VDMA Info Ethernet 09.Febr. 2004 Status PROFInet · Status Migration Netzwerke Leistungsdaten Projektierung Protokolle Diagnose Security Innovationskraft Über 400 Mitarbeiter weltweit

© PROFIBUSNutzerorganisation 1

VDMA InfoEthernet 09.Febr. 2004

Status

Migration

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Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Der AutomatisierungsstandardDer AutomatisierungsstandardDer Automatisierungsstandard

PROFInetPROFInetPROFInet

VDMA AK „Anwendung Ethernet“, INCOM-AK ETHERNET 2004-02-09



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PROFIBUS International (PI)

PROFIBUS Test Laboratories

Regional PROFIBUS Associations

PROFIBUS Competence

Center

Technologies

Fieldbus basedAutomation Technology

Ethernet basedAutomation Technology

Proxy Technology

PROFIBUS International –Zwei Produktlinien unter einem Dach



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Innovationskraft

Über 400 Mitarbeiter weltweitin nahezu 50 Arbeitskreisen:Diese Innovationskraft sichert die technologische Zukunft von PROFIBUS und PROFInet

! jedes Jahr kommen neue Working Groups dazu

WG 1Factory AutomationThomas Schott

WG 2Process AutomationChristian Tepper

WG 3Standardization StrategyPeter Wenzel

WG 4PROFInetRalph Büsgen

WG 5PROFIdriveWalter Möller-Nehring

WG 6PROFIsafeRainer Kremp

WG 7Research & EducationKlaus-Peter Willems

WG 8PROFIBUS SEMIRudolf Bünger

WG 1Procedures, Quality Managem.Manfred Patz

WG 2PROFIBUS PA CertificationDennis van Booma

WG 3PROFIBUS DP Slave CertificationArne Neumann

WG 4PROFIBUS DP Master CertificationKarl Weber

WG 5PROFInet CertificationManfred Popp

WG 6PCCMax Felser

WG 7PROFIsafe CertificationManfred Popp

WG 8PROFIdrive CertificationKlaus Götz

TC 1Test and Certification

Manfred Patz

WG 1Network ComponentsManfred Flach

WG 2Fiber OpticsHermann Loske

WG 3Data Link & Application LayerThorsten Szczepanski

WG 4Communication Function BlocksHans-Peter Otto

WG 5PROFInet CoreNorbert Bechstein

WG 6ElectromechanicsAndreas Huhmann

WG 7Intrinsic SafetyGerhard Hammer

WG 8Network Management PROFInetAndreas Köpke

TC 2

Peter Neumann

WG 1Robot and Numerical Controls

WG 2Display & Panel Devices

WG 3PROFIBUS PA Profile

Christian Diedrich

WG 4EncoderSteffen Bielski

WG 5Safety Profile

Herbert Barthel

WG 6PROFIdriveMichael Franke

WG 7Fluid Power/Hydraulics

Mario Thron

WG 8Semi-DevicesRudi Bünger

WG 9Identification Systems

Thomas Bangemann

WG 10Weighing & Dosage DevicesThomas Bangemann

WG 11Intelligent Pumps

WG 12Low Voltage Switch Gearand Electric TransducersKarl Hiereth

WG 13Remote I/O for Process Control

Martin Wollschlaeger

WG 14PROFInet I/O IntegrationGerhard Schweigert

WG 15Master Profiles

Wolf-D. Zabel

WG 16PROFIpointReinhard Schlagenhaufer

WG 17Lab Devices

Christian Diedrich

WG 18PROFInet SecurityFranz Köbinger

WG 19Train Applications

Renner

TC 3

WG 1Device Description LanguageIngo Weber

WG 2GSD SpecificationAndreas Macher

WG 3EngineeringAxel Lohbeck

WG 4DCS RequirementsLudwig Winkel

WG 5Web Integration PROFInetJoachim Feld

WG6XML@PROFIBUSMartin Wollschlaeger

TC 4System Integration

Peter Wendt

TC 5Marketing

Thomas SchottCommunication Profiles Application Profiles

Wolfgang Stripf

Advisory Board



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Security

Core Team – PROFInet

Webintegration

PROFInet I/O

Network manage-

ment

PROFInetcertification

SecurityDevice

description

Connectiontechnology PROFIsafe

PROFIdrive

! Die PROFInet Architektur erarbeiten in der PNO 10 Arbeitskreise mit 70 Mitarbeitern aus 50 Firmen

PROFInet – Arbeitskreise



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PROFInetPROFInet

Runtime Software

Unterstützung durch Competence Center

Qualitätssicherungund Zertifizierung

Spezifikation

Das PROFInet- Leistungsangebot

! Die PNO garantiert höchste Qualität undInteroperabilität der PROFInet-Produkte



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Security

Vertrauen durch Standards unddurch Standards zum Erfolg

" Die PNO gestaltet aktiv die Internationale Standardisierung in allen wichtigen Gremien wie CENELEC, IEC, IEEE, ISO, ...

