PROFINET: alte prestazioni, architetture innovative e versatilità Paolo Ferrari/Emiliano Sisinni Dipartimento di Ingegneria dell Informazione, Università di Brescia, Via Branze 38-25123 Brescia (Italy) Tel: +39-030-3715445 3715445 fax: +39-030-380014 380014 e-mail: {paolo.ferrari;emiliano.sisinni}@ing.unibs.it CSMT Gestione Scarl Centro di Competenza - Brescia http://profinet.csmt.it PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 1 Sommario di oggi Parliamo di PROFINET, cioè di Protocollo di comunicazione scalabile Ridondanza Configuration in Run (CiR) Integrazione di altri fieldbus Prestazioni per tutte le applicazioni Architetture di rete e nuove possibilità Sicurezza funzionale Wireless PROFIenergy PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 2-030 6595111 - profinet@csmt.it 1
La comunicazione in PROFINET Comunicazione standard Automazione di fabbrica RT_Class 1 Applicazioni al Motion Control RT_Class 2 e 3 100ms IT Services, TCP/IP Real-Time: 10ms <1ms IRT Una mezzo di comunicazione omogeneo per tutte le necessità degli utilizzatori Comunicazione Real-Time scalabile fino all isocrono Apertura ai servizi IT e TCP/IP senza restrizioni e tutto su un unica rete = integrazione orizzontale e verticale PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 3 PROFINET IO: terminologia PROFINET IO-Controller: Scambia dati con gli IO-Device ad esso assegnati Dispositivo che contiene il programma applicativo PROFINET IO-Device: Dispositivo di campo collegata all IO-Controller PROFINET IO-Supervisor: HMI e diagnostica della stazione PROFINET IO-System Comprende un IO-controller e i suoi IO-Device Confronto nomi PROFIBUS con nomi PROFINET DP Master system PROFINET IO System DP Master PROFINET IO-Controller DP Slave PROFINET IO-Device DP Master classe 2 PROFINET IO-Supervisor PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 4-030 6595111 - profinet@csmt.it 2
PROFINET IO: relazioni tra i dispositivi es. PLC IO-Controller Il programma applicativo accede ai dati di processo tramite l immagine del PLC Diagnostica Up/Download Programmazione dei dispositivi/pc: PROFINET IO-Supervisor Commissioning, diagnostica Ethernet Configurazione Dati di processo Allarmi Field Device IO-Device Lettura e scrittura I/O Diagnostica Status/Control Parametrizzazione PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 5 PROFINET IO: scambio dati tra controller e device Tra l IO-Controller and IO-Device esiste relazione Si possono scambiare diversi tipi di dati: configurazione, dati di processo e allarmi Lo scambio dati non deve essere simmetrico NON è un master slave! Canale Standard Configurazione Canale Real-Time Dati di processo Canale Real-Time Allarmi Record data CR IO data CR IO-Controller Alarm CR IO-Device AR PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 6-030 6595111 - profinet@csmt.it 3
PROFINET IO: Prestazioni dei diversi canali RTE Cl.2 Cl.3 RTE Cl.1 Non RTE 15% 100% 0.25...1.0 msec 10 msec IRT= isochronous real time (hardware) 100 msec RT= real time Cl. 1 t TCP, DCOM, IP, HTTP PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 7 PROFINET IO: Lo stack di comunicazione RT Doppio canale per i dati Componenti con funzionalità diverse convivono nella stessa rete 1 IT applications e.g. HTTP SNMP DHCP... 1 TCP/ UDP IP Standard data PROFINET applications Real-time data Real-time 2 RT R Canale TCP/IP standard Parametrizzazione dispositivi Dati diagnostici Inizializzazione collegamenti Negoziazione del canale di comunicazione 2 Canale Real-time RT Trasferimento hi-performance Dati ciclici Trasferimento su evento Ethernet Real-time switch ASIC 2 RT 3 IRT Real-time 3 Real-time channel IRT Trasferimento hi-performance Dati isocroni Jitter <1μsec PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 8-030 6595111 - profinet@csmt.it 4
PROFINET IO IRT (sincronizzato) per prestazioni sempre al vertice PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 9 PROFINET IO: Il ciclo Real-Time non sincronizzato Lo scambio dati in PROFINET IO avviene su base ripetitiva (ciclico) La durata del ciclo di scambio dati PROFINET IO può essere impostata secondo diversi criteri. Esempio: Unica per tutta la rete (tutti gli IO-Device usano lo stesso tempo) Specifica per ogni IO-Device In PROFINET IO RT non sincronizzato, l inizio del ciclo non è univoco in tutti i dispositivi. Ogni dispositivo calcola il tempo di ciclo con il suo quarzo. IO-Contr IO-Dev 4 IO-Dev 3 IO-Dev 2 IO-Dev 1 La fase temporale tra due dispositivi non è costante! SendClock IO-Dev 1 Tempo PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 10-030 6595111 - profinet@csmt.it 5
