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Permanent Network Monitoring, dalla progettazione alla prevenzione dei guasti

- Come si sviluppa il concetto di PNM ?
- Industry 4.0: la storia
- Struttura del modello ISO/OSI
- Normative per i bus di campo
- Profibus
- Dalla progettazione alla prevenzione dei guasti

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Atti di convegni o presentazioni contenenti case history
MCM Milano aprile 2019 Analisi, predittiva, monitoraggio 4.0 per l?integrit? di componenti e impianti

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da Atti di convegno Atti di convegno
MCM Milano 2019Segui aziendaSegui




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Gli atti dei convegni e più di 10.000 contenuti su www.verticale.net Milano Genoa Fieldbus Competence Centre Permanent Network Monitoring, dalla progettazione alla prevenzione dei guasti Micaela Caserza Magro Alberto Sibono
Genoa Fieldbus Competence Centre srl
Spin Off Università di Genova (DITEN) Come si sviluppa il concetto di PNM ' Industry 4.0: la storia Industry 4.0: ma cosa
intendiamo'
Industry 4.0: ma cosa
intendiamo'
Industry 4.0: quali i requisiti 6 Dati Infrastruttura di rete Servizi del sistema di comunicazione Tempistiche per trasferimento dati Dati affidabili STRUTTURA DEL MODELLO ISO /OSI ü Standard per i protocolli di comunicazione ü Struttura suddivisa in 7 livelli gerarchici. ü Ogni Layer utilizzerà vari protocolli ' Application Layer : HTTP/HTTPS, SNMP, DNS, FTP, SSH.... ' Transport Layer : TCP, UDP ' Network Layer : IP, ICMP, DHCP, ARP... ' Network Access Layer : Ethernet, PPP, OSPF... NORMATIVE PER I BUS DI CAMPO I FIELDBUS ETHERNET BASED Suddivisione del mercato in base ai principali fieldbus https://technology.ihs.com 10 © 2017 Esempi di protocolli
disponibili
Fieldbus PROFIBUS RS 485 PROFINET Ethernet 11 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - Profibus..... in pillole Categorie di errori in Profibus © 2017 La TOP 5 dei guasti Terminazioni ' Troppe terminazioni
' Poche terminazioni Linee di potenza ' Separazione delle linee
' Alimentazione e comunicazione Regole di cablaggio ' Lunghezza cavi
' Connettori Errori di configurazione ' Problemi con i tool di ingegneria per la configurazione della rete Interfacce danneggiate ' Schede di interfaccia non certificate
' Schede di interfaccia danneggiate 14 © 2017 PROFINET in pillole Internet <10ms Automazione <1ms Controllo assi traffico IT TCP/IP <100ms IRT RT Soluzione ETHERNET Real Time 15 Quali errori in PROFINET ' Cavi danneggiati
' Disturbi EMC
' Errori di cablaggio Problemi di rete ' Indirizzi duplicati
' Porta non aperta
' Indirizzi non assegnati Problemi di configurazione 16 © 2017 Permanent Network Monitoring: dalla progettazione alla
prevenzione dei guasti
Industrial Ethernet PROFIBUS 17 © 2017 Permanent Network Monitoring: Cosa è ' E'' il monitoraggio in continuo di
una rete di comunicazione
industriale
Industrial Ethernet PROFIBUS 18 © 2017 Permanent Network Monitoring: 1) specifiche del protocollo
2) progettazione rete
3) dispositivi di rete(repeater e
switch)
4) strumenti di analisi in
continuo
Industrial Ethernet PROFIBUS 'Specifiche per PROFINET
'PI International (Germania) PROGETTARE (BENE) UNA RETE Una buona progettazione è fondamentale per una buona rete e per una migliore manutenzione ! NETWORK PLANNING ' La topologia della rete deve seguire i seguenti criteri: Disposizione spaziale dei componenti in maniera coerente al layout impianto Calcolo lunghezza tratte di linea Previsione espansioni future Calcolo carico di rete e traffico Verifica qualità e degrado dei telegrammi trasmessi Verifica isolamento EMC ESIGENZE INDUSTRIALI E
«OFFICE»
Esigenze Industriali Esigenze «Office» Tempo di ciclo di comunicazione
deterministico Traffico non deterministico, malgrado la
gestione della priorità Monitoraggio ciclico della comunicazione Nessun monitoraggio Ridondanza.