" Die wichtigsten Aktivitäten sind derzeit für PROFInet:" Installation Guide" Realtime Ethernet" Safety " Security

PROFInet in der Standardisierung



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Security

Welches sind die Hauptanforderungen der Anwender an eine Ethernet Lösung?

" keine Einschränkungen zu TCP/IP-Standard und keine proprietären Lösungen (Offenheit)

" Aufwand muss an die jeweilige Anwendung anpassbar sein (skalierbare Leistung/Funktion)

" bestehenden Feldbus-Lösungen müssen in einen neuen Ethernet-Standard integrierbar sein (Investitions-Schutz)

Anwenderforderungen



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Security

Zwei Welten – eine gemeinsame Zukunft

InterbusPROFIBUS

PROFInet



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Security

Der Rohbau für PROFInet steht– wie geht‘s weiter?" Der Erfolg von PROFIBUS basiert auf der Breite der

verfügbaren Anwendungsprofile und dem hohen Qualitäts-Standard.

" Nachdem die Basistechnologie für PROFInet steht, geht es jetzt Schritt für Schritt um den Ausbau der Anwendungsbreite.

" Unser Ziel ist, die unter PROFIBUS verfügbaren Lösungen möglichst ohne Änderungen unter PROFInet verfügbar zu machen.

Kontinuität für die Anwender



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Security

Verfügbarkeit erster Produkte

Verfügbarkeit der Runtime-SW, Spezifikationen oder ASIC

2002 2003 2004 2005 2006 2007

PA

Applikations-Profile

RT-SW

RT-SW

Spez.

ASIC

In E

ntw

ickl

ung

In P

lanu

ng

Safety

MC & IRT

IO & SRT

Komponenten Model

PROFInet Entwicklung – Funktionen und Termine



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Security

PROFInetPROFInetPROFInetWeitere Informationen: Weitere Informationen: wwwwww..profibusprofibus..comcom

Besuchen Sie uns auf der Hannovermesse 2004 Besuchen Sie uns auf der Hannovermesse 2004 PNOPNO--Stand: Halle 11 Stand A41 +A48 Stand: Halle 11 Stand A41 +A48

Forum: Halle 11 Stand C35Forum: Halle 11 Stand C35



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Security

PROFInet IO" PROFInet IO ist die optimale Ergänzung zum

PROFInet Komponentenmodell." Die PROFInet IO Spezifikation wurde im

September zum Review freigegeben." Pilotgeräte werden wir zur HM 2004 vorstellen

und der Liefereinsatz wird Mitte 2004 erwartet.



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Security

Realtime– der Schlüssel zum Ethernet Erfolg"Ethernet-Standard:

" nicht nur geeignet für Anforderungen der Fertigungs- Automatisierung

" sondern auch für High-End von Motion Control!"Kunden akzeptieren

" weder eine proprietäre Lösung" noch eine Lösung, die nicht voll kompatibel zum

IT- Standard ist!"Trotz aller Erfahrungen...

" ...es entstehen, wie zu alten �Feldbus- Zeiten� eine Vielzahl von individuellen Lösungen.



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Security

PROFInet IRT – wie geht‘s weiter?" Wir erwarten, dass das Profil PROFIdrive V3.1 unter

Verwendung von PROFInet bis April als Entwurf vorliegt und Mitte 2004 verabschiedet werden kann.

" Danach werden die Themen Engineering, Test und Zertifizierung fertiggestellt.

" Zur SPS/ IPC/ Drives 2004 werden die ersten Pilotgeräte von Motion Control Systemen auf Basis von PROFInet IRT vorgestellt.

" Ab Mitte 2005 ist Start der Vermarktung. Dann beginnt der Wettlauf am Markt mit der leistungs-fähigsten Lösung, die dazu noch ohne jede Einschränkung voll kompatibel zum IT- Standard ist.



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Security

Vorsprung durch eine leistungsfähige Technologie- Basis " Mit der Ankündigung von PROFInet wurde

die Entwicklung eines ASICs gestartet. " Für ein optimiertes Produktangebot bei Motion

Control wird diese Technologie- Basis ausgebaut:" ERTEC 400: ein 4-port Switch ASIC für leistungsfähige

MC- Controller und RT- fähige Switches. " ERTEC 200: ein 2-port Switch ASIC als Einstieg in die

IRT- Welt für Antriebe oder vergleichbare Geräte.



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Diagnose

Security

HM 2005Einsatz-

Erfahrungen der Pilot- Anwender

SPS/IPC/DrivesEntwicklung, Engineering,

Test/Zertifizieren

0606 08

20030804 10 0212 04

200410 1202 06 0802 04

2005

HM 2003Ankündigung

IRT-Technologie

HM 2004Umsetzungs-Konzept IRT

für MC

SPS/IPC/DrivesZiele IRT für

Motion Control

KonzeptIRT

ERTEC400 AK PN IO IRT

PROFIdrive/ MC Test & Zertifizieren

Engineeringad hoc AK MC

AK PN IO SRT

10 12

Zeitplan PROFInet IRT

ERTEC200

Muster SerieMuster Serie

SPS/IPC/DrivesVermarktungs-

Phase



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Security

Fragen zur Migration

Schnittstelle zwischen Ethernet und FeldbusKann sich der Anwender auf eine gemeinsame Schnittstelle zwischen Ethernet und den gängigen Feldbussystemen einstellen?

