Ethernet i stället för fältbuss? - Profibus
Ethernet i stället för fältbuss? - Profibus
Ethernet i stället för fältbuss? - Profibus
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Hur ser industrins kommunikationsbehov ut:<br />
<strong>Ethernet</strong> i <strong>stället</strong> <strong>för</strong> <strong>fältbuss</strong>?<br />
Trådlöst i <strong>stället</strong> <strong>för</strong> trådbundet?<br />
PROFIBUS i Sveriges <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005<br />
av<br />
Lars H Larsson<br />
ord<strong>för</strong>ande i den svenska användarorganisationen<br />
<strong>för</strong><br />
PROFIBUS och PROFINET<br />
materialet finns att ladda hem efter den 15:e maj:<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Industrins kommunikationsbehov har alltid varit stort.<br />
En ökad automatisering ställer allt större krav på kommunikationen.<br />
Från början var behovet av kommunikation fram<strong>för</strong>allt mellan styrsystemen <strong>för</strong><br />
olika delar av en anläggning eller mellan olika perifera funktioner in till DCSsystemet:<br />
från råvaruhantering, fastighetsfunktioner, lagerhantering,<br />
paketering. Det löstes ofta med seriell kommunikation med mycket skilda<br />
protokoll och en stor insats ingenjörsarbete.<br />
Sedan växte behovet dels <strong>för</strong> operatörskommunikation, dels <strong>för</strong><br />
kommunikation med processen. Parallellt växte det fram ett behov av att<br />
kommunicera uppåt: kvalitetsuppföljning, statistik mm.<br />
Redan tidigt fanns <strong>Ethernet</strong> med i bilden. Dess industriella form var i början<br />
klumpig och dyr. Protokollen var skiftande: Siemens H1, ABB:s Master Buss<br />
osv.<br />
Försöket till samordning och standardisering gav MAP men det siktade <strong>för</strong><br />
högt och blev <strong>för</strong> dyrt.<br />
Samtidigt växte ADB-världen fram med kommunikation över <strong>Ethernet</strong> och så<br />
småningom TCP/IP och Internet.<br />
Industrin å andra sidan koncentrerade sig främst på kommunikationen nedåt<br />
till givare och instrument och vi fick <strong>fältbuss</strong>arna.<br />
Nu kräver en rationell produktion att ERP och MES-system integreras i<br />
fabriken samtidigt som allt mera intelligenta fältenheter ställer högre krav på<br />
kommunikationen än vad <strong>fältbuss</strong>arna kan klara av. Det är med andra ord<br />
dags att <strong>Ethernet</strong> tar över i industrin.<br />
1<br />
1
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Utvecklingen av industrins kommunikationsbehov<br />
Då:<br />
Nu:<br />
Ledningsnivå<br />
Cell nivå<br />
Fältnivå<br />
Givarnivå<br />
Planning<br />
Management<br />
Production<br />
ERP<br />
MES<br />
Controls<br />
Ingenjörsstation, PC<br />
PLC, PC<br />
PLC, PC<br />
Drives<br />
Ventiler<br />
Aktorer<br />
givare<br />
Enterprise<br />
Resource<br />
Planning (ERP)<br />
Manufacturing Execution<br />
Systems (MES)<br />
Process och produktion<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Synen på våra produktionsanläggningar och deras kommunikationsbehov har<br />
<strong>för</strong>ändrats kraftigt under de 15 år som vi levt med <strong>fältbuss</strong>ar.<br />
Från början var varje nivå som en sluten värld med begränsad kommunikation<br />
vertikalt. Industrianläggningen började med PLC:n eller DCS:n och därunder<br />
I/O, instrument, givare och ställdon. Fältbussarna sågs <strong>för</strong>st som en<br />
kabelersättare <strong>för</strong> att sedan uppskattas fram<strong>för</strong>allt <strong>för</strong> den ökade informationen<br />
och de stora <strong>för</strong>delarna med att ha en online kommunikationslinje ut till varje<br />
enhet i anläggningen. Enklare konfigurering, drifttagning, parametrering även<br />
under drift, byte av enheter under drift med automatisk parametrering av den<br />
nya enheten, <strong>för</strong>ebyggande underhåll mm.<br />
Så småningom har fokus flyttat uppåt i hierarkin. Kommunikation mellan<br />
anläggningens olika delar. Kommunikation uppåt till operatörsstationer,<br />
produktionsstyrning och kvalitetsuppföljning med krav på större datamängder.<br />
Därmed har behovet av standardiserat <strong>Ethernet</strong> kommit in i anläggningarna.<br />
Idag gäller inte den traditionella hierarkiska bilden i form av en triangel.<br />
Underifrån kommer allt intelligentare fältenheter, stand alone<br />
produktionsenheter med funktionsomfång i styrsystems eller DCS klass.<br />
Ovanifrån finns behovet av att integrera MES <strong>för</strong> att ut<strong>för</strong>a orderna från ERP.<br />
Samtidigt finns mikrostyrsystem med full Internetkapacitet inklusive websidor,<br />
realtids-<strong>Ethernet</strong> i små I/O-stationer och i Motion Control enheter,<br />
industrianpassat <strong>Ethernet</strong> med industrimässiga kablar, kontakter och switchar.<br />
Alla pratar med alla och vägen går inte längre genom en fast hierarki.<br />
2<br />
2
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Fältbussarna dominerar dagens automation<br />
Mer än 26 miljoner noder<br />
installerade av de stora<br />
<strong>fältbuss</strong>arna.<br />
Fältbussar används i alla<br />
branscher. . .<br />
. . . i hela<br />
anläggningen,<br />
. . . och med<br />
profiler <strong>för</strong> alla<br />
applikationer:<br />
Instrument<br />
Ställdon<br />
HART Safety<br />
Upstream Mainstream Downstream<br />
Vägning/Docering<br />
Fältbuss Antal noder därav i Process<br />
PROFIBUS DP 13 Miljoner 2,5 Miljoner<br />
PROFIBUS PA 0,5 Miljoner 0,45 Miljoner<br />
Interbus 7,5 Miljoner ---<br />
CC-Link 2,8 Miljoner ---<br />
DeviceNet 2,5 Miljoner 1,0 Miljoner<br />
Foundation Fieldbus 0,4 Miljoner 0,4 Miljoner<br />
Remote<br />
I/O<br />
Robot Control<br />
Motion<br />
Control<br />
Encoder<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
I snart 20 år har vi haft <strong>fältbuss</strong>ar i industrin. Idag finns det <strong>fältbuss</strong>ar i alla<br />