PROFINET IO IRT: Real-Time Ethernet isocrono Separazione nel tempo del traffico a priorità maggiore nel tempo I dati critici usano un canale separato nel tempo. E ancora possibile usare la comunicazione i standard d basata su IP. IRT channel Open channel (TCP/IP) IRT channel Open channel (TCP/IP) Cycle 1 Cycle 2 Cycle n E.g. 1 ms position control cycle Synchronization Deterministic communication IRT data Open communication TCP/IP data PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 11 PROFINET IO: switch con funzionalità per motion control IRT IRT RT IRT RT IRT IRT RT IRT Phase RT Phase RT IRT IRT IRT IRT IRT RT RT IRT Phase RT Phase Sincronizzazione (IEEE1588 like) Caratteristiche: La sincronizzazione è necessaria affinché tutti sulla rete conoscano il momento di inizio del ciclo PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 12-030 6595111 - profinet@csmt.it 6
PROFINET IO IRT: Tabella di instradamento Per ogni switch di rete viene costruita una tabella con l elenco di tutti i messaggi da spedire/ricevere in un ciclo e il relativo tempo di scheduling Si tiene conto del ritardo di propagazione su cavo (lunghezza dei cavi) NB: nei normali switch esiste una tabella simile ma è basata sugli indirizzi Time Table 1 Rec. Arrive Fra Depar Dest. Port me ture Port 1 t1 1 t1+ t 4 1 t2 2 t2+ t 4 1 t3 3 t3+ t 2 2 - - - - 3*) - - - - 4 - - - - *) 100% disponibile per TCP/IP Port1 Controller 1 Por rt2 Por rt1 Por rt4 Frame 3 Port1 Frame 1 Frame 2 Frame 1 Port2 Port1 Port1 Frame 1 Frame 2 Frame 3 Device x Device y Device z PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 13 PROFINET IO: Integrazione con l infrastruttura esistente IRT IRT Sync master IRT IRT IRT IRT IRT network PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 14-030 6595111 - profinet@csmt.it 7
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 Fieldbus Integration: gestione trasparente dell integrazione con dispostivi basati su bus di campo tradizionali PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 15 PROFINET IO: 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 VLAN*) Ethertype FrameID Data Trailer 8 Octets Octets 6 Octets 4 Octets 2 Octets 2 Octets 4 Octets Bridge delay minimo = 28 Ottetti Preamble DA SA VLAN*) Ethertype FrameID Data Trailer Octets 6 Octets 6 Octets 4 Octets 2 Octets 2 Octets 4 Octets 2 FID Fast Forwarding ottimizzato = 8 Ottetti PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 16-030 6595111 - profinet@csmt.it 8
PROFINET IO IRT: Considerazioni sulla topologia PROFINET utilizza messaggi di I/O distinti per ogni device Efficiente per le topologie miste stella/lineari (95% degli impianti) Vantag ggio PROFINET Fonte: init Lippe University 80% 40% 0% 0 50 100 150 200 250 300-40% -80% Dati per device [Byte] E per le topologie solo lineari?... PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 17 PROFINET IO IRT: Scheduling della comunicazione Nelle topologie lineari l ordine di invio dei pacchetti è importante Il frame per l ultima stazione viene inviato per primo Naturalmente la topologia deve essere fissa Frame 1 Frame 2 Frame 3 t Frame 4 PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 18-030 6595111 - profinet@csmt.it 9
PROFINET IO IRT: Utilizzo ottimizzato della banda Spedizione e ricezione simultanea in modalità full duplex Lo scheduling è indipendente nelle due direzioni Performance migliori del polling Frame 1 Frame 2 Frame 3 t Frame 4 PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 19 PROFINET IO: Dynamic Frame Packing Condizioni Comunicazione sincronizzata (Conformance Class C) Frame dati di tipo RT_Class_3 Supporto del Fast Forwarding Conoscenza della topologia Principio 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? PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 20-030 6595111 - profinet@csmt.it 10