LeittechnikWie können leittechnische Anlagen auch über Ethernet realisiert werden?

Weiterentwicklung in kommenden 2 JahrenWie werden die bestehenden Ethernet-Lösungen in den kommenden zwei Jahren weiterentwickelt, um die Anbindung von Ethernet an die bestehende Automatisierungslandschaft im Sinne der Anwender weiterzuentwickeln?

IT-IntegrationWie können Daten von der Fertigung aus direkt im IT-System abgerufen werden?

Autor der Fragen: Herr Früauf, VDMA



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Security

IT-Integration PROFInet

PROFInet ermöglicht die durchgängige Ethernetlösung● PROFInet vereint IT- und Automatisierungswelt● Ermöglicht Real-Time-Subdomänen und gleichzeitig größere Netze● Erweitert Ethernet unter Beibehaltung seiner Eigenschaften● Physik, Übertragungsverfahren und Telegramm konform zu IEEE 802● Netzzugriff an beliebiger Stelle möglich● Vertikale Kommunikation ohne Gateway bis zum Feldgerät



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Security

Systemkonzept PROFInet

PROFInet ein System● Durchgängige Ethernet-Kommunikation● Integration dezentraler Feldgeräte über Proxy● Integration dezentraler Feldgeräte auf Ethernet● Integration anderer Systemwelten mit OPC-DX

Controller mit dezentralenGeräten an PROFIBUS

Intelligentes Feldgerät an

Ethernet

Controller mit dezentralen Geräten an Ethernet

PROFIBUS

PROFInet-Kommunikation

Ethernet

PROFInetKomponente

PROFInetKomponente

DezentraleGeräte

DezentraleGeräte



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Security

Integration der Feldbusse in PROFInet

Ethernet-Seite:● Verschaltungsetablierung● Stellvertreter der PROFIBUS-

Teilnehmer auf Ethernet

PROFIBUS-Seite:● Zyklischer Datenaustausch

zwischen DP-Master und DP-Slaves

Der Proxy ist Stellvertreter für die PROFIBUS-Geräte am Ethernet

Spülen Füllen

PROFIBUS-DP

SlaveDaten

SlaveDaten

Verschließen

Spülen

DP-Master

PROFInet

Füllen

Ethernet



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Security

Fragen zur Netzstruktur

- RedundanzDie häufigste Fehlerursache beim ETHERNET sind physikalische Fehler. Eine Verdopplung der Netzwerkkomponenten (doppelte Netze, Rechner, Hubs, Switches, Kabel, Stromversorgungen usw.) erlauben z.B. durch Mehrwegausbreitungen eine Redundanz.

- SwitchesDurch Einsatz einer durchgängigen Netzstruktur mit Switches (ohne Hubs usw.) können kollisionsfreie Vollduplexnetzebetrieben werden. In der Industrieanwendung sollten industrietaugliche Switches mit Redundanzmanager und Meldekontakten eingesetzt werden. Automatische Bitratenerkennung ist selbverständlich.

- Stecker und KabelKoaxialkabel � heute bedeutungslos. Anschluß der Rechner und Netzwerkkomponenten über Dropkabel (AUI / MAU-Anschluß, 15-poliger D-Sub ). Nur Halbduplexkommunikation möglich. Netzausdehnung max. 500 Meter. Nur 10 MbpsÜbertragungsgeschwindigkeit möglich. Twisted Pair � elektrisches Netz, bis 100m Ausdehnung. RJ45-Stecker kommt aus der Bürowelt.ETHERNET-Netze mit 10 bzw. 100 Mbps.ITP � Industrial Twisted Pair � RJ45-Stecker in Industrieausführung mit Zugentlastung und hoher Schutzart in den verschiedensten Ausführungen, nicht genormt, herstellerabhängig. FL � Fibre Optic � BFOC-Buchse mit ST-Stecker, genormt, in der Büro- und Industriewelt im Einsatz. Netzausdehnungen je nach Faser und Wellenlänge bis 2000 Meter ohne Verstärkung möglich.- Wunsch:Die Netzwerkstruktur muss die Echtzeitkommunikation in den Real- Time- Subdomänen realisieren und gleichzeitig größere Netze (Automobilbau bis zu 10000 Teilnehmer) unter Produktionsbedingungen sicher, diagnostizierbar und administrierbar gestalten. Alle bekannten Topologien (Ring, Stern, Linie) müssen dabei mit diesen Eigenschaften unterstützt werden.

- ÜberlastungEine Überlastung des ETHERNET ist möglich, wenna) eine Halbduplexkommunikation gewählt wurde, b) die Netzform 10 Base-5 oder 10 Base-2 gewählt wurde (Netzlast max. 5%).Im Vollduplexbetrieb kann die Netzlast deutlich erhöht werden. Je nach Speichertiefe der eingesetzten Switches kann die Netzlast 60-80 % betragen.