branscher och knappt någon anläggning byggs utan <strong>fältbuss</strong>. I år kommer mer<br />
än 4 miljoner <strong>fältbuss</strong>noder att installeras.<br />
De flesta <strong>fältbuss</strong>noderna finns inom verkstadsindustrin. Inom processindustrin<br />
finns totalt drygt 4 miljoner noder installerade. De flesta är utan<strong>för</strong> Ex-zon och<br />
utgörs av DeviceNet och <strong>Profibus</strong> DP. Endast en mindre del, ca 0,8 miljoner<br />
noder, berör instrument och intelligenta ställdon med <strong>Profibus</strong> PA eller<br />
Foundation Fieldbus. Detta trots att standardiserade <strong>fältbuss</strong>ar <strong>för</strong><br />
processindustrin funnits i mer än 10 år.<br />
Fältbussarna har utvecklats enormt från deras ursprungliga roll som<br />
kabelersättare och enkelt datautbyte med givare, ställdon och instrument till<br />
dagens automationssystem där <strong>fältbuss</strong>en ofta är en <strong>för</strong>utsättning <strong>för</strong><br />
funktionaliteten. Med sina profiler <strong>för</strong> allt från enkel I/O-uppdatering till<br />
avancerad reglering över bussen, felsäkerhet, vägning och docering,<br />
robotstyrning, Motion Control, HMI och mycket mer.<br />
Prestanda <strong>för</strong> <strong>fältbuss</strong>arna har samtidigt utvecklats:<br />
Hastigheter på upp till 12Mbit/s<br />
Uppdatering av tusentals signaler på ett par millisekunder, tidssynkronisering<br />
med noggrannhet på under 1µs<br />
Avstånd upp till 100km, hög datasäkerhet, olika media inklusive fiber, Exklass,<br />
utvecklade konfigureringsverktyg, parametrering och utbyte under drift,<br />
omfattande diagnostik, hanterar datamängder på många MB, interoperabilitet,<br />
ett enormt produktutbud, många leverantörer, långtgående standardisering<br />
mm.<br />
<strong>Ethernet</strong> har ett tufft jobb när <strong>fältbuss</strong>arna skall ersättas.<br />
IP65<br />
HMI<br />
Drives<br />
3<br />
3
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong> i process och industrianläggningar?<br />
Knyter samman ledningsnivån med produktionen<br />
– ERP och MES kommer online<br />
– Transparent integrering ner till instrumentnivå<br />
En enhetlig nätverksstruktur<br />
– Reducering av olika typer av gränssnitt<br />
– Anläggningsövergripande projektering<br />
– Kontinuitet ända ner till fältnivå<br />
– Gemensamt leverantörsgränssnitt<br />
Utnyttjar <strong>för</strong>delarna med IT-teknologin<br />
även inom produktionsområdena<br />
– Fjärranslutningar<br />
– Web-tjänster<br />
– Uppdateringar<br />
Förbättringar jäm<strong>för</strong>t med <strong>fältbuss</strong>ar<br />
– Högre prestanda<br />
– Betydligt fler anslutningar<br />
– Förenklad och enhetlig hantering<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Med så duktiga <strong>fältbuss</strong>ar finns det väl ingen anledning att gå över till<br />
<strong>Ethernet</strong>?<br />
Fyra stora biltillverkare gick nyligen ut och deklarerade att man nu <strong>för</strong>väntar<br />
sig att alla leverantörer omgående börjar implementera <strong>Ethernet</strong>. Man anser<br />
att den begränsade bandbredden på <strong>fältbuss</strong>arna är ett hinder <strong>för</strong> den<br />
industriella utvecklingen.<br />
Vad man då tänker på är bland annat Asset Management, Produktionsplanering,<br />
Spårbarhet och annat som ingår i MES. Man vill också komma bort<br />
från nuvarande situation där till exempel central engineering och<br />
fjärranslutning sker via gateways där ofta DCS eller styrsystem måste fungera<br />
som kommunikationscentraler <strong>för</strong> ibland flera olika underliggande bussar.<br />
Applikationer som till exempel Motion Control och mer intelligenta<br />
produktionsceller kräver i vissa fall högre prestanda än vad som är möjligt med<br />
<strong>fältbuss</strong>ar. Till exempel komponentbaserad automation.<br />
Allt flexiblare anläggningar och produkter kan dra nytta av onlinekoppling till IT<br />
<strong>för</strong> exempelvis uppdateringar och larm<strong>för</strong>medling via web.<br />
4<br />
4
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Klarar <strong>Ethernet</strong> industrins krav?<br />
Industriell<br />
installation<br />
Anläggningsövergripande<br />
projektering<br />
Integration<br />
av befintliga<br />
system<br />
Hög<br />
Tillgänglighet<br />
Industriell<br />
Automation<br />
Säkerhetsapplikationer<br />
Snabba<br />
reaktionstider<br />
Konfigurerbart<br />
accessskydd<br />
Effektiv<br />
nätverks- och<br />
enhetsdiagnostik<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Det är stor skillnad på kontorsvärldens krav på <strong>Ethernet</strong> och industrins krav.<br />
Alla har vi blivit irriterade när det tar lite extra tid att hämta data på <strong>för</strong>etagets<br />
nätverksanslutna servrar eller när Internet svarar med Page not available. Men<br />
vi lever med det och accepterar det muttrande.<br />
I en fabrik kan man inte ha avbrott eller <strong>för</strong>dröjningar. Hög tillgänglighet är ett<br />
måste. Dessutom är den elektriska och inte minst den elektromagnetiska<br />
miljön mycket tuffare i industrin. Detta liksom vibrationer, fukt och annan<br />
miljöpåverkan måste hanteras.<br />
Vissa applikationer kräver extremt snabba reaktionstider.<br />
Vi vill kunna sitta centralt och komma åt allt och få information och larm från<br />
processen.<br />
Vi vill kunna hindra otillåtet intrång.<br />
Installationen måste kunna ske på ett industrimässigt sätt av industrins<br />
personal. 24V DC-matning, säkra kontakter, drag och böj-tåliga kablar osv.<br />
Det finns många miljarder kronor investerade i <strong>fältbuss</strong>ar i befintliga<br />
anläggningar (>26 miljoner noder) och dessa måste kunna integreras.<br />
Personsäkerhet och skyddande av anläggningen är en självklarhet.<br />
5<br />
5
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Industriell installation av <strong>Ethernet</strong><br />
• Ut<strong>för</strong>ande<br />
– Tåligt metalhölje<br />