PROFINET IO: Dynamic Frame Packing dati di uscita I datagrammi di uscita per tutti i device sono compattati in un unico frame IOC conosce la topologia T A1 A2 A3 H T A2 A3 H T A3 H A1 A2 A3 H T Telegram header Trailer Dev 1 Dev 2 Dev 3 T A1 A2 A3 H = struttura dei sub frame PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 21 PROFINET IO IRT: Dynamic Frame Packing Introdotto dalla versione V2.3 Ottimizza l efficienza di trasporto delle topologie lineari I dati di vari device vengono incapsulati in un singolo frame Controller Device 1 Device 2 Device 3 t propag. Direzione uscita t frame PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 22-030 6595111 - profinet@csmt.it 11
PROFINET IO: Dynamic Frame Packing dati di ingresso La trasmissione inizia simultaneamente I datagrammi di ingresso di tutti i device sono aggregati in un unico frame durante il percorso Lo scheduling è caricato nei device durante lo startup IOC conosce la topologia H E1 E2 E3 T E1 H E2 E3 T E2 H E3 T E3 H T Telegram header Trailer Dev 1 Dev 2 Dev 3 PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 23 PROFINET IO IRT: Dynamic Frame Packing Ogni datagramma è protetto da un checksum a 16bit Direzione ingresso PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 24-030 6595111 - profinet@csmt.it 12
PROFINET IO: Fragmentation Frammentazione è necessaria solo per tempi di ciclo inferiori a 250 µs In quel caso, i telegrammi non PROFINET da trasmettere nella fase Open potrebbero dover essere spezzati in pacchetti più piccoli e riassemblati a destinazione Tempo di ciclo (SendClock) Open interval Lunghezza Frame 125 µs > 51 µs 504 Lunghezza raccomandata frammenti 93,75 µs > 41 µs 376 62,5 µs > 35 µs 304 62,5 µs > 31 µs 256 31,25 µs > 20 µs 192 31,25 µs > 15 µs 128 256 Il più piccolo ciclo dura 31,25µs 128 PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 25 Ridondanza in PROFINET IO PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 26-030 6595111 - profinet@csmt.it 13
PROFINET IO: Ridondanza a basso livello La ridondanza (livello 2) in PROFINET viene usata per aumentare la disponibilità dell impianto La struttura per realizzare la ridondanza in PROFINET è l anello (ring) Con la struttura ad anello, ogni dispositivo può essere raggiunto con due percorsi differenti L anello può essere agevolmente creato a partire da una topologia lineare semplicemente aggiungendo un link Nelle reti Ethernet però non è sufficiente aggiungere il link, bisogna anche introdurre la figura del redundancy manager (RM) che si assicura che frame multicast non ricircolino all infinito PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 27 PROFINET IO: funzionamento MRP (Media Redundancy Protocol) PROFINET per default usa l MRP Il tempo massimo per il switchover è 200 ms Attraverso il protocollo LLDP ogni stazione conosce i suoi vicini e sa se la ridondanza è attivata Porte ridondate Sorgente Station 1 Managed I dati di processo viaggiano solo sul percorso selezionato dall RM Stazione 2 Stazione 3 Process Data Stazione 8 Stazione 7 L RM verifica l integrità dell anello inviando dei test frame Test Frame Stazione 4 Stazione 6 Redundnacy manager Stazione 5 Destinazione PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 28-030 6595111 - profinet@csmt.it 14
PROFINET IO: Ridondanza a livello di sistema Basta ridondare la connessione logica (AR) La rete può essere realizzata in modo arbitrario Collegamenti multipli alla stessa rete Rete ridondata (es. due reti separate) PNIO- Controller Host /Controller Link non è parte delle specifiche PROFINET PNIO- Controller PROFINET IO network 2 connessioni logiche PNIO-Device PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 29 PROFINET IO: Ridondanza a livello di sistema NAP: Network Access Point NAP S1: NAP singolo con una AR per ogni relazione System-Redundancy (1 totali) NAP S2: NAP singolo con due AR per ogni relazione System-Redundancy (2 totali) NAP R1: NAP ridondato con una AR per ogni relazione System-Redundancy (2 totali) NAP R2: NAP ridondato con due AR per ogni relazione System-Redundancy (4 totali) PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 30-030 6595111 - profinet@csmt.it 15
PROFINET IO: Ridondanza con NAP singolo NAP S2: ridondanza a livello software interno all IO-Device SRL: System Redundancy Layer (nell IO-Device) PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 31 PROFINET IO: Ridondanza con NAP ridondato NAP R1: una AR per ogni accesso alla rete PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 32-030 6595111 - profinet@csmt.it 16
