verticale

Progettazione di una rete PROFINET e verifica delle sue performance

Nei sistemi di automazione moderno saranno sempre più richiesti accessi verticali ai dispositivi di campo, cioè i sistemi di supervisione e analisi dati dovranno recuperare informazioni direttamente dentro nei sensori e negli attuatori. Con PROFINET questo è possibile senza modificare l'architettura di rete e garantendo un adeguato livello di sicurezza. Il workshop introduce criteri di progetto per adattare il proprio sistema e renderlo robusto, sicuro e pronto a facile da espandere.

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
SAVE ottobre 2018 workshop

Pubblicato
da Benedetta Rampini
SAVE 2018Segui aziendaSegui




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Estratto del testo
Veronafiere 17-18 ottobre 2018 Vi aspettiamo a mcT Petrolchimico Milano, 29 novembre 2018 Cogenerazione Termotecnica Industriale Pompe di Calore 27 ottobre Cogenerazione Termotecnica Industriale Pompe di Calore Alimentare Alimentare Petrolchimico Alimentare 28 ottobre Alimentare Petrolchimico Alimentare Alimentare Petrolchimico Visione e Tracciabilit 28 ottobre Luce Energia Domotica LED Luce Energia Domotica LED Petrolchimico Alimentare Petrolchimico Petr http://www.csmt.it profilab@csmt.it Tel: +39-030-3715445 fax: +39-030-380014 Progettazione di una rete PROFINET e
verifica delle sue performance
Paolo Ferrari
Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, Universit di Brescia
Via Branze 38 - 25123 Brescia (Italy)
e-mail: paolo.ferrari@unibs.it
CSMT Gestione Scarl
Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET - Brescia 2 PROFIBUS e PROFINET Italia Reti PROFINET nell'era Industry 4.0 PROFINET permette un approccio completo Performance adatte ad ogni applicazione, dal processo fino al motion control Pronto per gli accessi Industrial Internet of Things propri di Industry 4.0. 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 3 PROFIBUS e PROFINET Italia Creazione di sottoaree indipendenti Si individuano delle isole di automazione che contengono
componenti funzionalmente correlati Vincoli meccanici Vincoli normativi Interfacce uomo macchina Postazioni di lavoro Ergonomia Flusso dati interno: (non attraversa i confini) Flusso dati esterno: (attraversa i confini) Dispositivi sincronizzati 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 4 PROFIBUS e PROFINET Italia Topologia di rete PROFINET garantisce flessibilit di progettazione del layout di rete Tutte le topologie standard sono possibili con PROFINET Un numero di combinazioni quasi illimitato La topologia di rete risulta principalmente da criteri quali : Posizione dei componenti Le distanze da coprire Requisiti EMC Requisiti di isolamento elettrico Requisiti per una maggiore disponibilit Considerazione dei carichi di rete . 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 5 PROFIBUS e PROFINET Italia Topologia di rete Topologia a stella Serve uno switch Ogni dispositivo ha il suo cavo Topologia ad albero Esistono dei livelli gerarchici Efficiente quanto si
connettono tra loro gruppi
di dispostivi che parlano
principalmente a livello locale 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 6 PROFIBUS e PROFINET Italia Topologia di rete Topologia lineare Richiama visivamente PROFIBUS Si usano gli switch integrati Non servono switch aggiuntivi IMPORTANTE Se un dispositivo della catena si spegne, tutti seguenti sono scollegati dalla rete! 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 7 PROFIBUS e PROFINET Italia Topologia di rete - ridondanza Topologia ad anello Aumenta la disponibilit Un dispositivo dell'anello gestisce la ridondanza (Redundancy manager) Se si verifica 1 guasto la connessione ancora possibile Se si verificano 2 guasti un segmento di rete resta isolato 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 8 PROFIBUS e PROFINET Italia Topologia di rete - ridondanza Topologia a doppia rete Aumenta la disponibilit Sono richieste due interfacce di comunicazione indipendenti per ogni dispositivo Raddoppia tutta l'infrastruttura (cavi e switch) ( E' possibile raddoppiare anche topologie lineari o ad anello ) 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 9 PROFIBUS e PROFINET Italia Struttura di riferimento Tra tutte le possibili combinazioni si raccomanda di partire da una struttura simile a
quella mostrata per poi declinarla secondo le esigenze Si suggerisce di usare switch managed CC-B per la backbone 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 10 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempio: automazione di fabbrica Controllori e switch vicino al campo Fibre ottiche tra parti remote 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 11 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempio: bordo macchina Catene di dispositivi permettono un cablaggio ridotto. Switch a bordo macchina 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari Usare catene corte