– Montering på DIN-skena<br />
– Miljötålig (temp., vibrationer . . .)<br />
– 24V matning med redundans<br />
• EMC tålighet<br />
– Garanterad trafik även i svår EMC-miljö<br />
• Säker anslutning<br />
– D-Sub <strong>för</strong> industriell TP<br />
– RJ45 i metall<br />
– IP65 i RJ45 eller M12<br />
– BFOC <strong>för</strong> fiberoptik<br />
• Nätverkstopologi<br />
– Linjär buss, stjärna, träd<br />
– Elektrisk/optisk ring med snabb<br />
redundans i millisekundsområdet<br />
Industriell<br />
installation<br />
Hög<br />
tillgänglighet<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
För att uppnå hög tillgänglighet är det viktigt att kablar och kontakter sitter fast<br />
och tål påfrestningarna i en industrimiljö. De skall också hindra störningar från<br />
elektromagnetiska fält, fukt mm. Kablar måste finnas med rätt material <strong>för</strong> att<br />
kunna användas i livsmedelsindustri.<br />
Switchar och andra nätprodukter måste kunna matas med 24V DC.<br />
Montering måste kunna ske industrimässigt, enkelt, säkert, ekonomiskt och av<br />
den ordinarie personalen.<br />
Anläggningens utformning gör att nätet måste kunna <strong>för</strong>läggas både som linjär<br />
buss och som stjärna eller träd.<br />
Hög tillgänglighet måste kunna garanteras genom snabb redundans.<br />
Kontorsvärdens redundanstider på 30s upp till minuter måste ner i<br />
millisekundsområdet <strong>för</strong> att inte stoppa processen.<br />
6<br />
6
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Industriella processer kräver säker kommunikation<br />
Säker access med VPN/VPA<br />
PC med<br />
säkerhetsprogram<br />
MES<br />
Säkerhetsmodul<br />
Server<br />
Industriellt <strong>Ethernet</strong><br />
PC med<br />
säkerhetsprogram<br />
PC med<br />
säkerhetsprogram<br />
Säkerhetsmodul<br />
WAN<br />
Kontorsnät<br />
Säkerhetsmodul<br />
Hög<br />
tillgänglighet<br />
Operatörsstation Produktionsceller<br />
Brandvägg<br />
Konfigurerbart<br />
accesskydd<br />
Säkerhetsmodul<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Server<br />
Alla har vi upplevt riskerna med uppkoppling på Internet. Virus, spam, hackers<br />
som bryter sekretess, blue screen . . .<br />
Hur vågar vi koppla industriprocessens I/O-nätverk samman med Internet?<br />
Tekniken <strong>för</strong> säker anslutning utvecklas snabbt och redan idag finns tillräcklig<br />
säkerhet <strong>för</strong> att vi skall kunna åstadkomma fjärranslutning utan att riskera<br />
processen.<br />
Riskerna med industrimiljön behandlade vi på <strong>för</strong>ra bilden och anges här<br />
genom att vi benämner nätet i anläggningen ”Industriellt <strong>Ethernet</strong>”.<br />
Sedan gäller det att skydda detta nät mot otillåten access:<br />
Första steget man tänker på är en brandvägg men det är ett klent skydd.<br />
En hacker behöver bara några timmar <strong>för</strong> att ta sig igenom en normal<br />
brandvägg.<br />
Nästa steg är att endast tillåta trafik över säkra tunnlar med tekniken VPN<br />
(Virtual Private Network).<br />
Ytterligare säkerhet kan uppnås genom att känsliga delar av nätverket<br />
skyddas med säkerhetsmoduler som endast släpper igenom trafik från<br />
deltagare som har ett speciellt säkerhetsprogram installerat.<br />
7<br />
7
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
<strong>Ethernet</strong> tillåter mer diagnostik: nätverk . . .<br />
Diagnostik från switchar:<br />
• Indikering (nätstatus,<br />
spänning, kollision,<br />
data)<br />
• SNMP OPC server<br />
• Web baserad hantering<br />
• SNMP<br />
• RMON<br />
• Öppen tack vare<br />
IT-standarder<br />
• Enkel lokalisering av<br />
t.ex. trådavbrott<br />
Översiktlig diagnostik<br />
Detaljerad diagnostik<br />
Effektiv<br />
nätverksochenhetsdiagnostik<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Fältbussar är bra på diagnostik från de anslutna enheterna men <strong>för</strong>st på<br />
senaste åren har vi kunnat få någon information från det fysiska nätet och<br />
fortfarande är informationen knapphändig och beroende av tilläggsapparater<br />
och –program.<br />
<strong>Ethernet</strong> har redan i standardprodukter <strong>för</strong> nätverksuppbyggnad en mycket<br />
bättre diagnostik av det fysiska nätet och trafiken på det. Informationen är<br />
dessutom lättillgänglig tack vare webbaserad hantering och öppen ITstandard.<br />
8<br />
8
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
. . . station, modul, kanal<br />
Diagnosinformation på <strong>Ethernet</strong> är minst densamma<br />
som från <strong>fältbuss</strong>ar :<br />
• Diagnosinformation skickas<br />
från I/O-stationen till IO-<br />
Controller (1)<br />
• Diagnosinformationen från<br />
stationen kan dessutom läsas<br />
2<br />
direkt av serviceverktyget/<br />
ingenjörsstationen (2)<br />
1<br />
Nivå 1: Nodfel<br />
(t.ex. Ventilstation 2)<br />
Kanal 0<br />
Kanal 1<br />
Kanal 2<br />
...<br />
Kanal x<br />
Kanal 0<br />
Kanal 1<br />
Kanal 2<br />
...<br />
Kanal x<br />
Kanal 0<br />
Kanal 1<br />
Kanal 2<br />
Slot 1 Slot 2 Slot 3<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
...<br />
Kanal x<br />
I/O station<br />
IO-Controller<br />
Nivå 2: Modulfel<br />
(t.ex. analog ingångsmodul 3)<br />
Nivå 3: Kanalfel<br />
(t.ex. kabelbrott kanal 2)<br />
Effektiv<br />
nätverksochenhetsdiagnostik<br />
Den information som vi kan få från <strong>fältbuss</strong>anslutna produkter idag är<br />
omfattande. Med till exempel DPV1 och DPV2 på <strong>Profibus</strong> hanteras lokalt<br />
tidsmärkta larm, kvittering över bussen, över<strong>för</strong>ing av stora mängder<br />
information som larmbuffert <strong>för</strong> att hantera kaskader av larm, statistik,<br />
underlag <strong>för</strong> trendkurvor och mycket mer.<br />
Detta är funktioner som successivt kommit <strong>för</strong> <strong>fältbuss</strong>ar under de senaste 10<br />
åren.<br />
Bilden visar den situation man tagit över från <strong>fältbuss</strong>arna.<br />