PROFINET IO: Ridondanza con NAP ridondato NAP R2: due AR per ogni accesso alla rete PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 33 Configuration in Run per PROFINET IO PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 34-030 6595111 - profinet@csmt.it 17
PROFINET IO: Configuration in Run - CiR Cambiare la configurazione ad un dispositivo senza fermare la rete Si basa sulla realizzazione di una connessione secondaria (CiR-AR) mentre la primaria continua ad esistere Completato l avvio e la configurazione della relazione alternativa, l IO-Controller commuta Successivamente la connessione originaria può essere eliminata PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 35 PROFINET IO: Ridondanza e CiR La logica CiR è utile per i sistemi ridondati Configuro un IO-Controller mentre lavoro con l altro Il meccanismo è uguale a prima solo che le due AR sono verso due IO-Controller diversi PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 36-030 6595111 - profinet@csmt.it 18
Esempio performance PROFINET IO RT (non sincronizzato) in una rete di grandi dimensioni PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 37 La rete sotto test 1 2 3 4 IO-Device IO-Controller 11 5 10 9 8 7 6 11 con redundancy ring (MRP) 115 IO- Device (circa 1000 I/O, 30 azionamenti etc. etc.) 1 IO-Controller 30% di traffico PROFINET IO RT (heavy loaded network!) PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 38-030 6595111 - profinet@csmt.it 19
Architettura complessa Architettura mista stella, festone e anello Stelle Anello 1 2 3 4 11 5 10 9 8 7 6 Festoni PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 39 Dispositivi multivendor Dispositivi IO-Device di costruttori e modelli diversi Anonimato per i produttori Nominal PROFINET IO-Device cycle time Payload Instances T DE [ms] [Byte In/Out] A 2 40/40 23 B 2 40/40 29 C 2 40/40 10 D 128 40/40 11 E 2 179/83 8 F 2 40/40 7 G 4 40/40 27 S (switch) - - 11 IO modulari Azionamenti Encoder HMI Avvitatori Valvole Azionamenti PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 40-030 6595111 - profinet@csmt.it 20
Come realizzare la misura Il traffico è diretto da e verso il PLC tutti i dispostivi parlano con il PLC il PLC comunica con tutti Traffico unicast PROFINET IO usa messaggi unicast visibili solo sul link interessato Soluzione: TAP Ethernet in serie all IO-Controller Copia il traffico e lo invia IO-Controller ad un PC che lo registra Timestamp accurato assegnato ad ogni pacchetto (risoluzione 5 ns) 11 Tap 1 2 Monitor Station PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 41 Implementazione pratica PLC PC monitor TAP PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 42-030 6595111 - profinet@csmt.it 21
Analisi del traffico Quasi totalità traffico profinet (>27 Mbit/s per direzione) presente TCP visibile traffico di sincronizzazione (PTCP): non utilizzato PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 43 Analisi del traffico Dimensione dei pacchetti la minima possibile rete molto caricata molti pacchetti da smistare ogni secondo PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 44-030 6595111 - profinet@csmt.it 22
Analisi della ripetitività temporale Sistema di riferimento temporale univoco: timestamp del TAP Calcoliamo il tempo di ciclo reale Variazioni rispetto a quello impostato Metriche: Deviazione standard Jitter: massima variazione (Valore max - Valore min) Analisi di tutti i dispostivi, raggruppati per modello PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 45 Analisi della ripetitività temporale dell IO-Controller Due dispostivi dello stesso modello IO-C to IO D Average T DE [μs] Std. Dev. T DE [μs] Jitter [μs] A-1 1999.995 0.318 27.840 A-2 1999.995 0.383 32.640 B-1 1999.995 0.374 32.640 C-1 1999.995 0.777 84.320 C-2 1999.995 0.614 81.465 D-1 127999.7 0.6 13.4 E-1 1999.995 0.361 27.840 E-2 1999.996 5.714 27.520 F-1 1999.995 0.382 32.640 F-2 1999.995 0.344 27.840 G-1 3999.991 0.268 23.280 G-2 3999.991 0.424 27.840 Max 6 μs Max 100 μs PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 46-030 6595111 - profinet@csmt.it 23
