Profinet

PROFInet
Tecnologías de Control
Índice
TEMA – PROFInet – Conceptos Básicos
1. – Introducción
2. – Fundamentos
3. – Sistemas de Transmisión en Tiempo Real
4. – Dispositivos Descentralizados de Campo
5. – Control de Movimientos
6. – Automatización Descentralizada
7. – Instalación de Red
8. – Seguridad Funcional en PROFInet
9. – Proceso
Ultimas Tendencias Tecnológicas en la Automatización
Tendencias
9Paso de estructuras de control centralizadas a unidades descentralizadas localmente
9Uso de Ethernet en todos los niveles de automatización
9Incremento del uso de estándares IT en automatización
9IT y automatización, mundos que crecen paralelamente
Planificación de Redes Industriales Actual
Nivel
Planta
Ethernet/TCP/IP
Tiempo de
Ciclo de Bus
< 1000 ms
Nivel
Campo
Tiempo de
Ciclo de Bus
< 10 ms
MAP/MMS Ethernet
PC/VME
CNC
Nivel
Célula
Tiempo de
Ciclo de Bus
< 100 ms
Controlador
de Área
PROFIBUS-FMS
VME/PC
PLC
PROFIBUS-DP
DCS
PROFIBUS-PA
Planificación de Redes Industriales PROFInet
Planificación
ÖUna estructura de red uniforme
9Reduce el número de interfases
9Ingeniería para toda la planta
9Continuidad hasta el nivel de
campo
ÖUtiliza las ventajas de la tecnología
IT en el área de producción
9Acceso remoto
9Servicios Web
9Actualizaciones de software
ÖVentajas respecto a los sistemas
actuales
9Alto rendimiento
9Cantidades ilimitadas de nodos
9Manejo sencillo
La Respuesta a los Requisitos y Tendencias: PROFInet
9
Es el estándar abierto de Ethernet
Industrial de la asociación Internacional
de PROFIBUS (PI) (según IEC 61784-2)
9
Está basado en Ethernet Industrial
9
Utiliza TCP/IP y los estándares IT
9
Es Ethernet en tiempo real
9
Permite una integración homogénea de
los sistemas de bus de campo
PROFInet – Estándar de Ethernet Industrial
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Seguridad
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
PROFInet
Instalación
de red
Dispositivos
descentralizados
de campo
Control de
movimiento
Automatización
descentralizada
PROFInet Utiliza Servicios IT Ampliamente Conocidos
Ahorro en programación gracias al uso de servicios IT estándares
„
PROFInet utiliza los innovadores servicios IT...
HTTP
„
SNMP
OPC
PROFInet hace uso se hace fá
fácil gracias a la integració
integración
homogé
homogénea en las herramientas de automatizació
automatización
PROFInet Ofrece Acceso Remoto Sencillo a Planta
ÖPROFInet ofrece un acceso
transparente a la planta con
servicios estándares remotos
incluyendo
9Mantenimiento
9Diagnóstico y parametrización
9Puesta en marcha
9Cambios de programa
ÖTiempos de parada menores y
aumento de la eficiencia en el
mantenimiento
ÖComparado con los sistemas de bus de campo actuales, PROFInet permite
9La conexión de más nodos
9Rendimiento hasta 100 veces mejor en control de movimiento
9Acceso a los datos con herramientas estándares de oficina
9Comunicación sin cable con Wireless LAN Industrial
PROFInet – Puntos Fuertes
ÖFlexibilidad gracias al uso de Ethernet
y estándares IT probados en campo
ÖProtección de la inversión de equipos y
aplicaciones en PROFIBUS
ÖAhorro en ingeniería y puesta en marcha
gracias a la modularización
ÖRendimiento hasta 100 veces mejor en
aplicaciones de control de movimiento
Modos de Transmisión
Tres clases de rendimiento diferentes para la comunicación basada en
la Ethernet
9Transmisión acíclica sin prioridad de tiempo (NRT) (TCP/IP)
9Transmisión de datos cíclica con prioridad de tiempo (RT)
9Transmisión de datos isócrona en tiempo real (IRT)
Internet
Tiempo real isócrono (IRT)
Ö Automatización en fabricación
ÖControl de movimientos
PROFINET
100ms
10ms
<1ms
Servicios IT
TCP/IP
Datos de proceso
Tiempo real
Rendimiento de la Comunicación PROFInet
La velocidad y su dispersión determinan la calidad de la transmisión
de los datos en la red
n
PROFInet
PROFInet
PROFInet
IRT
RT
NRT (TCP/IP)
15 %
0,25...1,0 ms
10 ms
100 %
100 ms
t
Tiempos típicos de reacción
Comunicación TCP/UDP-IP en PROFInet
Aplicaciones IT
Aplicaciones PROFInet
• HTTP
• SNMP
• DHCP
•…
• Configuración