För <strong>Ethernet</strong> finns dessa funktioner med redan från början.<br />
Den större kapaciteten på <strong>Ethernet</strong> och den annorlunda accessmetoden ger<br />
nya möjligheter till utökad diagnostik och information från och mellan de<br />
anslutna enheterna.<br />
9<br />
9
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
<strong>Ethernet</strong> tillåter fri placering av ingenjörsstationer<br />
WAN<br />
Anläggningsnät<br />
Transparent<br />
access PA<br />
DP<br />
Lokal projektering<br />
Fjärranslutning<br />
Samma konfigurering som <strong>för</strong><br />
motsvarande <strong>fältbuss</strong><br />
Anläggningsövergripande<br />
projektering<br />
10<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
I processanläggningar sker numera det mesta ingenjörsarbete från en centralt<br />
belägen ingenjörsstation. Access till fältenheter sker antingen genom DCS:er<br />
och styrsystem eller så sker det från PC ansluten direkt på den aktuella<br />
bussen.<br />
Kraven blir allt större på att kunna nå fler enheter mera direkt och även att<br />
kunna nå dem från en fjärranslutning till exempel över Internet.<br />
Med <strong>Ethernet</strong> blir detta mycket enklare att realisera. Redan idag finns<br />
transparent tillgång till instrument och I/O genom proxy och länkar utan att<br />
behöva gå igenom DCS:er eller PLC:er.<br />
Konfigureringen av på <strong>Ethernet</strong> anslutna enheter sker inledningsvis på samma<br />
sätt <strong>för</strong> <strong>fältbuss</strong>ar men utvecklingen av XML-baserad konfigurering och andra<br />
metoder med till exempel autokonfigurering är på väg och med <strong>Ethernet</strong>s<br />
större möjligheter kan vi <strong>för</strong>vänta oss innovationer på detta område.<br />
10
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
I/O och Motion Control kräver realtids-<strong>Ethernet</strong><br />
Process- Process Process- Fabriks-Automation<br />
Fabriks Fabriks-Automation<br />
Automation Motion Control<br />
100ms<br />
TCP/UDP<br />
10ms
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Person- och materialsäkerhet på <strong>Ethernet</strong><br />
Flera <strong>Ethernet</strong>lösningar håller på att implementera och<br />
få godkännande av safety på <strong>Ethernet</strong> eller anlutning av<br />
underliggande säkerhetsbussar:<br />
• PROFINET implementerar PROFIsafe<br />
med samma funktionalitet som på<br />
PROFIBUS DP<br />
• PROFIsafe på PROFIBUS <strong>för</strong> PA och<br />
DP knyts till PROFINET med proxy<br />
• Fieldbus Foundation utvecklar safety<br />
<strong>för</strong> processinstrument. FF knyts till<br />
HSE som inbäddat protokoll<br />
• Powerlink implementerar säkerhetsapplikationer<br />
Säkerhetsapplikationer<br />
Industriellt<br />
<strong>Ethernet</strong><br />
12<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Personsäkerhet och skyddande av utrustning och miljö är mycket viktigt <strong>för</strong><br />
industrin. När <strong>fältbuss</strong>ar blev godkända <strong>för</strong> felsäker kommunikation innebar det<br />
en revolution <strong>för</strong> automationsapplikationer.<br />
Den mest utbredda felsäkra kommunikationen, PROFIsafe, bygger på<br />
kommunikation på standard <strong>fältbuss</strong> med en så kallad ”Black Channel” teknik.<br />
Detta innebär att alla åtgärder <strong>för</strong> att uppnå felsäkerhet är inbäddade i<br />
nyttodatadelen i telegrammet eller ut<strong>för</strong>s i sändaren respektive mottagaren i<br />
form av numrering av telegrammen, kodning av sändare/mottagare,<br />
övervakning med time-out osv. Allt detta är oberoende av <strong>fältbuss</strong>en som<br />
över<strong>för</strong> den felsäkra kommunikationen.<br />
Tack vare detta har det varit möjligt att över<strong>för</strong>a samma teknik på <strong>Ethernet</strong><br />
nästan helt utan ändringar.<br />
12
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Befintliga <strong>fältbuss</strong>ar integreras<br />
PROFINET<br />
Interbus,<br />
(DeviceNet,<br />
CC-Link . . .)<br />
PROFIBUS<br />
Proxy<br />
PA,<br />
P-NET<br />
eller FF<br />
Modbus/TCP<br />
respektive<br />
<strong>Ethernet</strong>IP<br />
HSE<br />
respektive<br />
P-NET on IP<br />
Linking<br />
Device<br />
Integration<br />
av<br />
befintliga<br />
system<br />
FF<br />
P-NET<br />
13<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Link<br />
Modbus I/O<br />
respektive<br />
DeviceNet<br />
Redan av de 5 största <strong>fältbuss</strong>arna finns det mer än 25 miljoner noder<br />
installerade i anläggningar över hela världen. Dessa representerar ett<br />
gigantiskt investerat kapital.<br />
Vid tillbyggnad, ombyggnad och uppdatering av dessa anläggningar är det helt<br />
nödvändigt att kunna integrera dessa befintliga <strong>fältbuss</strong>enheter i fabrikens nya<br />
nätverk.<br />
De Industriella <strong>Ethernet</strong>lösningar vi väljer måste ha integreringsmöjligheter <strong>för</strong><br />
befintliga anläggningsdelar. Ju transparentare desto bättre.<br />
13
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong>, fiberoptik, 1 Gbit, 10 Gbit . . .<br />
Vem sa att <strong>Ethernet</strong> är en standard? <strong>Ethernet</strong> är inte en utan många<br />
standarder. Följande bild visar lite av utmaningen Industriellt<br />
<strong>Ethernet</strong> står in<strong>för</strong> när man vill att det skall klara allt:<br />
Källa: Hirschmann ”Pocket Guide Industrial <strong>Ethernet</strong>”<br />
Industriellt <strong>Ethernet</strong> är idag oftast baserat på 100 BaseT på koppar.<br />
Fiberoptik används ofta och 1 Gbit är på väg liksom trådlöst . . .<br />
14<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong> följer idag med när du köper din hemdator. Tekniken är en<br />
(eller egentligen några stycken) av många olika IEEE-standarder <strong>för</strong> det<br />
fysiska nätet <strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>.<br />
Andra standarder är till exempel IEEE 802.3 (10BaseT), IEEE 802.3u<br />
