Design- und Implementierungsleitfaden für den Einsatz von Integrated Motion on EtherNet/IP

Leitlinien

Wie lassen sich Echtzeitanwendungen über ein nicht deterministisches Netzwerk wie EtherNet/IP realisieren?

• Jedes zeitkritische Gerät verfügt über seine eigene interne Uhr mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich

• Diese Uhren werden im Sekundentakt über das Netzwerk synchronisiert und mit einer Masteruhr abgestimmt

• Dieser Aktualisierungsmechanismus ist als CIP Sync bekannt und Bestandteil der Zeitsynchronisierungsanforderungen der Norm IEEE 1588-2008

• CIP Sync ist dafür ausgelegt, Echtzeitlatenzen im Netzwerk auszugleichen, indem die Geräte über eine Masteruhr angepasst werden

Wie kann eine Achssteuerung über Standard-EtherNet/IP erzielt werden?

• Die Uhren in den Servoantrieben werden über CIP Sync mit der Masteruhr abgestimmt

• Ein Datenpaket wird, noch bevor dieses benötigt wird, an jeden Antrieb gesendet, sodass der Antrieb dieses bei Bedarf empfangen und ausführen kann– Stellen Sie sich diese Pakete als „Meeting-Einladungen“ mit einer

Ort- und einer Zeitangabe vor, welche die Hauptkoordinaten für Position und Zeitstempel für die jeweilige Achse repräsentieren

– Diese Daten können beliebig je nach Netzwerkbelastung von den Antrieben empfangen werden; da die Daten jedoch stets vorab gesendet werden, erreichen die Achsen ihre koordinierten Positionen genau zur vorgegebenen Zeit

• Darüber hinaus interpoliert der Antrieb seine Position zwischen diesen Punkten, um eine hohe Laufruhe zu erreichen

ÜberblickDie Vorteile der Vernetzung von Maschinen, Ausrüstung und Fertigungsstraßen sind weithin bekannt, jedoch hat die Art der Vernetzung einige komplexe Szenarien hervorgebracht.

Für die Achssteuerung ist eine Synchronisierung des Netzwerks in Echtzeit unerlässlich, doch Sie benötigen nicht unbedingt einen Managed Switch mit Quality of Service (QoS) und CIP Sync an jeder Maschine. Bei der Verknüpfung mehrer Automatisierungszellen oder Maschinen muss aber ein Managed Switch mit QoS und CIP Sync verwendet werden.

Dieser Leitfaden soll dabei helfen, die Anforderungen der Anwendung mit den verschiedenen Netzwerkkomponenten abzustimmen.*

* Einen ausführlicheren Leitfaden fi nden Sie in den Kapiteln 8 und 9 der Publikation „Converged Plantwide EtherNet/IP (CPwE) Design and Implementation Guide“:http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/td/enet-td001_-en-p.pdf

Was kann dazu führen, dass diese zeitkritischen Geräte nicht mehr synchron laufen und damit die Genauigkeit der Achssteuerung beeinträchtigen?

• Jeder Datenverkehr, der die präzise Auslieferung der CIP Sync-Nachrichten unterbricht, wie:

– Unerwarteter Netzwerkverkehr ohne ordnungsgemäße Priorisierung

– Broadcast-Datenverkehr ohne ordnungsgemäße Priorisierung

– Durch die Verwendung von Unmanaged Switches verursachte Schleifen (die zu einem Systemfehler oder Produktionsstopp führen könnten)

Wie lassen sich diese Störungen minimieren und damit verbundene Risiken vermeiden?

• Verwenden Sie Managed Switches mit QoS und CIP Sync, sofern dies wirtschaftlich vertretbar ist

• Schließen Sie zeitkritische Geräte mit integrierten Switches direkt an der Steuerung an

• Schützen Sie in Fertigungszellen verwendete Unmanaged Switches mit Managed Switches, wenn sie in ein umfangreicheres Netzwerk eingebunden sind

Enterprise-wideBusiness Systems

Remote Process SkidStand-alone/Distributed

Levels 4 & 5 – Data CenterEnterprise Zone

HART, Foundation Fieldbus, Profibus PA

HART, Foundation Fieldbus, Profibus PA

HART, Foundation Fieldbus, Profibus PA

Level 3.5 – IDMZ

Level 3 – Site OperationsIndustrial Zone

Levels 0-2Cell/Area Zones

Plant-wideSite-wide

Operation SystemsPhysical or Virtualized Servers• Process Automation System• FactoryTalk Application Servers & Services Platform• Network Services – e.g. DNS, AD, DHCP, AAA• Remote Access Server (RAS)• Call Manager• Storage Array