Autor der Fragen: Herr Schafflick, Fa. Vahle



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Systemmerkmale PROFInet

PROFInet unterstützt die bekannten Topologien (Ring, Stern, Baum, Linie)● Typischerweise erfordert die Feldebene die Linie mit Abzweig● Das Netz kann sich optimal der Maschine anpassen● Redundante Ringstrukturen werden unterstützt

BD BD

PMD PMD

FD

FD

CD

Machine 1 Machine 2

Floor 1

Floor 2

OfficeSite

ProductionSite

FloorDistributor

BuildingDistributor

CampusDistributor

CD

PROFInetMachineDistributor

�IEC 11801/EN 50173 �Installation Guide PROFInet -> IEC SC 25, IEC SC 65



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Projektierung

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Security

Redundanz, Linientopologie

Ringstrukturen ermöglichen hoch verfügbare Netzstrukturen

Linienstrukturen minimieren den Verkabelungsaufwand im Feld



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Security

Switches

PROFInet nutzt durchgängig moderne Switching-Technologie● Stand der Technik in der Kommunikationswelt● Perspektiven für Weiterentwicklung● Vermeidung von Kollisionen● Quality of Service (Priorisierung der Real-Time-Telegramme) ● PROFInet ermöglicht Switchintegration ins Gerät

Linie

Stern

Ring



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Security

Stecker und Kabel

Übertragungstechnik Kupfer nach 8802-3Leitungen

▪ Twisted Pair nach IEC 11801/61156▪ Hybrid Variante für Daten+Energie

Stecker IP20▪ RJ45 Steckergesicht aus der Office-Welt▪ Feldkonfektionierbar

Stecker IP65▪ Steckergesicht kompatibel zur IP20-Variante▪ Hybrid Variante für Daten+Energie▪ M12 Rundstecker (4 polig)▪ Feldkonfektionierbar

Übertragungstechnik LWL nach IEC 8802-3▪ Glas-LWL nach IEC 60793, 60794, ▪ Kunststoff wird z.Z. untersucht▪ Push/ Pull- Stecker und Bajonet- Stecker



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Security

Fragen zu Leistungsdaten

- Übertragung von EchtzeitdatenWie determinieren Sie eine solche Übertragung über das von Ihnen favorisierte Übertragungsprotokoll?

- Zeitbilanz einer ModellübertragungWie stellt sich eine Zeitbilanz für eine Modellübertragung mit folgenden Anteilen dar: Wechsel des Signalpegels am Eingang eines I/O- Moduls Umsetzung auf Ethernet auf einem I/O-Modul (sog. Stackdurchlauf) Übertragung mit 100Mbit/s auf TP (twistet pair Kabel = verdrilltes Kupferkabel) zum Switch Latenzzeit im Switch Übertragung mit 100Mbit/s auf TP zu einem IPC (Industrie PC) Umsetzung auf Signale von Ethernet in das Format, indem z.B. eine Soft-SPS auf einem IPC eine Verarbeitung durchführen kann (standard / optimierte Stackdurchlaufzeit im IPC). Für einen SPS Zyklus würde diese Zeit doppelt und zusätzlich zur Zykluszeit zu berücksichtigen sein. Bitte geben Sie minimale , typische und maximale Werte an.

- Verbleibende Bandbreite für StandardprotokolleWelche Bandbreite (in %) würde für die Übertragung von Standardprotokollen (SNMP, FTP, ...) übrig bleiben?

- Einschränkungen bei Übertragung von StandardprotokollenWelche Einschränkungen würden durch die gleichzeitige Übertragung solcher Standardprotokolle entstehen (z.B. durch zusätzliche Wartezeit auf einen FTP Block im Switch)? - Abschätzen von KommunikationsverbindungenWie kann der Anwender komplexere Kommunikationsbeziehungen abschätzen bzw. berechnen?- JitterWelcher typische bzw. maximale Jitter kann eingehalten werden?

- Garantie der EchtzeitfähigkeitWie garantieren Sie die Echtzeitfähigkeit und den Determinismus. Gibt es standardisierte und zertifizierte Messverfahren?

- Laufende EntwicklungenWelche aktuellen und zukünftigen Entwicklungen laufen, um diese Kennwerte zu verbessern (z.B. Uhrensynchronisation, Entwicklung von ASIC�s ... )? Bitte geben Sie genauere Zeiträume für diese Entwicklungen an.