Scambio Automatico La perdita di connessione deve essere ripristinata manualmente Riservazione di ampiezza di banda per certi devices (p.e. PLC) per garantirne l''accesso Mezzo condiviso, accessibile da tutti i device Alimentazione: 18 - 57 VDC,
100 '' 240 VAC, Power-over-Ethernet Alimentazione: 100 VAC '' 240 VAC Involucri metal ici, connessioni e cavi resistenti alle vibrazioni Involucri e connessioni in plastica Involucri, antenne, cavi non contenenti alogeni, devono resistere al fuoco, '
Certificazioni ATEX, Rina, ' Nessuna certificazione specifica Classe di protezione IP 65, -20 °C,
utilizzabile al ''esterno Uso in uffici e case ETHERNET: PUNTI DI FORZA ü Standard nel settore delle applicazioni office e
gestionali. ü Grande affidabilità. ü Comunicazione in maniera integrata dal livello aziendale al livello di campo. ü base delle tecnologie IT come SMTP (e-mail), HTTP (server web) e altre funzionalità informatiche. ü Grande velocità, 100 e 1000 Mbit, con possibilità di ulteriori sviluppi (10 Gbit e superiori). DISPOSITIVI DI RETE - SWITCH A B C D simultanei 46-2C-36-64-00-00 54-E0-08-33-4E-39 90-09-83-5B-03-09 14-45-08-7A-11-16 A verso C B verso D ü Dispositivo "intelligente", inoltra i dati in arrivo solo sulla porta dove si trova il destinatario del messaggio ü Possibilità di comunicazione simultanea tra diversi device ü Due tipologie: UnManaged e Managed ü Switch managed: ' Funzionalità avanzate accessibili via browser web o protocollo SNMP, Telnet, ' ' Diagnostica avanzata ' Gestione della ridondanza ' Reti virtuali (VLAN) ' Filtraggio ü Switch managed: ' Plug and play ' Nessuna parametrizzazione SWITCH MANAGED / UNMANAGED Switch Switch SWITCH MANAGED
con diagnostica
Switch CAVI PER L' INDUSTRIA ü Ethernet Power ü Differente dal cavo « Office » ü Utilizzato solo in modalità « punto '' punto » ü Lunghezza massima di un segmento: 100 m ü 100 BASE-TX: Trasmissione elettrica su doppino incrociato in rame categoria 5(e) ü Cavo ibrido Ethernet Industriale 2 x 2 + 4 x 0,34 PIANIFICAZIONE DI UNA RETE
INDUSTRIALE
ü La pianificazione di una rete Industriale è un punto cruciale. ü Ogni Architettura di rete (Ethernet/IP, Power Link, PROFINET etc...) dispone di specifiche di funzionamento diverse, pertanto sarà opportuno andare ad identificare quale fra quelle disponibili andrà piu incontro alle mie richieste. ü Avremo comunque dei punti in comune da gestire, in quanto Ehternet di "base" non gestisce, come: ' Determinismo ' Safety e Security ' Quality Value ' PNM PIANIFICAZIONE DI UNA RETE
INDUSTRIALE
Ridurre il rischio di incidenti Proteggere i propri dati ! PIANIFICAZIONE DI UNA RETE
INDUSTRIALE