(100BaseTX), IEEE 802.3ab (1000 BaseTX).<br />
Så vad skall en buss <strong>för</strong> Industriellt <strong>Ethernet</strong> klara? – Allt?<br />
Prestandakraven gör att Industriellt <strong>Ethernet</strong> idag är mer eller mindre<br />
standardiserat på 100BaseTX med anslutning via switchar vanligtvis med krav<br />
på prioriteringshantering, management och diagnostik.<br />
Men möjligheterna att använda trådlösa ingenjörsstationer <strong>för</strong> till exempel<br />
kalibrering av instrument på plats när man samtidigt är uppkopplad till<br />
instrumentet utan att behöva dra runt på en kabel . . .<br />
Möjligheterna är många och kraven kommer direkt.<br />
14
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong> med säkra accesspoints<br />
Med ett <strong>Ethernet</strong> som hämtar sina telegram från radioöver<strong>för</strong>ing<br />
blir säkerheten extra viktig:<br />
Kontorsnät<br />
IEEE IEEE standard<br />
Immun Immun mot mot störning (DSSS, (DSSS, OFDM) OFDM)<br />
Hög Hög hastighet (25 (25 MBit/s MBit/s netto) netto)<br />
Avstånd upp upp till till 100m 100m<br />
Wireless LAN LAN 802.11g(b), med med upp upp till till54MBit/s 54MBit/s vid vid<br />
2,4GHz 2,4GHz och och5GHz 5GHz och och radiogodkännande i i 30 30länder länder<br />
Optimerat radioprotokoll <strong>för</strong> <strong>för</strong> extremt till<strong>för</strong>litlig trådlös trådlös<br />
över<strong>för</strong>ing<br />
Utökad Utökaddatasäkerhet datasäkerhet genom genom128Bit 128Bit kryptering<br />
(802.11i, ny ny nyckel nyckel med med varje varje telegram)<br />
2x 2x 24 24 V redundant spännings<strong>för</strong>sörjning<br />
15<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Alla inser snabbt <strong>för</strong>delarna med ett trådlöst Industriellt <strong>Ethernet</strong>. Men ...<br />
Om vi känner oss osäkra när vi öppnar processanläggningens kommunikationsnät<br />
mot Internet så känner vi oss än mer osäkra när kommunikationen<br />
skall ske trådlöst.<br />
Förutom den rena datasäkerheten känns det som om vem som helst kan<br />
avlyssna eller koppla in sig på en accesspoint.<br />
Om man inte skyddar nätet är det fullt möjligt. Du kan surfa på grannens<br />
WLAN ut på Internet utan eget abonnemang. Kommer du till ett hotell kan du<br />
enkelt hacka dig in på deras WLAN.<br />
Hur skyddar vi då vår processanläggning.<br />
Samma teknik som nämnt tidigare med VPN används med WLAN (Wireless<br />
Local Area Network). Enkel kryptering <strong>för</strong> VPN stoppar de flesta hackare men<br />
en duktig sådan kan klara en fast krypteringsnyckel på 3 timmar. För de flesta<br />
anläggningar är det alldeles tillräckligt. Vem är så angelägen om att komma åt<br />
en industrianläggning att man offrar den tiden och de resurserna?<br />
Men behövs det kan man använda ännu bättre kryptering där nyckeln byts<br />
med varje telegram. Då krävs det rent matematiskt 50000 år att hacka sig in<br />
på det trådlösa nätverket.<br />
15
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Slutsats: Industriellt <strong>Ethernet</strong> i <strong>stället</strong> <strong>för</strong> <strong>fältbuss</strong>ar<br />
och självklart med en del trådlöst Industriellt <strong>Ethernet</strong><br />
MES<br />
Industriellt <strong>Ethernet</strong><br />
WAN<br />
Kontorsnät<br />
Operatörsstation Produktionsceller<br />
16<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Sammanfattningsvis kan vi konstatera att Industrins kommunikationsbehov är<br />
stort och snabbt växande.<br />
Fältbussarna har en enorm utbredning (>>26 miljoner noder) och växer<br />
snabbare än aldrig <strong>för</strong>r (>4 miljoner noder per år).<br />
Fältbussar är mångsidigare än man i sin vildaste fantasi kunde <strong>för</strong>eställa sig<br />
<strong>för</strong> 20 år sedan när de planerades.<br />
Men <strong>fältbuss</strong>arna räcker inte till i framtiden. Under de närmaste 10 åren får vi<br />
se en övergång till större bandbredd, snabbare över<strong>för</strong>ing, fler funktioner, en<br />
ökad enhetlighet med ökad integrering, direktkoppling till MES och ERP och<br />
fullständig integrering till världsomspännande system som Internet.<br />
Industriellt <strong>Ethernet</strong> är redo att ta över med början idag!<br />
Trådlöst Industriellt <strong>Ethernet</strong> har sin självklara plats bland övriga möjligheter.<br />
Samtidigt kommer <strong>fältbuss</strong>arna att dominera många år ännu. Lägre pris, större<br />
funktionalitet inledningsvis, många gånger fler produkter, profiler och<br />
applikationer. Och med möjligheten att fullständigt integrera befintliga<br />
<strong>fältbuss</strong>installationer i kommande Industriella <strong>Ethernet</strong>lösningar brådskar det<br />
inte.<br />
16
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Nya funktioner tack vare <strong>Ethernet</strong><br />
ERP<br />
MES<br />
Asset Management<br />
Order Management<br />
Personnell management<br />
. . .<br />
Internet<br />
Data<br />
i HTML-sidor<br />
och via Applets<br />
• Fjärrdiagnostik<br />
•<br />
•<br />
FAQs<br />
Download<br />
dokumentation<br />
@<br />
• Processoptimering<br />
• Uppdateringar<br />
17<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
En av de stora <strong>för</strong>delarna med att gå över till Industriellt <strong>Ethernet</strong> är alla de nya<br />
möjligheterna.<br />
Företagsledningens planering (ERP) kan direkt med befintliga system (MES)<br />
styra produktionen i onlinekopplade system. Beställningsingången och<br />
resurstillgången kan optimera tillverkningen. Asset Management, kvalitetsuppföljning,<br />
spårbarhet, lagerplanering och logistik kan styras från produktionen<br />
i onlinekopplade system (MES).<br />
En hel värld öppnar sig <strong>för</strong> fjärrdiagnostik, processoptimering, online-uppdateringar,<br />
ingenjörshjälp i form av FAQ och nedladdningsbar dokumentation.<br />
Anläggningens hela övervakning kan göras tillgänglig i form av HTML-sidor,<br />