Autor der Fragen: Herr Dr. Ebert, KUKA



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Security

Leistungsklassen PROFInet

System mit skalierbarer Echtzeit und TCP/IP

● Durchgängiges Real-Time-Konzept● Skalierbar von performant bis taktsynchron● Uneingeschränkt offen für Standardprotokolle

TCP/IP

Real-Time

<1ms10ms100ms

Factory Automation Motion Control



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Security

Leistungsklassen PROFInet

Soft Real-Time

● Verzögerung der Datenübertragung in Grenzen akzeptierbar● Zeitbedingung muss im Mittel eingehalten werden● Anwendungsgebiet ist die Factory Automation

Isochrones Real-Time

● Verzögerung der Werte wird nicht toleriert● Zeitbedingung muss exakt eingehalten werden● Anwendungsgebiet ist Antriebsregelung bei Motion Control



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Security

Aufbau PROFInet Real-Time Telegramm

Standardisiertes Telegrammformat nach IEEE 802.3

Ethertype nach IEEE für PROFInet Real-Time Telegramme● 0x8892: PROFInet Real-Time Telegramm

Zuordnung der empfangenen Daten über die Frame-ID● Zyklische Übertragung (Prozesswerte)● Azyklische Übertragung (Alarme und Events)

Statusinformation● Geräte- und Datenstatus (z.B. Run, Stop, Störung)

Pre-ambel7 Byte

SourceMAC

6 Byte

Dest.MAC

6 Byte

PriorityTagging*4 Byte

FrameID

2 Byte

FCS

4 BytePrzessdaten

bis zu 1440 Byte

Sync

1 Byte

Ether-type

2 Byte

Ethernet Frame Status

Informationen

4 Byte

PROFInet-DatenEthernet-Header* nach 802.1 Q

Bitfolge10101010...



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Diagnose

Security

PROFInet mit Soft Real-Time

TCP/IP

Real-Time

<1ms10ms100ms

Soft Real-Time (SRT)


Soft Real-Time (SRT)

● SRT bietet vergleichbare Echtzeiteigenschaften wie PROFIBUS● Zykluszeiten sind im Bereich 5-10 ms realisierbar● Uneingeschränkt offen für Standardprotokolle



Status

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Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Architektur Soft Real-Time

Ethernet

TCP/UDP

Rea

l-Ti

me

PROFInet Anwendungen

1

IT-Anwen-dungenz.B.● HTTP● SNMP● DHCP...

2

Offener Kanal für TCP/UDP/IP

● Geräteparametrierung● Lesen von

Diagnosedaten● Aushandeln des

Kommunikations-kanals für Nutzdaten

Echtzeit Kanal SRT● Performante Übertragung● Zyklische Daten● Ereignisgesteuerte

Meldungen

1

2

Standard-Daten

Real-Time-Daten

IPSRT



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Verteilung der Aktualisierungszeiten

n

t

PROFInet (TCP/ IP)

PROFInet(SRT)

100 msec

10 msec

15% 100%



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Motion Control-Anforderungen

Anforderungen an Ethernet für Motion Control

● Determinismus● Taktsynchronität● Höchste Performance● Uneingeschränkter Netzzugang



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Motion Control-Anforderungen

TCP/IP

Real-Time

<1ms10ms100ms

Isochrones Real-Time (IRT)


Isochrones Real-Time (IRT)

● Echtzeiteigenschaften besser als heutige Spezialbusse● Zykluszeiten < 1 ms und Jitter < 1 µs realisierbar● Uneingeschränkt offen für Standardprotokolle



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Hardware-Unterstützung für Motion Control

Rea

ltim

e

2 SRT

Offener TCP/IP Kanal● Geräteparametrierung● Lesen von Diagnosedaten● Laden von Verschaltungen● Aushandeln des


Echtzeit Kanal SRT● Performante Übertragung● Zyklische Daten● Ereignisgesteuerte Meldungen

1

2

1

1

2

Offener Kanal für TCP/UDP/IP

● Geräteparametrierung● Lesen von Diagnosedaten● Aushandeln des


Echtzeit Kanal SRT● Performante Übertragung● Zyklische Daten● Ereignisgesteuerte Meldungen

Echtzeit Kanal IRT● Hoch-Performante Übertragung● Taktsynchrone Daten● Jitter <1µsec

Rea

ltim

e

3SRT IRT

Realtime

Realtime Switch ASIC

3

2

1

Ethernet

TCP /UDP

PROFInet AnwendungenIT-Anwen-dungenz.B.● HTTP● SNMP● DHCP... Standard-Daten Realtime-Daten

IP

Höchste Echtzeitanforderungen erfordern Hardwareunterstützung● Garantierter Determinismus der Echtzeitdaten



Status

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Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Key-Features der Switch-ASICs

Integrierte Switching-Funktionalität ersetzt externe Switches● wirtschaftliche Lösung bis hin zu einfachen Feldgeräten

Optimierte Switching-Funktionalität minimiert Durchleitezeit● kürzere Zykluszeiten bzw. größere Mengengerüste● Durchleitezeit für IRT ca. 3 µs

Unterstützung von Medienredundanz für Echtzeittelegramme erhöht Verfügbarkeit● Grundfunktionalität des ASICs

ASIC übernimmt komplette Kommunikationsverarbeitung für Real-Time● Entlastung des Hostsystems● Real-Time-Daten stehen der Applikation sofort zur Verfügung● Hardwaregestützte Konsistenzsicherung



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Enhanced Real-Time Ethernet Controller (ERTEC)

