PROFINET pro procesní automatizaci

Transkript

1 PROFINET pro procesní automatizaci siemens.com/pcs7-v9

2 Digitalizace začíná už na úrovni pole Strana 2

3 Digitalizace začíná už na úrovni pole pomocí PROFINETu Co je PROFINET? PROFINET je založen na standardu Industrial Ethernet (100MBit/s, IEEE 802.3) je otevřený standard pro komunikaci z pole přes Industrial Ethernet společenství PI (PROFIBUS & PROFINET International) je celosvětově nejrozšířenější ethernetový standard pro automatizaci je digitální komunikace je real-time a deterministický také využívá IT standardy jako TCP/IP Strana 3

4 PROFINET Kombinace dvou slov Síťový standard: Ethernet Vysoká datová propustnost Digitalizace Flexibilní architektury Fieldbus standard: PROFIBUS PROFINET Real-time komunikace Vysoká dostupnost Diagnostika Strana 4

5 Digitalizace začíná už na úrovni pole pomocí PROFINETu Klíčové vlastnosti Klíčové vlastnosti Nejvyšší dostupnost na vyžádání Škálovatelná redundance Konfigurace za chodu (CiR) Jednoduchost používání Plug-and-Produce Ethernet v poli Vyšší datová propustnost pro více dat Bezproblémová horizontální a vertikální integrace Flexibilní architektury Ochrana investic Strana 5

6 Porovnání PROFIBUS-DP a PROFINETu Funkce Datový kanál Data na zařízení Počet účastníků Délka kabelu Adresování PROFIBUS-DP Jeden mezi Master a Slave 244 Byte Input/Output Maximum 125 Slave na segment >1,000m (záleží na Baud rate) Ručně přes DIP-Switch nebo telegram PROFINET Vícero mezi kontrolérem a zařízeními 1,440 Byte Input/Output Maximum 250 zařízení na 1 PROFINET kontrolér. Neomezení počet zařízení v celé síti. Max. 100m metalika; několik km optika Automaticky přes kontrolér nebo ručně přes vývojové prostředí Datová propustnost Topologie Max. 12 Mbit/s (typicky 1,5 Mbit/s) Standard: linie nutné zakončování 100 Mbit/s (full-duplex) Flexibilní topologie: linie, hvězda, strom, kruh a různé kombinace Strana 6

7 PROFINET Mechanismus realtimové komunikace Separátní kanály pro IO data a TCP/IP: Výkon a determinismus díky prioritizaci IO dat (VLAN-Priority = 6) Otevřený pro jakýkoli druh ethernetové komunikace TCP, UDP, IP atd. Integrace ostatních ethernet zařízení (Webkamery, síťové tiskárny atd.) odesílací cyklus Time scheduling IO data TCP/IP Další cyklus 1 2 n-1 n 1 2 n-1 n Volné pro ostatní komunikace Real time a standard komunikace jedním kabelem Strana 7

8 PROFINET Cyklus aktualizace, watchdog Cyklus aktualizace: Individuální nastavení pro každé IO zařízení Začátek cyklu je různý pro každého účastníka komunikace IO kontrolér PROFINET Watchdog: Každé zařízení akceptuje určitý počet chybějících telegramů než vyhlásí ztrátu partnera! Čas Watchdogu = cyklus aktualizace * faktor Výchozí hodnota faktoru je 3, ale lze ji v projektu nastavit IO zařízení 1 ms 4 ms 2 ms Strana 8

9 PROFINET Nejvyšší dostupnost na vyžádání Symbol Popis Bez systémové redundance Až 250 zařízení s jednoduchým PROFINET rozhraním 1 Jednoduchá PN konfigurace se systémovou redundancí (S2) Až 250 zařízení s jednoduchým PROFINET rozhraním 1 Pozn.: Všechna zařízení musí podporovat S2 Redundantní PROFINET konfigurace (R1) Až 64 zařízení 2 s redundantním či jednoduchým PROFINET rozhraním 1 Pozn.: Všechna zařízení musí podporovat R1 či S2 za použití Y-Switche Kruhová redundance Kombinovatelná se systémovou redundancí Maximum 50 zařízení; čas rekonfigurace až 200ms Pozn.: Všechna zařízení v kruhu musí podporovat MRP Konfigurace za chodu (CiR) CPU 410-5H Jednoduché zařízení CPU 410-5H, red. Jednoduché zařízení (S2) CPU 410-5H, red. Red. zařízení (R1) Y-Switch Jedn. zařízení (S2) CPU 410-5H Jednoduché zařízení Škálovatelnost redundance Není třeba dodatečný HW Nejvyšší dostupnost 1 na CPU410-5H PROFINET rozhraní; 2 Uvolnění pro 256 zařízení plánováno Strana 9 = + +

