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PROFINET: strumenti per progettazione, commissioning e oltre…
Gli strumenti offerti da PROFINET
dalla progettazione al
commissioning… e oltre…
Paolo Ferrari & CSMT Gestione s.c.a.r.l.
Facoltà di Ingegneria, Università di Brescia,
Via Branze 38 - 25123 Brescia (Italy)
Tel: +39-030-6595111 fax: +39-030-6595000
e-mail: [email protected] , [email protected]
 2004-2013 CSMT Gestione Scarl
1
Come PROFINET supporta gli utenti
 Progettazione
• Guide di installazione e tool di verifica disponibili gratuitamente
• Formazione certificata fornita dai Centri di Training accreditati
• Strumenti di safety integrata (PROFIsafe)
• Prestazioni sempre ai massimi livelli
 Commissioning
• Componenti PROFINET certificati da enti terzi
• Infrastruttura compatibile PROFINET
• Validazione e test di accettazione
 Esercizio
• Gestione della diagnostica a tutti i livelli
• Manutenzione facile ed immediata con la topologia di sistema
2
PROFINET
strumenti per la
progettazione
3
PROFINET è un sistema completo
 Le caratteristiche di PROFINET si riflettono sulle possibilità di
progettazione
• Protocollo di comunicazione scalabile
• Ridondanza
• Configuration in Run (CiR)
• Integrazione di altri fieldbus
• Architetture di rete e nuove possibilità
• Sicurezza funzionale
• Wireless
• PROFIenergy per l’efficienza energetica
4
PROFINET è un bus unico: ci si collegano tutti i dispostivi
Automation topologies with PROFINET
PG/PC
HMI
PLC
IWLAN
Diagnostics
Motion
Control
Field device
Drive
Web/TCP/IP
AccessPoint
Field device
5
PROFINET è un bus flessibile: nessun vincolo alla topologia
 Switch integrati nei dispostivi
 Ridondanza ad anello con riconfigurazione in tempo reale
 Benefici immediati
• Riduzione dei costi e più flessibilità
• Alta disponibilità di impianto
Ring
Bus
Tree
Star
6
PROFINET è un bus che chiama tutti per nome
 Nomi chiari per tutti i dispostivi: identificazione e diagnostica
 Nomi ai connettori e poi sui cavi
 Prevenzione degli errori, identificazione chiara e localizzazione guasti
• Veloce riparazione dei guasti
Offline-Engineering
Online-Diagnostics
Web-View
Ogni porta ha un nome coerente con il dispositivo a cui appartiene
Offline-Engineering
Device-Housing
Online-Diagnostics
X1 P2
7
8
PROFINET è un bus che può vivere senza fili
 Pieno supporto alle tecnologie wireless
 Alta produttività se comparata alle soluzioni meccaniche classiche
per le parti in movimento (es. cavi flessibili)
 Aumento di flessibilità e mobilità
• Comunicazione da ogni posizione
• Facilità di espansione e modifica
• Superamento dei limiti meccanici
 Costi ridotti
• Meno costi di manutenzione
e installazione
• Componenti standard anche
per sistemi failsafe
8
La soluzione è PROFIsafe
Caratteristiche principali di PROFIsafe
 Funzioni standard e di sicurezza su un unico cavo: un solo
sistema di sviluppo = riduzioni costi
 Certificato SIL 3, AK6 e CAT 4 nella EN954-1
 Basato su IEC 61508 e IEC 61511
PLC con
funzione
fail-safe
Componente
standard
Sicurezza per mezzo di software
aggiuntivo in ogni componete
Componente
fail-safe
I/O
Fail-safe
I/O
Standard
Azionam.