� ca. 38,00 �bei Abnahme 10.000 Stück

� ca. 19,00 �bei Abnahme 10.000 Stück

Preise

� Muster im Sept. 2004� Serie im Dez. 2004

� Muster in Mitte 2005� Serie in Ende 2005Liefereinsatz

� 0,15 µm Technologie� Gehäuse BGA 19x19

� 0,15 µm Technologie� Gehäuse BGA 19x19ASIC-

Technologie

� leistungsfähige MC- Controller

� Realtime Switche

� Einzel- Antriebe� vergleichbare FeldgeräteAnwendung

� PROFInet SRT+ IRT� IEEE 1588� ARM 9- Prozessor� 4-port-switch� ohne PHY� PCI- Interface

� PROFInet SRT+ IRT� IEEE 1588� ARM 9- Prozessor� 2-port-switch� mit PHY

Funktionalität

ERTEC 400ERTEC 200



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Anwendungsbeispiel modulare Maschine

BackboneBackbone

Motion-Controllermit ERTEC 400

Antriebmit ERTEC200

Maschinenmodul

HMI HMI HMI HMI HMI HMI HMI HMI

MC MC MC MC MC MC MC MC MC

... ... ... ... ... ... ... ... ...



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Konzept Isochrones Realtime Ethernet

Zyklussynchronisation für IRT● Löst das Problem kaskadierter Switches● Berücksichtigt alle Parameter der Strecke

LZ12 LZ23 LZ34

LZ25

LZ56

∆T2 ∆T3

∆T5

∆Tx: Durchleitezeit durch Switch x

Sync-Master

1 2 3 4

5 6 Jitter <1µs

LZ25

LZ12 LZ23 LZ34

LZ56LZxy: Laufzeit zw. Switch x

und Switch y

1 2 3 4

5 6



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Zyklus 1 Zyklus 2 Zyklus n

IRT-Kanal

offenerKanal

IRT-Kanal

z.B. 1 ms Lageregeltakt.

z.B. TCP/IP- DatenIRT- Daten

Deterministische Kommunikation offene KommunikationSynchro-nisation

Konzept Isochrones Realtime Ethernet

Scheduling des Kommunikationssystems

● Getrennte Zeitbereiche für Echtzeit und Nicht-Echtzeit● Hochgenaue Synchronisation der Teilnehmer

offenerKanal



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Verteilung der Aktualisierungszeiten

n

t

PROFInet (TCP/ IP)

PROFInet (SRT)

100 msec

10 msec

PROFInet (IRT)

15% 100%

1 msec



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

*) Standardlänge der TCP/IP-Datenpakete von 64 bis 1536 Bytes Max. übertragbare Daten bei Fast Ethernet: 12 MByte/ sec

Zykluszeit

Jitter

AnzahlTeilnehmerVerbleibende Bandbreite für Standardprotokolle

1 msec

<1µsec

70 150

250 µsec

<1µsec

35

Bandbreite für Standardprotokolle

Leistungsdaten Isochrones Real-Time

75% 50%50%



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Projektierung, Durchgängigkeit

Autor der Fragen: Herr Prinzen, FESTO

Fragen zur Adressierung

● Praktische Unterstützung bei Adressierung größerer Anzahl von Geräten

● Gibt es Beispiele zum neuen Aufwand, der bei größeren Systemen entsteht?

● Kosten der Installation

● Berücksichtigung des schrumpfenden Adressvorrat IPV4

● Was bedeutet der Umstieg auf IPV6

● Unterstützung automatischer Adressvergabe

● Probleme bei der Verwendung der eindeutigen HW-Adresse

● Wie sehen die Lösungswege aus?



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Projektierung #Adressvergabe

Projektierungstool

� Symbolischer Geräte-Name (z.B. Ventilstation)

� Orts- und Anlagenkennzeichen� Feste IP-Adresse

Zentraler Adress-Server

� Automatische Adressvergabe über zentralen DHCP-Server



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

SecurityEthernet

IO-Controller

IO-Controller weist dem Gerät

IP-Adresse zu

3

MAC Adr 1 MAC Adr 2

$ Jedes Gerät bekommt einen technologischen Namen (z.B. Hubtisch)

$ Projektierungstool definiert automatisch eine IP-Adresse 1

IO Device

Hubtisch

IM151-3ET200S---08-00-06-6C-66-AA

Gerätename

ins Gerät schreiben

2

Gerätename wird einer

MAC-Adresse zugeordnet




Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security


Adressierung über Namen. Keine Abhängigkeit von HW-Adressen und IP-Adressen.

Verwaltung von IP-Parametern an den jeweiligen Einsatzfall anpassbar, durch die alternative Verwendung projektierter IP-Adressen oder zentraler Vergabe mittels DHCP.

Verwaltungsaufwand von IP-Parametern bei großen Anlagen kann durch die dezentrale Vergabe von IP-Adressen über PROFInet Controller stark reduziert werden

Die Adressierung über Namen stellt sicher, dass zukünftige neue Adressierungverfahren am Ethernet z.B. IPV6 einfach in bestehende PROFInet-Anwendungen integriert werden können.