ü Per una corretta pianificazione della rete Ethernet esistono dei software appositi che aiutano per il calcolo stimato dei parametri della rete (carico di rete) PIANIFICAZIONE DI UNA RETE INDUSTRIALE ü I principali parametri da monitorare per un corretto funzionamento della rete Industriale sono : ü Jitter ü Telegram gap ü Error Telegram ü Upload Time ü Line Depth ü Netload ü Device Failures ü '.. PIANIFICAZIONE DI UNA RETE INDUSTRIALE ü Upload Time & Jitter: intervallo di tempo che il dato ci mette per essere aggiornato tra il controllore e il dispositivo I/O. ü Tips: Update solo se necessari, non tutti quelli possibili! PIANIFICAZIONE DI UNA RETE INDUSTRIALE ü Netload: corretta suddivisione del carico di rete ü Tips: favorire topologie a stella piuttosto che lineari! PIANIFICAZIONE DI UNA RETE INDUSTRIALE ü Line depth: numero di device che un telegram deve attraversare per raggiungere il controllore. ü Suggerimento : Meglio non esagerare! Diagnostica e troubleshooting Ricerc a guasti Ispezione visiva Analizzatori di protocollo Oscilloscopi Controllo Connettori Controllo Morsettiere Controllo Led Analizzatori di protocollo 1 ' Uno degli strumenti più importanti per la diagnostica ' Può essere è un''applicazione su PC che estrae i dati dal bus e li salva in un database ' Il tecnico può analizzare i messaggi e venire ad una conclusione circa lo stato dei dispositivi in rete. ' Diffuso in Profibus per interventi di ricerca guasti
' Utilizzato di solito dopo che c''è stato un malfunzionamento della
rete Analizzatori di protocollo 2 ' Strumenti di diagnostica on ''line Accessibili da rete aziendale o da remoto via web
server consentono un monitoraggio costate della rete .
I dati sono salvati in un database.
Gli operatori possono essere avvisati via email dei
guasti o malfunzionamenti e analizzare i messaggi da
remoto e venire ad una conclusione circa lo stato dei
dispositivi in rete. Funzionalità analizzatori di
protocollo
COME MISURARE I PARAMETRI :
MIRRORING
Device 1 Device 2 Device 3 v I telegrammi corrotti non
vengono copiati e non sono
quindi visibili
ü Nessun accesso ai telegrammi su uno switch classico!!! ü Sugli switch managed: possibilità di attivazione della funzione di MIRRORING ü Copia dei dati scambiati tra 2 porte su una terza porta TOOLS DI ANALISI Wireshark Registrazione e analisi dei telegrammi ETHERNET Necessita di un PC
Statistiche base
Ethernet su doppino intrecciato o WiFi TOOLS DI ANALISI Tap Industriale
Device autonomo e portatile
Test dei cavi da CAT-3 a CAT-6
Ampio LCD
Test continuo con un solo tasto
Si inserisce aulla rete
COME MISURARE I PARAMETRI : NETWORK TAPPING SYSTEM
(TAP)
Un metodo piu efficace rispetto all' utilizzo di una porta mirror su uno switch per effettuare l'analisi della rete è quello di utilizzare dei Tap, Network Tapping System.
Un TAP permette il monitoraggio non invasivo del flusso dati in
transito ( Test Access Port) .