Applets eller annan Internetteknik varhelst den behövs.<br />
17
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Vilken <strong>Ethernet</strong>lösning klarar industrins alla krav?<br />
Person- Security och<br />
materialsäkerhet<br />
IT-Standards<br />
Echtzeit-<br />
Process Kommunikation<br />
Dezentrale<br />
Realtids-<br />
Feldgeräte<br />
kommunikation<br />
?<br />
Safety PROFINET<br />
IT-Standard<br />
& Säkra nät<br />
Industrimässig Netzwerkinstallation<br />
Installation<br />
Distribuerad<br />
Automation<br />
Motion<br />
Distribuerade Control<br />
fältenheter<br />
Verteilte<br />
Intelligenz<br />
Motion<br />
Control<br />
18<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Ingen <strong>Ethernet</strong>lösning klarar av alla industrins krav!<br />
Men de flesta av önskemålen i pusslet ovan kan uppfyllas idag eller inom en<br />
snar framtid. Resten kan vi <strong>för</strong>vänta oss kommer inom ett par tre år.<br />
Det viktiga är att söka enhetliga, internationellt standardiserade, Industriella<br />
<strong>Ethernet</strong>lösningar som täcker hela anläggningen.<br />
18
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Inbäddade protokoll på Industriellt <strong>Ethernet</strong><br />
Fältbussteknik på standard <strong>Ethernet</strong> med TCP/IP<br />
alternativt UDP/IP. De respektive protokollen är som<br />
<strong>fältbuss</strong>protokoll och kapslas in i standard <strong>Ethernet</strong>telegram.<br />
<strong>Ethernet</strong>/IP,<br />
Modbus TCP,<br />
HSE,<br />
P-Net<br />
Applikationsprotokoll<br />
ev. Nätverk & Transport<br />
Implicit Msg Explicit Msg<br />
Inbäddat protokoll<br />
TCP<br />
19<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
IP<br />
UDP<br />
<strong>Ethernet</strong> MAC<br />
<strong>Ethernet</strong> IEEE 802.3 Fysik<br />
Standar <strong>Ethernet</strong>produkter kan anslutas och kommunicera<br />
obehindrat. Busstiden bestäms av totala lasten. Ingen realtid.<br />
De <strong>för</strong>st realiserade Industriella <strong>Ethernet</strong>lösningarna använder sig av metoden<br />
att transportera ett <strong>fältbuss</strong>protokoll inbäddat i ett vanligt TCP/IP-telegram.<br />
Tekniken har flera <strong>för</strong>delar:<br />
• Det blir snabbt tillgängligt på marknaden<br />
• Befintliga <strong>fältbuss</strong>ar kan enkelt anslutas med en transparent link<br />
• Full TCP/IP-trafik kan köras parallellt<br />
Tekniken har vissa nackdelar:<br />
• Man får inte mer än vad <strong>fältbuss</strong>en kan<br />
• Man blir beroende av <strong>Ethernet</strong>s normala svarstider på 100 ms eller mer om<br />
inte övrig trafik spärras eller starkt begränsas<br />
19
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
<strong>Ethernet</strong> IP<br />
Internet<br />
ERP....<br />
CIP<br />
DeviceNet<br />
specifikation<br />
CIP<br />
telegram<br />
<strong>Ethernet</strong><br />
Router<br />
Bridge<br />
EtherNet/IP<br />
MMI<br />
PLC<br />
Logiskt<br />
nätverkssegment<br />
DeviceNet<br />
Common Industrial Protocol<br />
FTP CIP SNMP ...<br />
TCP UDP<br />
IP<br />
IEEE 802.3<br />
Bridge<br />
ControlNet<br />
20<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
CIP<br />
ControlNet<br />
specifikation<br />
DeviceNet ControlNet<br />
EtherNet/IP<br />
<strong>Ethernet</strong>/IP har bäddat in DeviceNet i ett TCP/IP-telegram. På applikationsnivå<br />
har man samma program som används <strong>för</strong> DeviceNet och <strong>för</strong> Control/Net och<br />
som kallas CIP (Common Industrial Protocol).<br />
Man har öppnat möjligheten att ansluta I/O över <strong>Ethernet</strong> på samma sätt som<br />
I/O anslutits på <strong>fältbuss</strong> tidigare.<br />
Genom att änvända UDP/IP kan man <strong>för</strong> några få I/O nå svarstider ner mot<br />
10 ms men i en normal anläggning ligger man betydligt högre.<br />
20
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Modbus/TCP<br />
Andra varianter<br />
Annan fysik<br />
MODBUS APPLIKATIONSPROGRAM<br />
Modbus+/HDLC<br />
<strong>Ethernet</strong>fysik<br />
Master/Slav<br />
RS232/485<br />
MODBUS TCP<br />
<strong>Ethernet</strong>fysik<br />
21<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
TCP<br />
IP<br />
<strong>Ethernet</strong> 802.3<br />
Med Modbus/TCP har man öppnat ännu en möjlighet att prata Modbus.<br />
Därmed kan nya I/O med Modbus anslutas direkt på <strong>Ethernet</strong> och befintliga<br />
I/O anslutna över RS485 kan med en link integreras i <strong>Ethernet</strong>.<br />
Modbus/TCP kan inte nå svarstider under 20 ms och i normala anläggningar<br />
hamnar cykeltiderna runt 50 ms och uppåt.<br />
21
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
FF-HSE och P-Net<br />
LINK<br />
FF HSE/P-Net<br />
kommunikations<br />
stack<br />
IP<br />
<strong>Ethernet</strong> 802.3<br />
<strong>Ethernet</strong>fysik<br />
FF H1/P-Net<br />
kommunikations<br />
stack<br />
MBP-fysik<br />
24 V DC<br />
FF eller<br />
P-NET<br />
22<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Fieldbus Foundation tog tidigt fram en möjlighet att ansluta DCS:er över<br />
<strong>Ethernet</strong> med HSE (High Speed <strong>Ethernet</strong>). Det finns inga processinstrument<br />
som anslutes direkt till HSE utan endast gateways sk HSE/FF-links som gör<br />
att man kan ansluta upp till 4 Foundation Fieldbus slingor till en link och<br />
därmed till ett <strong>Ethernet</strong>interface i DCS:en.<br />
P-NET är en processbuss med samma fysik som FF och <strong>Profibus</strong> PA.<br />
P-NET on IP är samma lösning som HSE men <strong>för</strong> att ansluta befintliga P-NET<br />
<strong>fältbuss</strong>ar över <strong>Ethernet</strong> till DCS.<br />
22
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Realtidslösning med eget protokoll på <strong>Ethernet</strong>fysik<br />
Realtids ringformat subnät med ett enda cirkulerande telegram<br />
i en <strong>Ethernet</strong>ram utan IP, TCP eller UDP. Med en master som<br />