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security


Autor der Fragen: Herr Prinzen, FESTO

Fragen zur Durchgängigkeit

● Wie stellen die Hersteller sicher, dass Geräte am Ethernet durchgängig miteinander kommunizieren können?

● Welche gemeinsame Schnittmenge haben die verschiedenen Ausprägungen, um sichere Datenkommunikation zwischen unterschiedlichen Geräten zu gewährleisten?

● Wie sehen praktische Beispiele von Operabilität heute aus?

● Wie sieht die praktische Nutzung von IT Standards (HTTP, Email, Verschlüsselung, OPC, DHCP, FTP in der Industrieumgebung aus?



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Protokolle bei PROFInet

Ethernet

TCP /UDP

Rea

ltim

e

PROFInet Anwendungen

1

IT-Dienstez.B.l HTTPl SNMPl DHCP...

2

Offener TCP/IP Kanall Geräteparametrierung und

Konfigurierungl Lesen von Diagnosedatenl IT-Anwendungen

z. B. Fernwartungl Netzwerkadministration

und Netzwerkdiagnose

Echtzeit-Kanal SRTl Performante Übertragung

der Nutzdatenl Zyklische Übertragungl Ereignisgesteuerte

Meldungen/Alarme

1

2

Standard-Kanal Realtime-Kanal

IP

Koexistenz von PROFInet und Standard IT-Anwendungen

● PROFInet verändert den TCP/IP Stack nicht, sondern nutzt ihn wie jede andere IT-Anwendung.

● Für Realtime-Daten wird ein optimierte paralleler Kommunikationkanal genutzt. (siehe Leistungsdaten)

Verwendung von IT-Diensten● HTTP (WebIntegration)

● DHCP, SNMP (Netzwerkmanagment)

● DCOM (PROFInet Komm.)

Wie stellen die Hersteller sicher, dass Geräte am Ethernet durchgängig miteinander kommunizieren können?



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

PROFInet nutzt bestehende offene Kommunikationsstandards

Web-DiensteOPC-Server

Mitarbeit der PNO und ihrer Mitglieder in der OPC Foundation● OPC DX ● OPC XML

Datenzugriffe über WEB- Dienste● Definition grundlegender

Mechanismen in der WG "PROFInet Webintegration", um auf PROFInet Controller zuzugreifen.

Zusammenarbeit mit anderen Organisationen● Joint Working Groups

PNO/ODVA/IDA



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security


<1ms10ms100ms

InternetInternet


PROFInet

TCP/IP

Real-Time

IT-Dienste

Prozessdaten

● Einheitliches IP-Parametriermodell (DHCP und DCP) bei allen PROFInet Geräten

● Verwendung des gleichen Protokolls für die skalierbare Real-time Kommunikation für zeit-unkritische und hoch-performante Anwendungen

● Gleiche Mechanismen zur Netzwerkdiagnose und Webdiagnose über TCP/IP-Kommunikation

...gemeinsame Schnittmenge der verschiedenen Ausprägungen...



Status

Migration

Netzwerke

Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

Software-Protokoll, Durchgängigkeit

Autor der Frage: Herr Düpjohann, ferrocontrol

● Wie sieht es aus mit der Unterstützung der auf TCP/IP aufgesetzten Standards in der Ethernet Echtzeitlösung?

● Welche in der Automatisierungstechnik wichtigen Standards werden unterstützt?

● Wird die Echtzeitanwendung in ihrer Laufzeit durch die Standardprotokolle beeinflusst? (siehe Leistungsdaten)



Status

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Leistungsdaten

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Protokolle

Diagnose

Security


PROFInet berücksicht die Verwendung aller auf TCP/IP basierenden Standards. Im PROFInet Standard selbst kommen aber nicht alle TCP/IP Protokolle zur Anwendung.

PROFInet stellt selbst einen Standard dar, bei dem zukünftig von einer großen Verbreitung ausgegangen werden kann. Es sind ca. 40 Firmen an der Entwicklung dieses Standards beteiligt

PROFInet ist dank der Proxy-Technologie in der Lage, existierenden Feldbussysteme zu integrieren. Damit ist es möglich heute teilweise konkurrierende Feldbussysteme bei PROFInet gemeinsam zu nutzen

Die PNO arbeitete gemeinsam mit der OPC Foundation, der ODVA, derFieldbus Foundation und anderen z.B. am OPC DX Standard zur Verbesserung der Interoperabilität verschiedenen Systeme.

Wie sieht es aus mit der Unterstützung der auf TCP/IP aufgesetzten Standards in der Ethernet Echtzeitlösung?

Welche in der Automatisierungstechnik wichtigen Standards werden unterstützt?



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Diagnose

Security


Autorin der Frage: Frau Brörken, Wohlenberg

● Anwender Interesse:

� Einsparung der zusätzlichen Verdrahtung für die Ferndiagnose undBetriebsdatenerfassung

� Einsparung der Vor-Ort-Anreise

� Ferndiagnosemöglichkeit und Betriebsdatenerfassung für sämtliche Feldbusgeräte

●Anforderungen:

� Die Ferndiagnose muss über vielfältige Kommunikationsmittel nutzbar sein, wie Telefonverbindung oder über das Internet.