10 PROFINET Switche OS/Batch/Route Control/Maintenance Inženýrská stanice COMOS stanice Industrial Ethernet Kontrolér S7-410 (E) Jedno CPU pro všechny aplikace včetně bezpečnosti PROFINET, redundantní XC-200 PROFIBUS-DP ET 200M XF204-2BA Y-Switch ET 200SP HA ma/hart PROFINET, optika ET 200iSP Integrované pohony SIMOCODE SINAMICS XP-200 ET 200M MTA ma/hart ma/hart EX CFU PA PROFIBUS-PA Strana 10

11 PROFINET Switche Doporučené SCALANCE Switche SCALANCE XF204-2BA XF204-2BA DNA 1 SCALANCE XC-200 SCALANCE XP-200 Instalace Rozvaděč Rozvaděč Bez rozvaděče Stupeň ochrany IP20 IP20 IP65 ATEX Zone 2 Ano Ano Ano Rozhraní Elektrické/optické s BusAdaptérem Electrické/Optické/SFP Elektrické Počet portů 4 (2 BA) Max. 24, z toho 2 GBit/s (SFP) Max. 16, v rámci 4 GBit/s Typ portů RJ45/FO v závislosti na BusAdaptéru (BA) Max. 24 RJ45 Max. 2 SFP SFP Ne Ano Ne Použití BusAdapteru (BA) Ano Ne Ne 8x M12 D-coded nebo 12x M12 D-/ 4x M12 X-coded Teplotní rozsah -40 C až +70 C -40 C až +70 C -40 C až +70 C Ochranný povlak PCB Ano Ne Ano, s EEC variantou Rozměry (ŠxVxH [mm]) 100 x 117 x 74 60/120 x 147 x /280 x 200 x 49 XF204-2BA, XC-200 a XP-200 budou připraveny na v blízké budoucnosti 1 Plánované uvolnění Q Strana 11

12 PRELIMINARY) PROFINET Switche Y-Switch SCALANCE XF 204-2BA DNA Primární rozhraní Dva izolované porty pro připojení Y-Switche k redundantní síti (R1) přímo či přes switche Sekundární rozhraní Dva switchované porty pro připojení S2 zařízení podpora MRP Konfigurovatelný Bus Adaptér pro každé rozhraní Y-Switch je transparentní Není nutná konfigurace Počet není omezen Instalace až do Ex-Zone 2-40 C až +70 C Ochranný povlak Vyhovuje NE21 Instalace na DIN lištu Integrované pohony SIMOCODE SINAMICS 4-wire polní přístroje (externí napájení) CPU 410-5H Redundantní Automatizační Systém XC-200 XP-200 MRP XF204-2BA Y-Switch (XF204-2BA DNA) PN/PN CFU PA PROFIBUS-PA ET 200SP Balené jednotky ET 200M Polní přístroje Připojení zařízení s jednoduchým PROFINET rozhraním podporující S2 systémovou redundanci k redundantní PROFINET síti. Oddělení obou sítí je dodrženo. Pozn. PROFINET standard požaduje, aby zařízení pro procesní automatizaci podporovala S2 Systémovou redundanci (nutná pro PROFINET certifikaci dle CC-B (PA)) Strana 12

13 PROFINET Switche pro přechodný či nepřetržitý přístup ES/OS Servisní přístup do polní sběrnice potřebný pro: Vrstva 2/Vrstva 3 Industrial Ethernet/Plant Bus CPU410-5H Ruční adresování a pojmenování PROFINET zařízení Prohledávání PROFINET topologie pomocí STEP 7 Topology Editoru (např. porovnání nakonfigurovaného/aktuálního stavu) Service Bridge X5 X8 PROFINET/Fieldbus Použití nástrojů pro oživování (např. PRONETA) Rozšířená diagnostika sítě (např. SINEMA Server) Webserver PROFINET zařízení Ostatní PN sítě ET 200SP HA Vlastnosti: Standardní XC-200 Switch konfigurovaný jako Service Bridge Jednoduchá instalace díky manuálu a předpřipraveným konfiguračních souborů Y-Switch Přístup na Vrstvě 2 z Plant Bus do Fieldbus Zachovává oddělení mezi jednotlivými polními sběrnicemi CFU PA Připojení až 22ti PROFINET sítí pomocí XC 224 Bezpečnostní mechanismy (např.. filtrování MAC-address) Strana 13