inkluderar gateway till överliggande standard <strong>Ethernet</strong>.<br />
EtherCat<br />
Egen ASIC i varje deltagare<br />
i subnätet och<br />
endast ett cirkulerande<br />
telegram ger realtid<br />
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Realtidslösning med eget protokoll på <strong>Ethernet</strong>fysik<br />
Realtids dubbelriktat (100 + 100 Mbit/s) nät på <strong>Ethernet</strong>-fysik.<br />
Helt eget protokoll med telegram och access som inte följer<br />
<strong>Ethernet</strong>standard.<br />
SynqNet<br />
Helt eget slutet nätverk<br />
med eget protokoll gör<br />
att man uppnår cykeltider<br />
ner till 25 µs och noggrannhet<br />
på 1 µs.<br />
Inga <strong>Ethernet</strong>telegram<br />
tillåts.<br />
Drivutrustning<br />
SynqNet MAC<br />
<strong>Ethernet</strong> Fysik<br />
Interfacemodul<br />
24<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
SynqNet har också ett helt eget protokoll där endast fysiken är hämtad från<br />
<strong>Ethernet</strong>.<br />
Här adresseras varje motorstyrning med egna telegram där börvärde skickas<br />
med ett trådpar och ärvärde skickas av motorenheten över ett annat trådpar.<br />
Därmed uppnås 2x100Mbit/s.<br />
Genom att applikationen endast är till <strong>för</strong> motorreglering och ingen annan trafik<br />
är möjlig uppnås mycket bra realtidsegenskaper med reglering av flera axlar<br />
på cykeltider ner till 25 µs och synkroniseringsnoggrannhet under 1 µs.<br />
Interfacemodulen är i det här fallet en elektronikkrets och inte en ASIC.<br />
24
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Realtidslösningar med stängda <strong>Ethernet</strong>segment<br />
Realtidsfunktionaliteten uppnås genom stängda <strong>Ethernet</strong>segment<br />
via gateways.<br />
Powerlink<br />
I protected mode<br />
uppnås 0,2 ms cykeltid<br />
<strong>för</strong> några få axlar med en<br />
noggrannhet på 1 µs.<br />
<strong>Ethernet</strong><br />
MAC<br />
Gateway<br />
Standard Powerlink<br />
<strong>Ethernet</strong><br />
MAC<br />
<strong>Ethernet</strong> MAC<br />
<strong>Ethernet</strong> IEEE 802.3 Fysik<br />
HUB HUB<br />
UDP TCP<br />
EPL Data Link Layer<br />
Standar <strong>Ethernet</strong>produkter kan ej anslutas i segmentet. Begränsad<br />
IT-trafik (små telegram i tidsslot) till Powerlinknoder.<br />
Open mode med utökad funktion, t.ex. inbäddad CAN-open,<br />
men utan ovannämnda realtidsegenskaper.<br />
25<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
NMT<br />
EPL Application<br />
Object Dictionary<br />
PDO SDO Command<br />
SDO Sequence<br />
Med en gateway avskiljs det segment där realtidstrafik skall gälla. Med en<br />
master delas trafiken upp i tidsslot. Ett tidsslot per deltagare plus ett tidsslot <strong>för</strong><br />
övrig trafik. Från mastern synkroniseras cykeltid och start. Tekniken är främst<br />
avsedd <strong>för</strong> reglering av axlar, Motion Control. Med till exempel 8 axlar och 200<br />
µs cykeltid blir varje tidsslot ca 20 µs. Vanlig TCP/IP trafik begränsas därmed<br />
till 1-10% bandbredd och antalet byte i telegrammen begränsas kraftigt.<br />
Tekniken är speciellt lämpad <strong>för</strong> Motion Control och har klara <strong>för</strong>delar:<br />
• All trafik i den egna delen av nätverket kontrolleras av en master<br />
• Realtid med cykeltider på 200 µs och synkroniseringsnoggrannhet
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Realtidslösningar med tidmärkning och prioritet<br />
JetSync<br />
OnTime<strong>Ethernet</strong><br />
Synkronisering genom<br />
tidmaster och tidmärkning<br />
av alla telegram. Prioriterade<br />
telegram och vid tids<strong>för</strong>dröjning<br />
kompenseras <strong>för</strong><br />
tids<strong>för</strong>skjutningen.<br />
IT-Applikationer<br />
• HTTP<br />
• SNMP<br />
• DHCP...<br />
TCP UDP<br />
IP<br />
<strong>Ethernet</strong> MAC<br />
<strong>Ethernet</strong> IEEE 802.3 Fysik<br />
Realtids<br />
kanal<br />
Standar <strong>Ethernet</strong>produkter kan anslutas och kommunicera<br />
med viss <strong>för</strong>dröjning. Busstiden ligger runt 1ms <strong>för</strong> 1-2 axlar<br />
med 10 µs synkronisering.<br />
26<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Om man vill bevara öppenheten med TCP/IP-trafik och ändå uppnå realtid är<br />
detta en enkel metod.<br />
En master skickar ut tidssynkronisering så att alla realtidsdeltagare kan ställa<br />
sina klockor. Därefter sker realtidstrafiken som prioriterade tidsstämplade<br />
telegram med direkt access till Macadresserna och en kompensation i varje<br />
slav <strong>för</strong> eventuella tids<strong>för</strong>dröjningar i transporten.<br />
Cykeltider på runt 1 ms <strong>för</strong> ett par axlar och en synkroniseringsnoggrannhet på<br />
ca 10 µs kan uppnås.<br />
Onogrannheten uppstår genom att normal TCP/IP-trafik visserligen stoppas i<br />
switcharna pga lägre prioritet men ett pågående telegram stoppas ju inte när<br />
realtidstelegrammet kommer. Ett TCP/IP-telegram kan ta upp till 125 µs och<br />
det kan inte slavarna kompensera <strong>för</strong> fullt ut.<br />
Realtid<br />
26
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Distribuerad automation med <strong>Ethernet</strong><br />
PROFINET CBA och RT PROFINET IRT med CBA och RT<br />
IT-Applikationer<br />
• HTTP<br />
• SNMP<br />
• DHCP...<br />
TCP UDP<br />
PROFINET Applikationer<br />
Standard<br />
kanal<br />
1<br />
Realtids<br />
kanal<br />
2<br />
Realtid<br />
IP<br />
<strong>Ethernet</strong> MAC<br />
2 RT<br />
<strong>Ethernet</strong> IEEE 802.xxx Fysik<br />
Standard <strong>Ethernet</strong> med TCP/IP<br />
ellerUDP/IP <strong>för</strong> CBA (Component<br />
Based Automation) och ITfunktioner.<br />
Realtid (ca 5ms) genom prioriterade<br />
telegram.<br />
IT-Applikationer<br />
• HTTP<br />
• SNMP<br />
• DHCP...<br />
PROFINET Applikationer<br />
Standard<br />
1 kanal<br />
IP<br />
<strong>Ethernet</strong> MAC<br />
2 RT 3 IRT<br />
<strong>Ethernet</strong> IEEE 802.3 Fysik<br />