� Für sämtliche Feldbusgeräte einer Maschinenanlage muss die Ferndiagnose über Ethernet möglich sein.

� Für die Betriebsdatenerfassung müssen sämtliche Feldbusgeräte mit Ethernet verbunden sein.

� Die Störungslokalisierung sollte direkt über die angeschlossenen Feldbusgeräte erfolgen oder über Abruf der Informationen über Web, HTML-Seiten oder IP- Protokolle.

� Eine Standard Diagnose-Schnittstellen zur Störungslokalisierung wäre wünschenswert.



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Security

PROFInet Diagnose

Anlagenteil 1 Anlagenteil 2

Linien-PLC Linien-PLC

PG/ESAnlagen-HMI

Durchgängige Diagnose in der gesamten Anlage

● Nutzung offener IT-Standards wie z.B. SNMP zur Netzwerkdiagnose

● Nutzung des PROFInet-Standards wo heute IT-Standards keine Lösung bieten

Auswertung der Diagnose● In der Steuerung

● Auf dem HMI

● Auf dem Service-PG

● Auf dem Internet Explorer über WEB-Zugriff

Diagnose- Infos● Übersichtsdiagnose inklusive

Topologieinfos

● Detaildiagnose der Geräte



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Security

Web-Integration für Diagnose und Service

Ortsunabhängiger Zugriff auf Informationen aus der Automatisierungsebene

● unabhängig vom Engineering-Tool

● mit jedem handelsüblichen Browser

● von jeder beliebigen Stelle aus

@� Ferndiagnose� FAQs� Download

Dokumentation� Prozess-

Optimierung� Software-Updates



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Security

WEB-Zugriff für Diagnose

Daten in HTML-Seiten

und über Applets

PROFInet spezifiziert den Aufbau von Web-Seitenund den Zugriff auf die Daten:

● Standardisierter Teil: Geräteinfos, Verschaltungsstatus, Status/Steuern von Variablen

● Hersteller-/Anwendungsspezifischer Teil: Gerätespezifisch und applikationsbezogen

Anzeige über etablierte Frontends (Browser, Netscape)



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Web-Integration bei PROFInet

Die PROFInet WEB-Integration ist abhängig von der Geräteklasse und der Anlagenstruktur

● Zentraler WEB-Server als Stellvertreter der PROFInet-Geräte● WEB-Server direkt im PROFInet-Gerät integriert

Internet Explorer

HTTP Web-Server

Zentraler Web-Server

Internet Explorer

HTTP

Web-Server

Web-Server in jedem PROFInet-Gerät

Web-Server

PROFInet



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Security

Security

Autor der Frage: Herr Thieringer, Trumpf Laser

● Authentifizierung:

Wie wird sichergestellt, dass nur authentifizierte Steuergeräte auf Daten der Endgeräte Zugriff erhalten?

Gibt es ein auf Benutzerebenen basierendes Zugriffskonzept, welches Daten (schreibend und lesend) nur bestimmten Benutzergruppen zur Verfügung stellt?

● Datenbelastung:

Wie wird sichergestellt, dass eine hohe Datenbelastung - z.B. durch eine DoS Attacke oder durch fehlerhafte Hardwarekomponenten - nicht zu unbemerkten Performanceeinbußen im System führt?

● Fernzugriff:

● Kann auf die Daten der Endgeräte auch über Visualisierungssystem / PCs, die nicht im lokalen Subnetz liegen, zugegriffen werden? Wie erfolgt die Authentifizierung des zugreifenden Systems?



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Leistungsdaten

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Protokolle

Diagnose

Security

Rechner Fertigungs-Leitrechner

Daten-Server

MES-Ebene

AutomatisierungszellenBedienen&Beobachten

Feld-Ebene

Office-Netz

Arbeitsplatz-rechner

Access-Point

Mobile-Client

WAN / Internet

Fire-wall

Service-Rechner

Security für PROFInet

AutomatisierungszellenBedienen&Beobachten

Feld-Ebene

Access-Point

Mobile-Client



Status

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Leistungsdaten

Projektierung

Protokolle

Diagnose

Security

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Automatisierungs-Zelle

SecurityModul

Schutz vor● Fehladressierungen

● Unberechtigten Zugriffen

● Spionage

● Manipulation

Security-Lösung ist skalierbar und rückwirkungsfrei auf bestehende Netzwerke

Security anwendbar ohne spezielles Expertenwissen

Verwendung bewährter und zertifizierter Security-Standards● z.B. VPN und Zugriffsliste

Security-Funktionalität integrierbar in Netz- und Automatisierungs-komponenten

Security für PROFInet



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Industrial Security – Normungsgremium IEC

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VDMA Info Ethernet 09.Febr. 2004 Status PROFInet · Status Migration Netzwerke Leistungsdaten Projektierung Protokolle Diagnose Security Innovationskraft Über 400 Mitarbeiter weltweit