB agli Scalance X400) PROFINET IO Controller 2 1 HMI 1 2 Port 1 Port 2 Port Queue for port Industry 1 Sector

11 Traffico TCP/IP e real time allo stesso tempo ma con differenti priorità 11 PROFINET PLC PC Internet Explorer PROFINET HTTP SNMP Socket TCP / UDP Real-Time RT PROFINET Field device IP Ethernet ERTEC IE/PROFINET Cable PC SNMP/OPC Server Sensor System PROFINET PLC

12 PROFINET RT 12 Con PROFINET si abbandona il sistema Token Ring! La comunicazione Controller Device, consente tempi di aggiornamento diversi per le stazioni I/O! Dalle proprietà di ogni Device Watchdog time per Bus Fault = Update time (ms) x Numero di cicli consecutivi consentiti senza ricezione di IO (3..15)

13 PROFINET I/O: Implementazione e Configurazione 13 Periferica decentrata: Cambia l interfaccia sul bus I moduli di I/O possono essere riutilizzati PROFINET PROFIBUS PROFINET Configurazione/programmazione: Rimane identica a Profibus GSD Protezione degli investimenti

14 Sequenza di assegnamento indirizzi 14 L indirizzamento dei dispositivi è diverso rispetto a Profibus, e si basa sul Nome Dispositivo dei Device

15 Alternativa 1: Nome dispositivo su MMC 15 Sulle interfacce PROFINET è disponibile uno slot in cui è possibile innestare un supporto di memoria su cui viene memorizzato il Nome Dispositivo tramite STEP7. Alla sostituzione del componente il supporto di memoria mantiene il Nome Dispositivo. Questo sistema è disponibile su tutte le CPU e le periferie.

16 Alternativa 2: Autoconfigurazione con topologia 16 Il meotodo è basato sulla definizione della topologia di rete (editor della topologia in STEP7). L utente deve configurare la topologia off line e può confrontarla poi con la situazione attuale.

17 PROFIsafe: sicurezza funzionale (safety) a tutti i livelli 17 La sicurezza funzionale è un requisito irrinunciabile ma è anche un grosso vantaggio Personale Impianti Ambiente

18 La situazione attuale nel campo della sicurezza funzionale 18 La sicurezza funzionale è ottenuta per mezzo di bus proprietari L integrazione con il sistema principale è lunga e costosa Molte volte I/O non sicuri operano sul campo da proteggere Ad esempio interrompo l alimentazione al motore Bus proprietario dedicato alla safety Bus di Campo I/O Livello con I/O Safety Frequency converter and control Interruttore Motore Alimentazione

19 La soluzione è PROFIsafe 19 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

20 20 Nuove architetture e funzionalità disponibili con PROFINET IO

21 PROFINET IO: Shared device 21 Due controller possono gestire lo stesso device Ogni controller gestisce un gruppo di ingressi e uscite Non è necessario che siano fisicamente raggruppati IO-Controller 1 IO-Controller 2

22 Shared Device con Sinamics S IF1 e IF2 sono 2 interfacce logiche della nuova CU 320-2PN, uguali in relazione a Operazioni Isocrone del dispositivo (solo un sync master) Funzionalità Safety Alla stessa CU del Sinamics sono ora assegnabili a 2 Controllori differenti Questo permette svariate topologie e.g. IO Fail-Safe Controller IO-Controller Sinamics S120

23 PROFINET IO: Intelligent device 23 Dialogo tra controllori Un dispositivo può essere contemporaneamente IO-controller e IO-Device IO-Controller 1 I controllori possono essere gestiti in progetti separati CPU1 I dati scambiati sono direttamente nella memoria dei controllori Non sono necessari accoppiatori per separare due reti IO-Device 1 CPU2 IO-Controller 2 IO-Device 2

24 PROFINET IO: Intelligent device + Shared device 24 Combinazione delle precedenti architetture Flessibilità e semplicità IO controller 1 IO controller 2 IO controller 1 IE / PROFINET IE / PROFINET I-Device + Shared Device IO device 1 Sottosistemi separati Translucent I/O