• Diagnóstico
TCP/UDP
IP
Ethernet
Comunicación en Tiempo Real en PROFInet
Aplicaciones IT
Aplicaciones PROFInet
• HTTP
• SNMP
• DHCP
•…
• Configuración
• Diagnóstico
Datos de Usuario
TCP/UDP
IP
Ethernet
RT Tiempo Real IRT
Comunicación en Tiempo Real
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Seguridad
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
Dispositivos
descentralizados
de campo
PROFInet
Control de
movimiento
Instalación
de red
Automatización
descentralizada
Sistemas de Transmisión en Tiempo Real
Comunicación uniforme y tiempos de reacción rápidos
9Tiempo real y servicios IT simultáneamente en un cable
9Comunicación escalable en tiempo real
9Comunicación TCP/IP ilimitada
Además en Tiempo Real Isócrono IRT:
9Capacidad de tiempo real mejor que las soluciones propietarias actuales
9Tiempos de ciclo <1ms con dispersión <1µs
Internet
Tiempo real (RT)
Ö Automatización en fabricación
Tiempo real isócrono (IRT)
ÖControl de movimientos
PROFINET
100ms
Servicios IT
Datos de proceso
10ms
<1ms
TCP/IP
Tiempo real
Mejora de la Conducta en la Arquitectura de Comunicaciones
Arquitectura basada en relación Productor-Consumidor
9El tiempo necesario para la captura y procesando de los datos es independiente de
comunicación
9Solo es posible la mejora del cometido mediante la optimización de los plazos en el stack
de comunicación
9La velocidad de la transmisión en la línea se puede considerar como insignificante (100
Mb/s)
Productor
Consumidor
ΔT1
Proveedor
de datos
Procesamiento
de datos
ΔT2
Proceso stack
comunicaciones
Proceso stack
comunicaciones
ΔT3
Transmisión
PROFInet Implica Tiempo Real en Ethernet
Tiempo Real (RT)
9Utilización de componentes de red estándares (sólo necesitan tratar prioridades)
9Rendimiento similar a los sistemas de bus de campo (p.e. PROFIBUS) Ö 5 -10 ms
9Ámbito de aplicación: automatización en fabricación
Tiempo Real Isócrono (IRT)
9Comunicación determinista
9Tiempos de ciclo 1ms con dispersión <1µs
9Ámbito de aplicación: control de movimientos
9Todos los nodos incluyen en su conexión a Ethernet un ASIC especial que garantiza el
isocronismo
Ambos modos se pueden usar al mismo tiempo
Comunicación en Tiempo Real PROFInet
Ventajas para la comunicación en tiempo real:
9Se reduce la longitud de telegrama de un mensaje, puesto que el overhead de protocolo no
se aplica
9Los datos a transmitir están disponibles con mayor rapidez
9La carga del procesador en el dispositivo se reduce, poniéndose más rendimiento a
disposición del programa de aplicación.
Tiempo Real en la Automatización de Plantas
Requisitos para la automatización de plantas
9Tiempo de reacción típico de 5 –10 ms
9Uso de componentes estándares
9Abierto a servicios IT
Tiempo real para la automatización de plantas con PROFInet
9Solución basada en software con componentes estándares
9Tecnología switch para evitar colisiones
9Tiempo real a través de etiquetado VLAN según IEEE802.1Q
9Compatible con los protocolos estándares
Tiempo Real Isócrono
Ventajas de Ethernet en tiempo real isócrono
9Características de tiempo real para aplicaciones deterministas de control de movimientos
9Capacidad de tiempo real coherente independiente de la carga de la red
9Abierto a aplicaciones TCP/IP e IT
9Acceso a la red ilimitado para cualquier dispositivo
9Cualquier topología de red
9Integración del switch en el dispositivo
9Redundancia suave y homogénea
9Acceso de la ingeniería vía TCP/IP
Real-Time Ethernet
La comunicación Ethernet realiza el control de la aplicación
9En la parametrización se generan ventanas de tiempo, en la cuales se insertan los datos de
proceso a enviar.
9En cada ventana de tiempo se pueden incluir junto con los datos de proceso, datos TCP/IP
(p.e. servicios IT)
9La suma de todas las ventanas de tiempo, para la transferencia de todos los datos de los
equipos de campo se conoce con el nombre de tiempo de actualización
1
2
3
4
TCP/IP
Ventana de
tiempo 1
p. e. 1ms
1
5
TCP/IP TCP/IP
Ventana de
tiempo 2
Tiempo de actualización
1
2
3
4
TCP/IP
Ventana de
tiempo 1
1
...