14 Rychlejší oživování a výměna zařízení Postupný přechod od PROFIBUSu k PROFINETu Výměna zařízení proveditelná elektrikářem PROFINET Výhody pro Vás Redukce drátování Škálovatelnost Jednoduché instalační návody Automatické adresování a pojmenování Jasná a detailní Vysoká dostupnost diagnostika v základu Zapojení do kruhu Flexibilní architektury Přecházení konfliktům adres Grafická vizualizace topologie Standard Industrial Ethernet, 100 MBit/s Celosvětově vedoucí otevřený standard Jeden kabel pro všechno Automatická identifikace topologie Redundance na vyžádání Plug-and-Produce Real-time a deterministický Ethernet v poli Ochrana investice Strana 14

15 PROFINET Flexibilní architektury splňující vaše požadavky PROFINET Blueprints Škálovatelné od úsporných až k robustním řešením Flexibilita High-End úroveň Střední třída Vstupní úroveň Navyšování konfigurace Navyšování konfigurace Významná redukce drátování Navyšování konfigurace Zvýšená flexibilita (např. pro rozšiřování provozu) Dostupnost Strana 15

16 Varianty PROFINET konfigurací Media Redundancy (MRP) CPU 410-5H CPU 410E PROFINET, metalický PROFINET, metalický PROFINET, metalický ET 200SP HA XF204-2BA XC-200 Až 50 zařízení (omezení MRP kruhu) Žádná segmentace sítě Není potřeba dalších komponent (např. switche) Bez Single Point of Failure v PN síti Dodateční switch potřebný pro připojení Service Bridge Až 100 zařízení (omezení MRP kruhů) Logická segmentace na dvě sítě Nutnost dodatečných switchů Existuje Single Point of Failure v PN síti (switch) Dostupný přístup pro připojení Service Bridge Až 250 zařízení (omezení PROFINET rozhraní) Logická segmentace do <n> sítí Nutnost dodatečných switchů Existuje Single Point of Failure v PN síti (switch a kabel) Volitelně: Konfigurace do hvězdy pomocí XC-200 Dostupný přístup pro připojení Service Bridge Strana 16

17 Varianty PROFINET konfigurací Media Redundancy (MRP) Lokální periferie (Centralizované) Vzdálené periferie (Decentralizované) Velín Terminal/Plant Bus PROFINET, metalický Inženýrská stanice Operátorská stanice XR-300 Service Bridge () CPU 410-5H CPU 410E Industrial Ethernet Provoz CFU PA A B A B A B XF204-2BA XC-200 A XP-200 MCC SIMOCODE SINAMICS ET 200SP ET 200M ET 200SP HA A B IE/PB-Link PN IO B ET 200SP HA PROFIBUS-DP XC-200 A CFU PA PROFINET, optika Strana 17

18 Varianty PROFINET konfigurací Jednoduchá systémová redundance (S2) CPU 410-5H CPU 410E PROFINET, metalický PROFINET, metalický PROFINET, metalický ET 200SP HA XF204-2BA 1) XC-2001) XF204-2BA 1) Až 250 zařízení (omezení PROFINET rozhraní) Žádná segmentace sítě Není potřeba dalších komponent (např. switche) Bez Single Point of Failure v PN síti Dostupný přístup pro připojení Service Bridge Až 250 zařízení (omezení PROFINET rozhraní) Logická segmentace do <n> sítí Nutnost dodatečných switchů Single Point of Failure in PN Network (Switch) Volitelně: Konfigurace do hvězdy pomocí XC-200 Dostupný přístup pro připojení Service Bridge Až 250 zařízení (omezení PROFINET rozhraní) Logická segmentace do <n> sítí Nutnost dodatečných switchů Bez Single Point of Failure v PN síti Dostupný přístup pro připojení Service Bridge Poznámka: Všechna zařízení musí podporovat systémovou redundanci S2 Sequence of Events (SoE) není uvažováno: 1) S2 podpora plánována na Q3/17 Strana 18

19 Varianty PROFINET konfigurací Jednoduchá systémová redundance (S2) Lokální periferie (Centralizované) Vzdálené periferie (Decentralizované) Velín Inženýrská stanice Provoz Terminal/Plant Bus PROFINET, metalický Operátorská stanice XR-300 Service Bridge () Industrial Ethernet CPU 410-5H, red. CPU 410E CFU PA Y XF204-2BA 1) XC-200 1) XP-200 1) MCC SIMOCODE SINAMICS 2) ET 200SP ET 200M ET 200SP HA ET 200SP HA CFU PA XC-200 1) Poznámka: Všechna zařízení musí podporovat systémovou redundanci S2 Sequence of Events (SoE) není uvažováno: 1) S2 podpora plánována na Q3/17; 2) Některé SINAMICS produkty nepodporují S2 Strana 19 PROFINET, optický