di dispositivi! 12 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempio: impianto di processo Struttura modulare e gerarchica 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 13 PROFIBUS e PROFINET Italia Topologia finale della rete PROFINET Applicazione delle regole precedenti I componenti sono collegati all'interno dell'isola di automazione Backbone di switch Struttura gerarchica tra le isole 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 14 PROFIBUS e PROFINET Italia Industry 4.0: Accesso alla rete di fabbrica Il canale di accesso dati per la
comunicazione verticale fondamentale Bisogna garantire Banda adeguata alle funzionalit Industry 4.0
che si vogliono implementare Sicurezza (security) Accessi Layer 3 (IP) e non Layer 2 (MAC) Si usano router con funzionalit firewall 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 15 PROFIBUS e PROFINET Italia Definizione di carico di rete (network load) Carico di rete: Il rapporto tra la quantit di traffico sul link e la massima capacit del link Il carico di rete dipende da quale l'intervallo in cui viene misurato La rete Ethernet bidirezionale esistono due carichi di rete , uno per ciascuna direzione nel link In una rete ogni link pu avere un carico diverso. Ragionando 'worst case' serve trovare il link con il massimo carico 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 16 PROFIBUS e PROFINET Italia Progettazione del carico di rete Ogni dispositivo genera un traffico che dipende dal tempo di ciclo Ogni dispositivo pu avere un tempo di ciclo diverso E' importante scegliere il tempo di ciclo pi alto tra quelli che soddisfano le richieste
dell'applicazione perch in questo modo si tiene basso il carico di rete Durante il progetto non eccedere mai il 50% di carico di rete 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari Esempio con 60
byte di dati di
processo 17 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempio: singolo controller Singolo controller: tutto il traffico PROFINET diretto al controller 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 18 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempio: multi controller Multi controller: alcuni link sono interessati da pi flussi ! 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 19 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempio: traffico non real time Dispositivi non PROFINET presenti sulla rete, oppure accessi Industry 4.0 possono
generare un consistente carico di rete 'non controllato' ! Sistema mal progettato: il traffico non real time sovraccarica molti dispositivi 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 20 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempio: traffico non real time Sistema progettato in modo migliore: Il traffico non real time ha un percorso nella rete il pi possibile diverso da quello di PROFINET Il traffico non real time gestito 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 21 PROFIBUS e PROFINET Italia Suggerimenti di progettazione Per minimizzare il carico di rete Tenere le catene di dispositivi pi corte possibili! Utilizzare in modo preferenziale strutture a stella e albero 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 22 PROFIBUS e PROFINET Italia Suggerimenti di progettazione Massima profondit di linea: numero massimo di dispositivi in cascata La massima profondit di linea da verificare sempre, specialmente in strutture articolate Mai fare linee con pi di 45 dispositivi Nota: l'anello fisico per la ridondanza in realt una connessione logica in linea! (l'anello aperto
ad una porta del redundancy manager!) 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 1 2 23 PROFIBUS e PROFINET Italia Suggerimenti dati dalla nostra esperienza Backbone con solo switch managed di buona qualit Lasciare una porta libera sulla backbone vicino al PLC Massimo 3 dispositivi a doppia porta in cascata Collegare i Pc di supervisione sempre alla backbone Collegare gli access point sempre alla backbone Un solo punto di accesso verso l'alto e
collegarlo alla backbone 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari Troppo lunga ! Device a
doppia porta
nella
backbone!
OK, due
device in
cascata
24 PROFIBUS e PROFINET Italia Diagnostica e verifica delle performance della rete PROFINET 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 25 PROFIBUS e PROFINET Italia Diagnostica in PROFINET PROFINET basato su Ethernet, quindi: Tutti possono parlare con tutti, non master-slave! In generale, in una rete switched-Ethernet i collegamenti sono tutti punto-punto Per controllare il livello fisico bisognerebbe accedere a tutti i cavi' In aggiunta per PROFINET offre: Informazioni diagnostiche strutturate in modo
gerarchico Station name, Slot, subslot,channel, channel type, error information Diagnostica come allarmi da IO-Device all'IO-Controller SNMP completa la diagnostica a livello di rete 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari SNMP: Simple Network Management Protocol 26 PROFIBUS e PROFINET Italia Importanza dell'infrastruttura ai fini diagnostici Importanza dello switch (managed) nelle reti PROFINET Avverte direttamente il PLC Mantiene statistiche SNMP Offre interfaccia all'operatore 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 27 PROFIBUS e PROFINET Italia Diagnostica automatica' pronti per Industry 4.0 Tutti i dispositivi PROFINET IO forniscono delle informazioni base sullo stato della