Real-Time Ethernet con Modo Isócrono
La realización de la transmisión de datos isócronos se basa en
hardware, debido a que es la única forma de lograr el rendimiento
deseado
Canal
abierto
(TCP/IP)
Canal
IRT
Canal
abierto
(TCP/IP)
Canal
IRT
Ciclo 2
Ciclo 1
Ciclo n
P.e. ciclo de control de posición de 1 ms
Sincronización
Comunicación determinista
Datos IRT
Comunicación abierta
Datos RT y TCP/IP
Comunicación Real-Time (RT)
Características de la comunicación RT
9RT ofrece características Real-Time similares a PROFIBUS
9Tiempos de ciclos reales de bus desde 10 hasta 5 ms.
9PROFInet es totalmente compatible con el estándar TCP/IP sin limitaciones
RT
Controlador
y HMI
100ms
Automatización
5 ... 10ms
Motion Control
<1ms
TCP/IP
Real-Time
Opciones de Comunicación Real-Time (RT)
Opciones de comunicación RT
9Comunicación RT en la misma red – Comunicación TCP/IP o UDP/IP eliminada.
Ethertype 0x8892
9Comunicación RT entre redes – Requiere información de dirección. RT sobre UDP
9Comunicación Multicast con RT – Comunicación a varios nodos. RT sobre UDP
RT
Controlador
y HMI
Automatización
5 ... 10ms
100ms
Motion Control
<1ms
TCP/IP
Real-Time
Stack de Comunicaciones RT
La comunicación RT puede realizarse con cualquier controlador
Ethernet
Aplicaciones PROFInet
1
Datos Estándar Datos Real-Time
Real-Time
Aplicaciones
IT
• HTTP
• SNMP
• DHCP...
TCP/UDP
IP
2
Ethernet
RT
1 Canal abierto TCP/IP
l Parametrización de
dispositivos
l Lectura de datos de
diagnóstico
l Carga de interconexiones
l Negociación del canal de
comunicación para datos
de usuario
2 Canal Real-Time (RT)
l Alta capacidad de
transmisión
l Datos cíclicos
l Señales controladas por
evento
Distribución de los Tiempos de Refresco
Mejoras de RT respecto del estándar TCP/IP
9Optimización del tiempo absoluto de transmisión: factor 6-10
9Minimización de la varianza de los tiempos de transmisión: factor 5-8
9Mejor conducta en el valor de respuesta: factor 7
n
RT
TCP/IP
15%
100%
10 msec
t
100 msec
Estructura de los Telegramas de PROFInet
La comunicación Ethernet realiza el control de la aplicación
9En la parametrización se generan ventanas de tiempo, en la cuales se insertan los datos de
proceso a enviar.
9En cada ventana de tiempo se pueden incluir junto con los datos de proceso, datos TCP/IP
(p.e. servicios IT)
9La suma de todas las ventanas de tiempo, para la transferencia de todos los datos de los
equipos de campo se conoce con el nombre de tiempo de actualización
Trama Ethernet (máx. 1526 Bytes)
Preámbulo
Sinc
MAC
destino
7 Byte
1 Byte
6 Byte
MAC Marcado de Etherorigen Prioridad* type
6 Byte
4 Byte
Estándar Ethernet
2 Byte
ID
de trama
2 Byte
Datos de proceso
hasta 1440 Bytes
Información
de estado
4 Byte
FCS
4 Byte
Específico de PROFINET
* según la 802.1 Q
Trama RT
Trama RT – Aumentando la Prioridad con el tag VLAN
Las tramas RT siempre están marcadas con el tag VLAN
*) Pueden ser 40 bytes porque algunos switches eliminan el tag VLAN
Comunicación Isócrona (IRT)
Requisitos de Control de Movimientos
9Ciclo de bus menor de 1ms
9Sincronización de reloj incluyendo determinismo
9Dispersión (jitter) menor que 1µs
9Transmisión planificada en tiempo
IRT
Controlador
y HMI
Automatización
Motion Control
5 ... 10ms
100ms
<1ms
TCP/IP
Real-Time
Stack de Comunicaciones IRT
La comunicación IRT requiere de hardware específico switch-ASIC
1
Aplicaciones
IT
• HTTP
• SNMP
• DHCP...
l
Aplicaciones PROFInet
l
l
1
Datos Estándar Datos Real-Time
Real-time
TCP/UDP
IP
Ethernet
2
l
l
2 SRT 3 IRT
3
Real-Time switch ASIC
l
l
l
Canal Real-Time (RT)
Alta capacidad de transmisión
Datos cíclicos
Señales controladas por evento
l
Real-Time
Canal abierto TCP/IP
Parametrización de dispositivos
Lectura de datos de diagnóstico
Carga de interconexiones
Negociación del canal de
comunicación para datos de
usuario
l
Canal Real-Time (IRT)
Alta capacidad de transmisión
Datos en modo isócrono
Dispersión <1μseg.