Dispositivo
failsafe
9
PROFIsafe: Come funziona
Applicazione
sicura
Applicazione
Standard,
e.g. diagnostica
Applicazione
Standard,
e.g. diagnostica
Livello
PROFIsafe
Applicazione
sicura
Livello
PROFIsafe
Protocol
Standard
Livello
PROFIsafe
Protocol
Standard
“Black
Channel"
Messaggio standard PROFIBUS o PROFINET IO
S
PROFINET IO, PROFIBUS-DP, Backplane
F Input/Output Data
S
S
Status /
Control Byte
S
CRC2
across
F data
and
F parameter
and Vconsnr_h
Max. 12 / 123 Bytes
1 Byte
3/4 Bytes *)
*) 3 Bytes per un massimo di
12 Byte F I/O data
4 Byte for a max. of
123 Bytes F I/O data
PROFIsafe Container = dati “sicuri”
10
PROFIsafe: Sicurezza funzionale su tutto il percorso
IO
Controller
FHost
Intrinsic Safety
(Ex-i)
Oppure con RS485-IS
Es. per valvole ESD ad alta velocità
PROFINET IO
PN IO/
DP
Link
Local bus
RS485
DP-PA
MBP-IS
Link
PA Device
Actuator
Remote I/O
PN IO
MBP-IS
RS485
F-DI
F-DO
F-AI
PA Device
F F
D D
I O
D
e
v
i
c
e
F
Device
PROFINET IO transmission
Data transmission for explosion-proof areas
High speed data transmission
Fail-safe digital input
Fail-safe digital output
Fail-safe analog input
Device according process automation device model (IEC 61804)
F
A
I
PA Device model acc.
IEC 61804:
- Physical Block
- Function Block(s)
- Transducer Block
11
PROFIsafe + Shared Device
 Originariamente sistema di sicurezza e automazione sono su due reti
separate. Il dialogo avviene con linee IO convenzionali
 Ora è possibile mescolare moduli sicuri e moduli normali sullo stesso
shared-device. Ogni controller comanda solo i suoi IO.
 Il PLC di sicurezza ha un suo progetto separato.
IO controller
F-IO controller
IO controller
F-IO controller
IE / PROFINET
PN / PROFIsafety
DO
DI
F-PM
PM
DO
PM
DI
F-DI
IE / PROFINET
DO
F-PM
PM
F-DI
PN / PROFIsafety
IO Device
as Shared Device
E-Stop
E-Stop
K1
External
Power Supply
External
Power Supply
12
PROFINET IO: Ottimizzazione in 4 passi
 Fast Forwarding: ottimizzazione del tempo di inoltro dei pacchetti da
parte degli switch
 Dynamic Frame Packing: singolo frame per più dispositivi
 Fragmentation: gestione efficiente della frammentazione per ottenere
tempi di ciclo ridotti
13
Barra delle prestazioni
 Prestazioni e numerosità di applicazioni reali a confronto
8 ms
1 ms
250 us
125 us
62.5 us
31.25 us
Numero di
applicazioni
95%
4%
0.1%
0.9%
Prestazioni sistema
PROFINET IO RT
PROFINET IO IRT
senza DFP e
senza frammentazione
Limite applicazioni reali
attuali
Unico
controllore reale
industry grade
PROFINET IO IRT
con DFP e
frammentazione
14
Riassunto risultati PROFINET IO IRT
IO-C
Controller
Test case 1 – mini sistema centralizzato
 Tempo di ciclo : 62.5 us [50% per TCP]
IO-D
Test case 2 – sistema medio decentralizzato
 Tempo di ciclo senza DFP: 250 us [60% per TCP]
 Tempo di ciclo con DFP: 250 us [70% per TCP]
IO-C
Controller
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
Test case 3 – sistema motion medio
 Tempo di ciclo senza DFP: 250 us [60% per TCP]
 Tempo di ciclo con DFP: 62.5 us [50% per TCP]
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-C
Controller
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
IO-D
15
IO-D
Strumenti online per la progettazione
 Sito web www.profibus.com
• Sito dell’associazione PI (Profibus & Profinet International)
• Guide di installazione e progettazione
16
Strumenti online per la progettazione
 Sito www.profibus.com
• Tool per il calcolo
del carico di rete
• Permette di stimare
l’occupazione di rete
17
Formazione a tutti i livelli
 PROFIBUS e PROFINET sono sistemo di comunicazione basati su
reti digitali
 Il funzionamento di un impianto dipende dalla salute dei suoi
componenti
• Cavi e connettori
• Slave e master
• Software di configurazione e gestione
 Serve formazione a tutti i livelli
• Cablatori
• Progettisti
• Manutentori
 I Centri di Training accreditati (PITC) forniscono
• Corsi certificati per cablatori (CPI, CPNI)
• Corsi certificati per progettisti/manutentori (CPE e CPA, CPNE)
• Corsi su misura per manutentori di grandi impianti
18
Esempio: corso CPNE
 Il corso “Certified PROFINET Engineer” è riconosciuto a livello
mondiale.