comunicazione Ethernet Sono possibili interrogazioni automatiche di queste informazioni Si possono usare strumenti standard IT, perch il protocollo SNMP Il traffico di monitoraggio TCP/IP' e usa una banda trascurabile Disponibili anche soluzioni mirate per PROFINET Maggiori dettagli e altre informazioni specifiche Integrate con l'applicazione di automazione Pi veloci nel trovare i problemi Due modalit: Monitoraggio continuo Troubleshooting 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 28 PROFIBUS e PROFINET Italia Strumenti per il monitoraggio continuo di PROFINET Basati sulla raccolta dati in continuo dalla rete. Contiene la storia dei dispositivi ottenuta con interrogazioni periodiche delle variabili di interesse Con il protocollo PROFINET aciclico e SNMP si raccolgono informazioni in modo periodico Tempi di aggiornamento del database dipendono da estensione rete/variabili: da minuti a ore. Serve a mettere in evidenza dei trend Storicizzazione allarmi di comunicazione Due tipologie Software per PC (da connettere alla rete) Componente stand alone (da connettere alla rete) 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 29 PROFIBUS e PROFINET Italia Strumenti per troubleshooting di PROFINET Mirati a scattare istantanee dello stato della rete. Contengono lo stato di ogni dispositivo ottenuta con una interrogazione approfondita Tempi di scansione ridotti: massimo una decina di minuti Livelist Errori di trasmissione Carico di rete Ricerca dispositivi Allarmi Monitoraggio variabili di processo Registrazione eventi in modo imparziale Reportistica completa (certificazione) 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 30 PROFIBUS e PROFINET Italia Strumenti verifica dei cablaggi Ethernet Verifica dell'esecuzione dei collegamenti Strumenti handheld (tester) (costo 200-400 euro) Verifica delle caratteristiche del cablaggio Certificatori di cablaggio (costo 5.000-10.000 euro) Cosa serve per PROFINET' Se si usano componenti passivi (cavi, connettori) certificati PROFINET (come da lista su sito
www.profibus.com) e si rispettano le linee guida di cablaggio PROFINET basta un semplice tester. Se si usano componenti strani (es. slip rings) o cablaggi particolari, allora serve anche il
certificatore per garantire che il canale supporti correttamente almeno i 100Mbit/s 2018 Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 31 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempi reali analisi approfondita rete PROFINET CASO 1: impianto di processo Alcune porte segnalano un numero di errori elevato Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 32 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempi reali analisi approfondita rete PROFINET CASO 1: Verifica con il certificatore di cablaggio Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 33 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempi reali analisi approfondita rete PROFINET CASO 2: macchina di confezionamento L'utente si dice abbastanza soddisfatto perch la rete ha problemi solo una volta a settimana In PROFINET per la situazione normale zero problemi'. Nota: nella rete c' uno switch
unmanaged che non d informazioni
statistiche sugli errori. Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari Not managed switch
with LLDP blocking 34 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempi reali analisi approfondita rete PROFINET CASO 2: Analisi del protocollo PROFINET: alcuni pacchetti mancano! Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 35 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempi reali analisi approfondita rete PROFINET CASO 2: Verifica con il certificatore di cablaggio La presenza di uno switch managed
avrebbe facilitato la scoperta dell'errore Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 36 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempi reali monitoraggio permanente PROFINET CASO 3: settore automotive Impianto complesso con oltre 2000 device PROFINET Situazione iniziale Rete PROFINET in continuo ampliamento Improvvisi fermi produttivi non motivati Obiettivi dell'analisi Audit e analisi dettagliata
dell'impianto e dell'architettura Prevenzione delle situazioni
potenzialmente dannose Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 37 PROFIBUS e PROFINET Italia Esempi reali monitoraggio permanente PROFINET CASO 3: installazione dispositivo di monitoraggio permanente Risultati Individuati dispositivi PN non configurati Individuati altri cavi/connettori difettosi Individuati comportamenti anomali di PC Fiera SAVE ' Ottobre 2018 ' Paolo Ferrari 38 PROFIBUS e PROFINET Italia Editable name of event Ethernet una tecnologia in continua evoluzione che offre numerosi benefici PROFINET offre la possibilit di realizzare facilmente reti gi pronte per Industry 4.0 Domande' Conclusioni 2018


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