Questi sono dispositivi dotati di almeno 3 interfacce di rete e si vanno a interporre in un qualsiasi segmento di rete (generalmente viene consigliato vicino al PLC) e sono in grado di duplicare tutto il traffico che gli passa attraverso su una terza porta, sulla quale si possono mettere dei tool di analisi del traffico Applicazione TAP 43 COME MONITORARE LA RETE ü Posizionamento di un analizzatore di rete per monitoraggio in continuo ANALISI TRAFFICO DI RETE ' Netwotk load
' Jitter dei telegrammi
' Broadcast o multicast net load
' Update times
' Cicli di invio del controllore
' Device diagnosi, failures, restarts,
' Error telegrams
' Trigger function per allarmi Errori Netload Allarmi Scelta diagnostica attiva o passiva Anomali e di rete Picchi di carico PNM '' PERMANENT NETWORK MONITORING REMOTE ACCESS SERVICE 24-7 ü Accesso 24/7 alla rete industriale ü Connessione delle macchine o dei PLC tramite comunicazione seriale RS-232/485, Ethernet ü Crea un canale dati criptato verso le apparecchiature remote utilizzando diversi metodi per l'accesso ai propri dispositivi ü Sviluppo rapido e soluzione scalabile Troubleshooting e diagnostica Misure e verifiche in sito Identificazione soluzioni migliorative Audit reti durante la messa in servizio Installazione e cablaggio Verifiche funzionali Verifica progettazione rete Identificazione non conformità Suggerimenti migliorie The End.......... Grazie per l''attenzione Micaela Caserza Magro Alberto Sibono Genoa Fieldbus Competence Centre srl Spin Off Università di Genova (DITEN) micaela.caserzamagro@gfcc.it www.gfcc.it 50 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 © 2017 Regole di progettazione e cablaggio Cavo RS 485 Cavi certificati tipo A Terminazione attiva, una ad ogni estremità del segmento Lunghezze massime funzione della velocità di trasmissione Messa a terra degli schermi da entrambi gli estremi Separazione dei cavi Max. 32 dispositivi per segmento Max. 126 dispositivi su rete Come fare diagnostica e
troubleshooting
Ricerc a guasti Ispezione visiva Analizzatori di protocollo Oscilloscopi Controllo Connettori Controllo Morsettiere Controllo Led GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 Cosa misurano gli analizzatori di
protocollo
© 2017 Corto circuiti '' problemi sui cavi Guasti sugli schermi Identificazione terminazioni Live list Lunghezza cavi Gli analizzatori di
protocollo come master
Classe 2:
© 2017 Verifica configurazione Impostazione indirizzi di rete I/O debugging Network scan GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino -
15 Novembre 2017
Oscilloscopi ' ' l''unico strumento che mi permette di vedere il segnale del bus © 2017 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 Oscilloscopi © 2017 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 Cosa misurano gli oscilloscopi © 2017 Ampiezza del segnale Riflessioni Rumore EMC GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 57 © 2017 PROFINET in a nutshell Internet <10ms Automazione <1ms Controllo assi traffico IT TCP/IP <100ms IRT RT Soluzione ETHERNET Real Time GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino -
15 Novembre 2017
58 © 2017 Quali errori in PROFINET ' Cavi danneggiati
' Disturbi EMC
' Errori di cablaggio Problemi di rete ' Indirizzi duplicati
' Porta non aperta
' Indirizzi non assegnati Problemi di configurazione GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 59 © 2017 Strumenti di diagnostica Ricerca guasti Ispezione visiva Controllo cablaggio Analizzatore di protocollo GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 CARICO DI RETE '' NETLOAD ' Il traffico PROFINET coesiste con la comunicazione Ethernet (TCP/IP), ma ha una
diversa priorità sui nodi di rete (switch) © 2017 PROFONDITA'' DI RETE ' La massima profondità della rete dipende dai tempi di aggiornamento dei dati e dal ritardo
introdotto dagli elementi di rete: switch store-and-