20 Varianty PROFINET konfigurací Modulární systémová redundance (R1) CPU 410-5H CPU 410E PROFINET, metalický, redundantní PROFINET, metalický, redundantní ET 200SP HA XF204-2BA 1) XF204-2BA 1) Y Y-Switch 1) Y-Switch 1) Až 64 R1-zařízení Žádná segmentace sítě R1 zařízení: Není potřeba dalších komponent (např. switche) R1: Bez Single Point of Failure v PN síti Dostupný přístup pro připojení Service Bridge Až 250 zařízení (omezení PROFINET rozhraní a R1 v současnosti omezeno na 64) Logická segmentace do <n> sítí Nutnost dodatečných switchů R1 nebo S2-zařízení: Bez Single Point of Failure v PN síti Dostupný přístup pro připojení Service Bridge Sequence of Events (SoE) není uvažováno: 1) S2 podpora plánována na Q3/17 Strana 20

21 Varianty PROFINET konfigurací Modulární systémová redundance (R1) Lokální periferie (Centralizované) Vzdálené periferie (Decentralizované) Velín Inženýrská stanice Provoz Terminal/Plant Bus PROFINET, metalický, redundantní Operátorská stanice XR-300 Service Bridge () Industrial Ethernet CPU 410-5H, red. CPU 410E CFU PA XF204-2BA 1) ET 200SP HA XC-200 1) XP-200 1) Y Y-Switch 1) MCC SIMOCODE SINAMICS 2) XC-200 1) CFU PA Y ET 200M ET 200SP HA Y-Switch 1) XC-200 1) Y Y-Switch 1) PROFINET, optický, redundantní Poznámka: Všechna zařízení musí podporovat systémovou redundanci S2 Sequence of Events (SoE) není uvažováno: 1) S2 podpora plánována na Q3/17; 2) Některé SINAMICS produkty nepodporují S2 Strana 21

22 PROFINET Ochrana investic Kontrolér PROFINET PROFIBUS-DP Dostupnost Proxy Proxy Proxy PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA HART Integrace stávajících sběrnic a instalovaných zařízení IE/PB-Link PN IO CFU PA HART Module pro ET 200SP HA Umožňuje postupný přechod od PROFIBUSu k PROFINETu PROFINET a PROFIBUS může být použit současně v jednom kontroléru Strana 22

23 PROFINET nástroje Nástroje/Programy podpora během životního cyklu provozu 2 Plánování 1 Vývoj 3 Oživování 4 Servis 5 Obsluha SINEMA Server 24/7 monitorování Diagnostika sítě a komponent Bus Analyser Wireshark Validation Report PCS 7 Plánování sítě Simulace SINETPLAN Integrovaná diagnostika v komponentách a vývojových nástrojích PRONETA Inteligentní identifikace komponent Přenos konfigurace sítě Signal test (I/O check) Oživování a provoz bez inženýrského nástroje Strana 23

24 PROFINET nástroje Provoz s BANY PROFINET Bus analyzer Agent (BANY) složen z SW a HW komponent Software (Bus analyzer Scope) PROFINET analyzátor pro validaci sítí, hledání poruch a prediktivní údržbu Některé vlastnosti Online analýza telegramů v reálném čase Online analýza kvality sítě Telegram/Frame generátor (např. síťový stress test) Online sledování hodnot PROFINET Life List PROFINET KPI (např. doba cyklu, jitter, vytížení portů, statistiky, atd.) Hardware Interní paměť až1 GB/externí paměť přes U Připojení až 1 Gbit/s Digitální I/Os pro synchronizaci či spouštění Instalace na Windows PC Připojení k HW přes Ethernet (TCP/IP) Software zahrnut v dodávce hardware BusAnalyzer Agent s integrovanými TAPy BusAnalyzer Agent bez TAPu BusAnalyzer Agent XM-400 s integrovanými TAPy 9AE4140-1BA01 9AE4140-1BA00 9AE4140-2AA00 Strana 24

25 Příklad z praxe na závěr Chemická výroba porovnání PROFIBUS x PROFINET PROFIBUS-DP PROFINET PROFIBUS DP PROFINET IO Délka kabeláže m m Úspora za infrastrukturu v porovnání s PB verzí 0% 40% Strana 25

26 Ukázka PROFINET siemens.com/pcs7-v9

27 PROFINET pro procesní automatizaci Děkujeme za pozornost! Jan Kváč Jaroslav Kutílek Siemens, s.r.o. Procesní automatizace RC-CZ PD PA Siemensova Praha 13 Siemens, s.r.o. Procesní automatizace RC-CZ PD PA Siemensova Praha 13 Mobil: jan.kvac@siemens.com Mobil: jaroslav.kutilek@siemens.com siemens.com/pcs7-v9 Strana 27