Inbyggd 2/4 portars realtidsswitch<br />
27<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
TCP<br />
UDP<br />
Realtids<br />
kanal<br />
Realtid<br />
Inbyggd switch garanterar synkron<br />
realtid från 0,25 ms med<br />
1 µs noggrannhet. Minst 50%<br />
bandbredd kvar <strong>för</strong> standard<br />
TCP/UDP-IP <strong>för</strong> CBA och ITfunktioner<br />
(full telegramlängd).<br />
Tekniken använder standard <strong>Ethernet</strong> med standard TCP/IP <strong>för</strong> det mesta av<br />
trafiken. Där realtid behövs utnyttjas <strong>Ethernet</strong>s möjlighet med prioriterade<br />
telegram. Genom att realtidskommunikationen omfattar endast kända<br />
deltagare kan TCP/IP undvikas <strong>för</strong> realtidstelegrammen. Därigenom uppnås<br />
svarstider från 1 till 10 ms.<br />
För realtidsapplikationer som kräver lägre svarstider används enheter med<br />
inbyggd <strong>Ethernet</strong>switch med två eller fyra portar. Realtidssegmentet byggs i<br />
linje eller ring bestående av deltagare som alla har inbyggd switch. Eftersom<br />
deltagare med fyraportars switch då får två lediga portar kan standard TCP/IP<br />
deltagare anslutas varhelst en sådan switch finns.<br />
I realtidssegmentet delas cykeltiden (ställbar från 250 µs) in i en realtidsdel<br />
och en öppen del. Den öppna delen är aldrig mindre än 50% vilket ger plats <strong>för</strong><br />
minst ett fullängds TCP/IP-telegram var 0,25 ms. Bandbredd >50%.<br />
Fördelar:<br />
• Alltid utrymme <strong>för</strong> minst 50% övrig TCP/IP-trafik<br />
• Standard <strong>Ethernet</strong>teknik och protokoll hela vägen<br />
• Switchar som används <strong>för</strong> all Industriellt <strong>Ethernet</strong> finns inbyggda i enheterna<br />
i realtidssegmenten. Kostnaden <strong>för</strong> yttre switchar bortfaller.<br />
• Protokollet innehåller på applikationsnivå mer än vad <strong>fältbuss</strong>ar kan ge.<br />
Exempelvis CBA.<br />
• Fältbussar kan anslutas med proxy och blir därmed transparent tillgängliga<br />
Nackdelar:<br />
• Separat ASIC måste byggas in <strong>för</strong> att nå svarstider på 1 ms eller lägre<br />
• Ett nytt protokoll och inte en befintlig <strong>fältbuss</strong>.<br />
27
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Distribuerad automation med <strong>Ethernet</strong><br />
Process- Process Process- Fabriks-Automation<br />
Fabriks Fabriks-Automation<br />
Automation Motion Control<br />
100ms<br />
TCP/UDP<br />
10ms
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Distribuerad automation med <strong>Ethernet</strong><br />
Enterprise<br />
Resource<br />
Planning<br />
Manufacturing<br />
Execution<br />
System<br />
Fabriks och<br />
Process<br />
Automation<br />
ERP<br />
Interface enligt standard ISA S 95<br />
Produktion<br />
Kvalité<br />
MES<br />
PLC och fältenheter<br />
Steg 1:<br />
Definition av<br />
underhållsinterface<br />
29<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
Maintenance<br />
Underhåll<br />
PROFINET interface<br />
PROFINET bygger vidare och utnyttjar integrationen med den<br />
övriga <strong>Ethernet</strong>världen. Med profiler <strong>för</strong> MES in<strong>för</strong> man en ny<br />
dimension i industriell kommunikation.<br />
En <strong>Ethernet</strong>lösning med ambitioner.<br />
Dagens alla profiler <strong>för</strong> <strong>Profibus</strong> (PROFIsafe, PROFIdrive, DPV1, DPV2,<br />
SEMI, PA, Encoder, HMI m.fl.) kommer att implementeras i PROFINET.<br />
Därutöver finns redan CBA (Component Based Automation).<br />
MES-funktioner med början i form av en Mainenance Profile kommer sedan att<br />
till<strong>för</strong>a funktionalitet långt utöver vad en <strong>fältbuss</strong> klarar.<br />
Inventory<br />
29
Presentation<br />
Industriell<br />
kommunikation<br />
Fältbussar<br />
Var<strong>för</strong> <strong>Ethernet</strong>?<br />
Industrins krav<br />
på <strong>Ethernet</strong><br />
Trådlöst <strong>Ethernet</strong><br />
Nya funktioner<br />
Olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
Konfigurering<br />
Diagnostik<br />
Jäm<strong>för</strong>else mellan 11 olika <strong>Ethernet</strong>lösningar<br />
<strong>Ethernet</strong>lösning<br />
EtherCat<br />
<strong>Ethernet</strong>/IP<br />
HSE<br />
JetSync<br />
Modbus/TCP<br />
OnTime<strong>Ethernet</strong><br />
P-Net <strong>Ethernet</strong><br />
Powerlink<br />
PROFINET<br />
Sercos III<br />
SynqNet<br />
Anslutning av<br />
andra bussar<br />
DeviceNet<br />
FF<br />
Modbus<br />
P-Net<br />
PROFIBUS, Hart,<br />
Interbus<br />
1) vid 50% samtidig TCP/IP-trafik<br />
Motion Control<br />
Axlar / cykeltid/ synk<br />
100/ 0,25ms/ 1µs<br />
2/ 1ms/ 10µs<br />
2/ 1ms/ 10µs<br />
20/ 0,8ms/ 1µs<br />
100/ 0,75ms/ 1µs 1)<br />
100/ 0,80ms/ 1µs 1)<br />
32/ 0,1ms/ 1µs<br />
samtidig<br />
andel TCP/IP<br />
1-10% och kräver<br />
extra modul<br />
50 - 100%<br />
50 - 100%<br />
1 - 10%<br />
50 - 100%<br />
0 - 50%<br />
Realtidsmetod<br />
Special HW och<br />
eget protokoll<br />
Tidsynk. + -märkn.<br />
Tidsynk. + -märkn.<br />
Stängt segment<br />
och tidslot<br />
Inbyggd switch<br />
Inbyggd switch<br />
Special HW och<br />
eget protokoll<br />
IT och andra<br />
funktioner<br />
Mycket begränsad<br />
och med extra hw<br />
Extern IT möjlig<br />
Fjärrprog.<br />
Extern IT möjlig<br />
Extern IT möjlig<br />
Extern IT möjlig<br />
Begränsad IT,<br />
Safety<br />
IT, CBA, MES,<br />
Safety, Fjärrprog.<br />
30<br />
PROFIBUS i Sverige <strong>Ethernet</strong>seminarier 2005 lars h<br />
En jäm<strong>för</strong>else mellan de olika <strong>Ethernet</strong>lösningarna är med nödvändighet svår.<br />
De har olika ambitioner och olika användningsområden.<br />
Vissa är helt tillverkarberoende och andra är redan internationell standard.<br />
Tabellen tar upp de olika inriktningarna och områdena som en <strong>Ethernet</strong>lösning<br />
bör omfatta <strong>för</strong> att vara mera allmängiltig.<br />
30
Change language