 E’ stato standardizzato da PROFIBUS International
 Il corso standard “Certified PROFINET Engineer” è organizzato in 3
giorni intensivi di teoria e pratica (“hands-on”). L’ultimo giorno i
partecipanti sosterranno un esame ufficiale e riceveranno un attestato
con il titolo di “Certified Engineer” solo in caso di esito positivo.
 Un mezzo efficace per distinguersi nel mondo PROFINET mostrando
la propria competenza
20
PROFINET
strumenti per il
commissioning
21
Schema riassuntivo e definizioni
 Tre tipologie
 Certificazione di un dispositivo che partecipa attivamente al
dialogo PROFINET IO (IO-Controller, IO-Device…)
• Obbligatorio per poter usare in nome PROFINET
• Regole di certificazione definite da PROFIBUS International
• Possibile solo presso laboratori autorizzati (Nessuno in Italia)
 Certificazione dei componenti passivi che compongono una rete
(connettori, cavi…)
• Autocertificazione del costruttore
• Limiti definiti da PROFIBUS International
 Audit e verifica di un impianto
• PROFIBUS International definisce delle linee guida per la
realizzazione di impianti
• Enti terzi imparziali verificano l’impianto e il progetto
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Esempio: Certificazione dei dispositivi PROFINET
 Un componente attivo (IO-Controller,
IO-Device…) che utilizza il protocollo
Device
PROFINET non è automaticamente
Under Test
un dispositivo PROFINET.
 Per poter affermare che il prodotto
è un componente PROFINET
Campagna di test
nel laboratorio
è necessario farlo certificare
prove
 PROFIBUS International pubblica
le specifiche dei test da eseguire
No
per verificare l’aderenza del
OK ?
dispositivo al protocollo PROFINET.
Si
 L’esecuzione dei test è possibile
solo presso laboratori accreditati
Certificazione
 Il superamento del test permette
attraverso PROFIBUS
di richiedere il certificato che viene
International
rilasciato solo da PROFIBUS International
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Esempio: Certificazione dei dispositivi PROFINET
 Certificare un prodotto equivale a garantirne le caratteristiche dal
punto di vista PROFINET.
 La certificazione è utile all’utente finale che è sicuro del buon
funzionamento
 La certificazione è utile al costruttore che limita le sue responsabilità
 La certificazione PROFINET è obbligatoria per tutti gli elementi attivi
di una rete che trasporta informazioni legate alla safety (cioè dove
sono presenti dispositivi PROFIsafe), anche se non coinvolti nella
funzione di sicurezza.
24
Certificazione dei dispositivi/componenti passivi
 I componenti passivi sono importantissimi in una rete
PROFINET (e, in generale, Ethernet)
 Cavi, connettori, accoppiatori elettro-ottici, pannelli di derivazione
(patch panel…) costituiscono l’ossatura della rete garantendo
l’integrità del segnale elettrico
 PROFIBUS International pubblica delle specifiche di riferimento per
questi componenti e chiede che ogni costruttore autocertifichi che i
suoi componenti siano migliori (o uguali)
 Una infrastruttura di impianto realizzata utilizzando solo componenti
passivi con autocertificazione PROFINET è automaticamente adatta a
trasportare il protocollo PROFINET.
 Rimangono da verificare il montaggio ed eventuali componenti “strani”
25
Audit e verifica di un impianto PROFINET/PROFIBUS
 PROFIBUS International pubblica delle linee guida per la
realizzazione di impianti e sistemi PROFINET/PROFIBUS
 Alcune di queste raccomandazioni sono state recepite a livello
internazionale negli standard IEC61784-5 e IEC61918
 Realizzare un impianto seguendo le raccomandazioni equivale a
garantirne il funzionamento e le prestazioni previste
 La verifica dell’aderenza di un impianto alle linee guida è lasciato ad
un accordo tra fornitore e committente
 Solitamente ci si affida ad un ente terzo (indipendente da entrambi)
che verifichi le condizioni dell’impianto.