25 Media redundancy con MRP (IEC 62439) 25 Funzionalità Ridondanza ad anello Tempo di reazione al guasto inferiore 200ms, per un massimo di 50 switch nell anello Il Manager della ridondanza (PLC o Switch Managed) gestisce un contatto logico di rete al suo interno. Attraverso un test frame verifica la continuità dell anello; in caso di guasto il contatto interno viene chiuso. Media redundancy

26 Possibili configurazioni 26 System Management IE / PROFINET IE / PROFINET CPU + CP CPU + CP CPU + CP Sub-system 1 Sub-system 2 Sub-system 3 Central ring with separated sub-systems Several local rings con Switch Managed

27 PROFINET IRT Il Profilo per Sincronismo E Motion. Integrati su Ethernet IT e TCP/IP!

28 Lo stack PN Isochronous Real Time (IRT) IT appli cations e.g.. HTTP SNMP DHCP... 1 TCP/UDP IP Ethernet PROFINET Applications Configuration Diagnostics Process data Real time 2 RT 3 Real time ERTEC Switch con chip ASIC IRT 1 Canale TCP/IP standard Parametrizzazione Dati diagnostici Inizializzazione collegamenti Negoziazione del canale di comunicazione 2 Canale Real-time RT Trasferimento highperformance Dati ciclici Trasferimento su evento 3 Real-time channel IRT Trasferimento highperformance Dati isocroni Jitter <1 sec 28 Utilizzando gli SWITCH con ASIC, l accesso alla rete Ethernet viene sincronizzato e coordinato

29 PROFINET IRT 29 Comunicazione Ciclo 1 Comunicazione ciclo 2 Comunicazione ciclo 3 IRT channel Open channel IRT channel Open channel IRT channel Open ch IRT communication RT communication Standard communication Sync IRT + IRT flex frames NRT frames IRT data red interval RTC data RTA data green interval NRT data orange interval Tutti i dispositivi Profinet ed i componenti di rete sono sincronizzati Nella fase rossa la comunicazione dei dispositivi tcp/ip viene bloccata Durante la fase verde, qualsiasi pacchetto TCP/IP,UDP ecc. può essere inviato La fase arancione annuncia l imminenza di un ciclo rosso. Solo I frame TCP che possono essere trasferiti completamente vengono inviati prima dell inizio di una nuova fase rossa.

30 PROFINET un solo bus! 30 Scalance S S7 400 Controller RT Simotion P controller IRT Dominio Motion IRT: Update Time Minimo= 250 s Switch dorsale Video Camera Ethernet TCP/IP Switch dorsale Switch IRT dorsale PG TCP/IP Sinamics RT Distributed I/O RT ET200S HS IRT Sinamics IRT Office PC TCP/IP Nodi IRT devono essere collegati direttamente tra loro, o tramite switch IRT Altri nodi NRT (TCP, IT) connessi al dominio IRT comunicano tra loro!

31 31 Il Nuovo profilo disponibile con PROFINET IO!

32 Linea di produzione automobilistica 32 Energy demand senza PROFIenergy Reduced energy demand con PROFIenergy Registering curve (Values in kwh, 15 min) Weekend Weekend Potenziale di risparmio Former energy demand in nonproduction time: app. 60% of the energy demand during production. Up to 80% of energy savings with PROFIenergy. Sino all 80 percento di risparmio energetico!

33 33 Punti deboli della soluzione attuale Controller HMI switching Manuale : Tempo lungo di power off HW supplementare per la gestione dell energia Start-up non affidabile hardware supplementare Spazio e costi Engineering e manutenzione DC24V Distributed I/O Motion Control & Drives Soluzioni individuali vengo accettate molto raramente. Il risparmio di energia nelle pause non viene utilizzato.

34 La soluzione 34 Controller HMI Il controllore invia ad ogni Device: Tempo di inizio di una pausa di lavoro Durata della pausa di lavoro (>Tmin spegnimento del Device) Tempo di fine della pausa di lavoro Il controllore può anche richiedere ai Device che lo supportano di effettuare misure energetiche riguardo al suo funzionamento. Dezentrale Peripherie Motion Control & Drives DC24V Con PROFINET come bus di campo.. È possibile usare Device che supportino il profilo PROFIenergy per lo spegnimento degli I/O