Analisi della ripetitività temporale degli IO-Device Due dispostivi dello stesso modello IO-D to IOC Average T DE [μs ] Std. Dev. T DE [μs] Jitter [μs] A-1 1999.999 22.069 214.085 A-2 2000.004 53.520 276.965 B-1 2002.342 43.049 595.125 C-1 2000.016 31.832 231.440 C-2 2000.000 29.055 214.165 D-1 128009.4 3995.6 10591.8 E-1 1999.995 30.038 499.770 E-2 1999.990 49.361 563.290 F-1 1999.915 32.436 271.440 F-2 1999.922 14.834 118.640 G-1 4005.276 26.963 258.165 G-2 4005.288 25.619 266.000 Max 50 μs Max 0.6 ms PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 47 Analisi della ripetitività temporale degli IO-Device HMI IO-D to IOC Average T DE [μs ] Std. Dev. T DE [μs] Jitter [μs] A-1 1999.999 22.069 214.085 A-2 2000.004 53.520 276.965 B-1 2002.342 43.049 595.125 C-1 2000.016 31.832 231.440 C-2 2000.000 29.055 214.165 D-1 128009.4 3995.6 10591.8 E-1 1999.995 30.038 499.770 E-2 1999.990 49.361 563.290 F-1 1999.915 32.436 271.440 F-2 1999.922 14.834 118.640 G-1 4005.276 26.963 258.165 G-2 4005.288 25.619 266.000 Implementazione totalmente software PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 48-030 6595111 - profinet@csmt.it 24
Analisi della variabilità introdotta dalla rete La variabilità associata agli IO-Device dipende anche dal fatto che il traffico deve attraversare la rete. Dispositivi più distanti hanno variabilità maggiori Samples 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Dispositivo vicino (F-1) 1000 270 μs 590 μs Samples 1400 1200 800 600 400 Dispositivo lontano (B-1) 500 200 0 1.85 1.9 1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.2 TDE [ms] 0 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 TDE [ms] PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 49 Analisi della performance L IO-Controller è in grado di sostenere un traffico elevato con un una ripetibilità estremamente spinta (6 μs) La rete introduce una variabilità limitata sul traffico. Il massimo jitter misurato è stato di 0.6 ms. La soluzione PROFINET IO RT (non sincronizzato) è in grado di fornire prestazioni ottime anche in reti complesse. Rif. Bibliografici P. Ferrari, A. Flammini, F. Venturini, A. Augelli, "Large PROFINET IO RT networks for factory automation: a case study", Proceedings of the 16th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation. ETFA2011, Toulouse, France, September 5-10, 2011, pp. 1-4, IEEE catalog number: CFP11ETF-USB, ISBN: 978-1-4577-0016-3, 978-1-4577-0018-7/11. PROFIBUS & PROFINET Competence PROFIBUS Center & 2011 PROFINET Università Competence Brescia - CSMT Center Gestione 2012 Università Scarl Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 50-030 6595111 - profinet@csmt.it 25
Integrazione di altri bus di campo in PROFINET IO PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 51 PROFINET estende l integrazione Integrazione con gli altri bus di campo grazie alla tecnologia Proxy Integrazione trasparente senza necessità di programmazione Ancora una volta protezione degli investimenti! PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 52-030 6595111 - profinet@csmt.it 26
PROFINET IO: L obiettivo è il proxy universale Concetto di Proxy universale e customizzabile IO-Controller 5 4 Connect: Combinazione di I/O Write: Parametri utente 6 7 Tool di configurazione del controller Tool di configurazione del proxy GSD 3 Scambio dati con un qualunque bus di campo 1 2 Qualunque linguaggio di descrizione PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 53 PROFINET IO per l automazione di processo Scambio dati a tutti i livelli della fabbrica DCS ERP MES Ethernet backbone PROFIBUS DP 1 2 3 4 5 6 7 8 PROFIBUS PA PROFINET PROXY 16 1 2 3 4 5 HART 6 7 8 16 PROFINET 1 2 3 4 FF H1 5 6 7 8 16 PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 54-030 6595111 - profinet@csmt.it 27
Conclusioni PROFINET è una tecnologia aperta Scalabilità di prodotti e soluzioni Coesistenza piena con qualunque applicazione TCP/IP Prestazioni ai massimi livelli Ridondanza per aumentare la disponibilità Wireless per le soluzioni flessibili e innovative PROFIenergy per il risparmio ed l efficienza energetica PROFIsafe per la sicurezza Leader del mercato PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 55 Centro di Competenza : Contatti Email supporto: profinet@csmt.it Segreteria CSMT con riferimento a: Sig.na Roberta Codenotti Tel.: 030 3384030 E-mail: profilab@csmt.it I contatti tecnici vengono tenuti da: Prof. Paolo Ferrari Tel.: 030 3715445 E-mail: paolo.ferrari@ing.unibs.it Dr. Ing. Francesco Venturini, PhD Tel.: 030 3715606 E-mail: francesco.venturini@ing.unibs.it PROFIBUS & PROFINET Competence Center 2012 Università Brescia - CSMT Gestione Scarl Paolo Ferrari 56-030 6595111 - profinet@csmt.it 28