26
La topologia di rete PROFINET
 Generalmente gli impianti sono composti
• da più reti Ethernet separate: ogni rete è collegata alla " rete
Ethernet di impianto " per mezzo di un gateway (ad esempio
una scheda CP dedicata nel PLC)
• da un’unica rete Ethernet
 PROFINET IO viene trasportato solo nelle reti di livello inferiore.
Factory network and gateways– out of scope of the validation
Gateway
Gateway
Gateway
Gateway
Gateway
Switch
Automation
island
networks
– in scope
Switch
IO-Device
1
2
3
IO-Device
4
1
2
3
4
IO-Controller
11
10
IO-Controller
5
9
8
7
11
6
10
5
9
8
7
6
Switch
Switch
IO-Device
1
IO-Device
1
2
3
2
3
4
1
2
3
4
IO-Controller
4
IO-Controller
11
11
10
10
5
11
6
10
5
5
9
8
7
9
8
7
9
8
7
6
27
6
Esempio: Le fasi di verifica dell’impianto
 Il cliente assegna al Centro di Competenza il ruolo di ente
imparziale che verifica la corrispondenza con le regole di
realizzazione dettate da PROFIBUS International
 Nell’esperienza del nostro centro di competenza la verifica
dell’impianto PROFINET/PROFIBUS è suddivisa in due fasi
1. Autocertificazione OEM e controllo su prototipo
• Viene fornita una checklist di autovalutazione
• Il Centro di Competenza verifica che la checklist sia in accordo
con quanto realizzato su un prototipo
2. Audit e verifica dell’impianto complessivo
• Il centro di competenza verificherà e misurerà le prestazioni
dell’impianto complessivo (intero reparto) una volta realizzato.
28
Esempio: Verifica dell’impianto nel suo complesso
 Schema a blocchi
Checklist e
autocertificazion
Ai
B
OEM
A
OEM
B
OEM
A
C
OEM
C
OEM D
Centro di Competenza
Ente Terzo
D
Audit
sull’impianto
complessivo
Report finale
sull’impianto
Sito dell’impianto
29
PROFINET
strumenti per la
diagnostica/manutenzione
durante il commissioning e
l’esercizio normale
30
PROFINET IO: diagnostica di rete
 Lo switch passa la diagnostica PROFINET dall’IO-Device al Controller
 Lo Switch è configurato come IO-Device (GSD)
 Switch segnale eventuali malfunzionamenti della rete come
diagnostica PROFINET direttamente all’IO-Controller (1)
 E’ disponibile anche un canale SNMP per le Standard-Information (2)
IO-Controller
IO-Controller
1
2
IO-Device3
IO-Device1
IO-Device2
IO-Device1
IO-Device2
31
32
Overview della diagnostica
 Livello di dettaglio
• Device
• Modulo
• Canale
• Interrupts
 Gestione allarmi
• Con acknowledge
 I&M (Identification &
Maintenance)
 Vantaggi
 Rapida overview del sistema
 Livello di dettaglio configurabile
 Visualizzazione standard
32
Individuazione del link difettoso
33
Localizzazione del fault nella rete
34
35
PROFINET: network security
 Protezione contro
• Errori d’indirizzamento
e uso improprio
• Accessi non autorizzati
• Manipolazioni e spionaggio
 Tecnologia
• Semplici conoscenze di IT
• Tecnologie standard
(firewall, VPN)
 Vantaggi
 Integrazione verticale
 Aumento accessibilità e
performance
35
PROFILAB: Contatti centro di competenza e training
Email supporto PROFIBUS e PROFINET:
 [email protected]
[email protected]
Segreteria CSMT con riferimento a:
 Sig.na Roberta Codenotti
Tel.: 030 65 95 111
E-mal: [email protected],
I contatti tecnici vengono tenuti da:
 Dr. Paolo Ferrari
Tel.: 030 371 5445
E-mail: [email protected]
 Ing. Francesco Venturini
Tel.: 030 371 5606
E-mail: [email protected]
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