forward o cut-throught ' Switch Store-and-Forward ' Switch Cut-Throught © 2017 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 VALORI DI RIFERIMENTO ' JITTER <= 50 %
' Numero Telegrammi Persi = 0
' Numero di Telegrammi con Errore = 0
' Carico di Rete < 20 % © 2017 FRAME PROFINET 1msec FRAME PROFINET 1msec FRAME ETHERNET FRAME PROFINET 1msec Jitter time FRAME P GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 TOOLS DI ANALISI TRAFFICO ' Caratteristiche: ' Registrazione e analisi dei telegrammi ETHERNET
' Necessita un PC portatile
' Statistiche base
' Ethernet doppino incrociato o WiFi
' Ethernet doppino incrociato o WiFi
' Generatore di traffico © 2017 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 COME ANALIZZARE: MIRRORING ' Nessun accesso ai telegrammi scambiati su uno switch classico!!! ' Sugli switches managed: possibilità d''attivazione della funzione di MIRORRING ' Copia dei dati scambiati fra 2 porte, su una 3a porta © 2017 Come attivare il
Mirroring dello
Switch GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 65 © 2017 ANALISI CON SWITCH MIRRORING VANTAGGI
E
SVANTAGG
I VELOCE RICHIEDE SOLO UN TOOL
SOFTWARE FACILE POCO
PRECISO NECESSITA LA
CONFIGURAZIONE
DELLO SWITCH GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 WIRESHARK ' Tool open source, gratuito, divenuto uno standard
' Scaricabile da www.wireshark.org
' Decodifica di PROFINET IO, Ethernet/IP, Modbus TCP, Powerlink, Ethercat Ethernet Interface Salvataggio File Visualizza Filtro di visualizzazione Start / Stop Registrazione Caricamento Interfaccia Ethernet VISUALIZZAZIONE WIRESHARK ANALISI TRAMITE TAP ' Misure con un TAP ' Carica elettrica aggiuntiva sul collegamento ETHERNET
' Può perturbare lo scambio dati ' Necessita 2 schede ETHERNET sul PC © 2017 TAP passivo TAP attivo GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 COME MISURARE' IL TAP ' In Wireshark, fondere i dati provenienti da 2 schede ETHERNET © 2017 Equipment 1 Equipment 2 Equipment 3 TAP Fusione GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 ANALISI TRAFFICO DI RETE '' TAP © 2017 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 FUNZIONI AVANZATE DEI TAP ' Trigger per Allarmi via: ' SNMP
' E-mail
' Interfacce WEB
' OPC, .. ' Uso protocollo ARP/SNMP/LLDP per la generazione della topologia della rete: ' IP / MAC address ,
' PROFINET name,
' Nome dei device e failure
' Statistiche delle porte : errori e telegrammi scartati
' Lughezza dei cavi e interruzioni di linea,.. © 2017 TA
P GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 INFORMAZIONI STRUTTURATE DI
FAULT
' Le informazioni di diagnostica sono strutturate gerarchicamente ' à Nome di stazione, slot, subslot, porta, tipo di porta, info di default © 2017 Kanal 0 Kanal 1 Kanal 2 Kanal x Kanal 0 Kanal 1 Kanal 2 Kanal x Kanal 0 Kanal 1 Kanal 2 Kanal x SF BF ON ... ... ... Subslot 1 Channel x Channel x Ca
n.
1 ... ... Subslot 2 Subslot 3 Livello 4: Fault a livello della porta (p.e.: corto-circuito porta 2) Livello 2: Fault nel Modulo (p.e. Manca tensione
scheda analogica modulo 3
Livello 1:
Fault a livello
Stazione
(p.e. Valvola
Stazione 2)
Slot 1 Slot 2 Slot 3 Livello 3: Fault nel Sub Modulo Subslot 1 Subslot 2 Subslot 3 Ca
n.
2 Ca
n.
3 Ca
n.
4 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 TIPI DI DIAGNOSI © 2017 Verifica dei led sui device e sugli
switch Che tipo di diagnosi ' Ping dei dispositivi per verificare la
raggiungibilità sulla rete Analisi web-based Test dei cavi Analisi dei pacchetti «sniffati» dalla
rete GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017 MODO ON LINE '' DIAGNOSTICA
DEVICE
' Panoramica veloce con dettagli di diagnostica ' Device
' Modulo
' Canale
' Interrupts ' Fault attuali ' Ackonwledge © 2017 GENOA FIELDBUS COMPETENCE CENTER srl - PROFIBUS & PROFINET Day '' San Marino - 15 Novembre 2017


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