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VDMA InfoEthernet 09.Febr. 2004
Status
Migration
Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Der AutomatisierungsstandardDer AutomatisierungsstandardDer Automatisierungsstandard
PROFInetPROFInetPROFInet
VDMA AK „Anwendung Ethernet“, INCOM-AK ETHERNET 2004-02-09
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Status
Migration
Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
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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Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Security
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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Diagnose
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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Diagnose
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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Protokolle
Diagnose
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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Diagnose
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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Protokolle
Diagnose
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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Protokolle
Diagnose
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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Diagnose
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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Diagnose
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
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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Diagnose
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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Diagnose
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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Diagnose
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Redundanz, Linientopologie
Ringstrukturen ermöglichen hoch verfügbare Netzstrukturen
Linienstrukturen minimieren den Verkabelungsaufwand im Feld
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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
PROFInet mit Soft Real-Time
TCP/IP
Real-Time
<1ms10ms100ms
Soft Real-Time (SRT)
Factory Automation Motion Control
Soft Real-Time (SRT)
● SRT bietet vergleichbare Echtzeiteigenschaften wie PROFIBUS● Zykluszeiten sind im Bereich 5-10 ms realisierbar● Uneingeschränkt offen für Standardprotokolle
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Migration
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
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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Verteilung der Aktualisierungszeiten
n
t
PROFInet (TCP/ IP)
PROFInet(SRT)
100 msec
10 msec
15% 100%
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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Motion Control-Anforderungen
Anforderungen an Ethernet für Motion Control
● Determinismus● Taktsynchronität● Höchste Performance● Uneingeschränkter Netzzugang
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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Motion Control-Anforderungen
TCP/IP
Real-Time
<1ms10ms100ms
Isochrones Real-Time (IRT)
Factory Automation Motion Control
Isochrones Real-Time (IRT)
● Echtzeiteigenschaften besser als heutige Spezialbusse● Zykluszeiten < 1 ms und Jitter < 1 µs realisierbar● Uneingeschränkt offen für Standardprotokolle
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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
Kommunikations-kanals für Nutzdaten
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
Kommunikations-kanals für Nutzdaten
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
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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
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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
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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
... ... ... ... ... ... ... ... ...
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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
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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
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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
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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%
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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?
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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
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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
Projektierung #Adressvergabe
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Migration
Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Projektierung #Adressvergabe
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.
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Migration
Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Projektierung, Durchgängigkeit
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?
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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?
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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
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Status
Migration
Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Projektierung, Durchgängigkeit
<1ms10ms100ms
InternetInternet
Factory Automation Motion Control
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...
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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)
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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
Software-Protokoll, Durchgängigkeit
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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Leistungsdaten
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Protokolle
Diagnose
Security
Software-Protokoll, Durchgängigkeit
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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Leistungsdaten
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Protokolle
Diagnose
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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Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
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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Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
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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Migration
Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
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
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Migration
Netzwerke
Leistungsdaten
Projektierung
Protokolle
Diagnose
Security
✤❅❚❅■▼❒❁●❅✩■▼❅●●❉❇❅■❚
✤❅❚❅■▼❒❁●❅✩■▼❅●●❉❇❅■❚
✤❅❚❅■▼❒❁●❅✩■▼❅●●❉❇❅■❚
✤❅❚❅■▼❒❁●❅✩■▼❅●●❉❇❅■❚
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