35 Esempio 35 Controller Conosce il tempo di risposta del device Coordina la sequenza di accensione e spegnimento Condizioni: Il convogliatore deve essere spento 2 minuti dopo il robot, e riacceso 2 minuti prima del robot Start of pause: 12:00 End of pause: 12:45 PROFIenergy Conveyor Switch-off time = 1 min Switch-on time = 1 min Minimum hold time = 2 min Minimum pause time thus = 4 min Robot Switch-off time = 3 min Switch-on time= 5 min Minimum hold time = 2 min Minimum pause time thus = 10 min

36 Scopri tutte le Referenze PROFINET dal nostro sito

37 SIMATIC ET200SP

38 SIMATIC ET 200SP Obiettivi Incremento delle funzionalità del sistema Unica periferia per tutte le applicazioni (FA, PA, applicazioni High Speed) Dimezzare l ingombro e ottimizzare l handling Tecnologia di cablaggio, l etichettatura e manegevolezza in generale Incremento delle Performance in vista di PROFINET V2.3 Riduzione del tempo di ciclo interno rispetto ET 200S High Speed! 8 volte più veloce!! Sincronizzazione automatica al ciclo di Bus Ottimizzazione del comfort di utilizzo Cablaggio, Etichettatura, Codifica colori, Diagnostica, visualizzazione LED ecc. Riduzione del numero di schede Concentrazione di diverse funzioni nello stesso modulo

39 SIMATIC ET 200SP Panoramica Componenti e Montaggio Interfaccia (IM) e BusAdapter (BA) BaseUnit (BU), Terminalie Load Group Moduli Elettronici Modulo Server Classi di funzioni (B, ST, HF, HS, HA) Tecnica di cablaggio Push-in Cablaggio senza Tools Accessibilità ai morsetti migliorata hohe und dauerhafte Klemmsicherheit Ingombro dimezzato Punto di misura per Tester/Oscilloscopio Certificazione Ex(e) Footprint Collegamento a PROFINET tramite Busadapter Num. canali raddoppiato (larghezza ottimizzata) Power module integrato Tecnica di cablaggio Push-in Montabile in Cabinet profondi 80mm Funzionalità di sistema Optionenhandling Start-Up senza moduli Hot Swapping (single- e multi-hot swap) PROFIenergy ampliamento del BUS di comunicazione Performance Funzioni di diagnostica ampliate Aggiornamento dati su bus = 31,25µs Velocità di trasferimento 100Mbit/s Trasferimento dati con jitter molto piccolo Tecnica di sicurezza integrata Impostazione indirizzi Safety via Software (no dip-switches) Sostituzione con riparametrizzazione automatica Etichettatura e identificazione a colori Etichettatura/identificazione molto chiare Etichette uniformi simple to use smaller in size stronger in performance

40 SIMATIC ET 200SP Componenti e montaggio Moduli Elettronici Modulo interfaccia (IM), Bus Adapter (BA), Modulo Server Modulo Server BaseUnit (BU) Modulo elettronico IM155-6PN con Bus Adapter BaseUnits con morsetti Push-in

41 SIMATIC ET 200SP Componenti: IM155-6PN BusAdapter Tecnica di collegamento per PROFINET variabile tramite Busadapter (BA) Standard Miglior contatto meccanico e protezione EMC LWL (Plastica) per Diff.di Potenziale Convertitore Fibra Ottica (Fibra Plastica Rame) BA 2xRJ45 BA 2xFC* BA 2xSCRJ** BA SCRJ+F C Interfaccia universale per i Bus adapter => il BusAdapters permette di scegliere la connessione migliore per ogni tipo di applicazione

42 ET 200SP Accessori Accessori: porta etichette plastico inseribile sia su Base Unit che sul modolo elettronico Ordinamento frontale rigido, nessun errore di parallasse Dimensione standard per Plotter per etichettatura automatica da E-CAD Semplice Sostituzione del modulo tolgo e rimetto il porta etichetta

43 SIMATIC ET 200SP Integrazione delle funzionalità di PM-E Funzionalità del Powermodul PM-E in ET 200S Alimentazione del Bus P1/P2 LED-Verde:tensione OK Messaggi di Diagnostica sulla Tensione Protezione contro l inversione di polarità Filtro su tensione di alimentazione Load Group 1 (max.10a) Load Group 2 (max.10a) PM non più necessario => meno componenti, 11mm di ingombro in meno per ogni Load Group, alta flessibilità!