Section 1 Section 2 Section N

CIP/MMSGateway

IEC 61850

MMS Reporting

ModuleStatus

NetworkActivity

NetworkStatus

1734-AENT

Point BusStatus

SystemPower

FieldPower

Local Process Skid Stand-alone/Distributed

ModuleStatus

NetworkActivity

NetworkStatus

1734-AENT

Point BusStatus

SystemPower

FieldPower

Process Automation System

Site-to-SiteConnection

Electrical Distribution System

Power Control RoomMCC Sections

Switchgear, Substation, E-House, Co-Gen

FORCE

EtherNet/IP™ EtherNet/IP™

FORCE

EtherNet/IP™ EtherNet/IP™

FORCE

EtherNet/IP™ EtherNet/IP™

Referenzarchitektur

Leitlinien (Forts.)

Allgemeine Leitlinien für EtherNet/IP-Produkte mit Einzelanschluss:• Stratix 2000™ für eigenständige Maschinen• Stratix 5700™ (mit QoS und CIP Sync) für Netzwerkmaschinen

AnySwitch

Stratix5700Full w/CIP Sync

Stratix2000

SingleSwitch;

NoCascading

Allgemeine Leitlinien für Geräte, die mit einem integrierten EtherNet/IP-Switch ausgestattet sind:• Schließen Sie diese Geräte nach Möglichkeit direkt an der

Steuerung an, ohne einen zwischengeschalteten Switch zu verwenden

• Platzieren Sie alle Switches ohne CIP Sync hinter den integrierten Switches

• Verwenden Sie als Verbindung zwischen der Steuerung und zeitkritischen Geräten einen Switch mit CIP Sync

• Schließen Sie alle anderen Datenverkehrstypen an den roten Pfeilpunkten oder den Switches an

Design-Leitlinien

Drives and Motion Accelerator ToolkitDas DMAT bietet Ihnen Werkzeuge, die Sie bei sämtlichen Entwicklungs-aufgaben unterstützen: von der Auswahl der Komponenten und der Erstellung von Plänen, über das Schreiben von Code, Auslegen der Bildschirme der Bedienerschnittstelle (HMI), Inbetriebnehmen einer Maschine bis hin zur Fehlerbehebung.

Integrated Architecture® BuilderIAB ist ein Werkzeug zum Konfi gurieren Ihrer Logix-basierten Automatisierungssysteme, zum Auswählen der Hardware und zum Generieren von Materiallisten für Anwendungen, die Steuerungen, E/A, Netzwerke, Antriebe, Verkabelung und Verdrahtung, Achssteuerung und andere Geräte umfassen.

Publication IASIMP-SP017B-EN-C, May 2012Copyright ©2012 Rockwell Automation, Inc.

All Rights Reserved. Printed in USA.

Drives and Motion Accelerator ToolkitComplete Design Tools

Publikation ENET-WP035A-DE-P – April 2015 Copyright © 2015 Rockwell Automation, Inc. Alle Rechte vorbehalten. Printed in USA.

Hauptverwaltung für Antriebs-, Steuerungs- und InformationslösungenAmerika: Rockwell Automation, 1201 South Second Street, Milwaukee, WI 53204 USA, Tel: +1 414 382 2000, Fax: +1 414 382 4444Europa/Naher Osten/Afrika: Rockwell Automation NV, Pegasus Park, De Kleetlaan 12a, 1831 Diegem, Belgien, Tel: +32 2 663 0600, Fax: +32 2 663 0640 Asien/Australien/Pazifi raum: Rockwell Automation, Level 14, Core F, Cyberport 3, 100 Cyberport Road, Hong Kong, China, Tel: +852 2887 4788, Fax: +852 2508 1846

Deutschland: Rockwell Automation GmbH, Parsevalstraße 11, 40468 Düsseldorf, Tel: +49 (0)211 41553 0, Fax: +49 (0)211 41553 121Schweiz: Rockwell Automation AG, Industriestrasse 20, CH-5001 Aarau, Tel: +41(62) 889 77 77, Fax: +41(62) 889 77 11, Customer Service – Tel: 0848 000 277Österreich: Rockwell Automation, Kotzinastraße 9, A-4030 Linz, Tel: +43 (0)732 38 909 0, Fax: +43 (0)732 38 909 61

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Rockwell Automation, Inc. (NYSE: ROK) ist der weltweit größte, spezialisierte Hersteller von Automatisierungs- und Informationslösungen für die industrielle Produktion. Ziel von Rockwell Automation ist es, die Produktivität seiner Kunden zu steigern. Darüber hinaus verpfl ichtet sich das Unternehmen zur Nachhaltigkeit. Unsere führenden Produktmarken Allen-Bradley® und Rockwell Software® sind auf der ganzen Welt für Innovation und Spitzenleistung bekannt.

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