Distribución de los Tiempos de Actualización
n
IRT
RT
TCP/ IP - DCOM
15%
0.25...1.0
mseg
100%
10
mseg
t
100
mseg
IRT Ö “Movimiento en el carril de rápido”
Camino HOV
IR
T
9Camino reservado (Recursos) para IRT
9Garantía para Real-time independiente del tráfico (Carga de red)
9Acceso sin restricciones (TCP/IP, IT, ….)
IRT
RT
Camino para IRT
TCP/IP
TCP/IP
TCP/IP
P/
IP
RT
TC
TCP/IP
RT
TCP/IP
RT
RT
TCP/IP
CoTCP/IP
ng
es
tió
trá n de
fic
o
PROFInet e IRT
Necesidades de IRT
9Segmentación Ö únicamente disponible dentro de 1 segmento
9Comunicación planificada en tiempo Ö ancho de banda reservado
9Sincronización en tiempo Ö Basada en IEEE 1588
9Necesario un reloj maestro (dispositivo o controlador)
9La comunicación debe planearse con antelación
ASIC’s de Tiempo Real: Puntos Clave
El switch integrado reemplaza a los switches externos
9Solución económica para llegar a cada dispositivo de campo
La conmutación (switching) optimizada minimiza el tiempo de latencia
9Tiempos de ciclo más cortos o más nodos y mejores prestaciones
9Tiempo de latencia para IRT: aprox. 3 µs
Soporte de redundancia de medio para tiempo real
9Funcionalidad básica de los ASIC’s
Completa comunicación para tiempo real
9Desahogo del sistema host
9Los datos en tiempo real están disponibles para la aplicación instantáneamente
9Comprobación de coherencia soportada por hardware
Enhanced Real-Time Ethernet Controller (ERTEC)
Funcionalidad
Aplicación
Tecnología
ASIC
ERTEC 200
ERTEC 400
ÖPROFINET RT+ IRT
ÖIEEE 1588
ÖPROFINET RT+ IRT
ÖIEEE 1588
ÖProcesador ARM 9
ÖSwitch de 2 puertos
ÖProcesador ARM 9
ÖSwitch de 4 puertos
Öcon PHY
Ösin PHY
ÖAccionamientos
individuales
ÖInterfase PCI
ÖControladores MC de
altas prestaciones
ÖDispositivos de
campo comparables
ÖTecnología 0.15 µm
ÖSwitches en tiempo
real
ÖTecnología 0.15 µm
ÖCarcasa sub-bastidor
19x19
ÖCarcasa sub-bastidor
19x19
Trama IRT – Tiempo Planificado
Planificación sincronizada de Real Time Scheduling
ÖTiempos de ciclo en el rango desde 156 µs ...... varios mseg.
Ethertype es 0x8892
No se incluye el tag VLAN
Planificación Real-Time No Sincronizada
RT = Real Time Communication
aRT = acyclic Real Time Communication (p.e. alarmas)
NRT = Non Real Time Communication
Planificación Real-Time No Sincronizada
RT = Real Time Communication
aRT = acyclic Real Time Communication (p.e. alarmas)
NRT = Non Real Time Communication
Planificación Real-Time No Sincronizada
Planificación Real-Time Sincronizada
Dispositivos Descentralizados de Campo
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Seguridad
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
Dispositivos
descentralizados
de campo
PROFInet
Instalación
de red
Control de
movimiento
Automatización
descentralizada
Clases de Dispositivos PROFInet
Controlador de Periferia:
ÖIntercambio de señales de periferia con dispositivos de campo
ÖAcceso a las señales de periferia mediante la imagen de proceso
Dispositivo de Periferia:
ÖEl dispositivo de campo asignado al controlador de periferia
Supervisor de Periferia:
ÖHMI y diagnóstico estación de diagnóstico
ƒƒ Configuración
Configuración
ƒƒ Datos
Datos de
de proceso
proceso
ƒƒ Alarmas
Alarmas
PLC
Controlador
de periferia
PG/PC
Supervisor
ƒƒ Parameterización
Parameterización
ƒƒ Diagnóstico
Diagnóstico
ƒƒ Status/Control
Status/Control
Dispositivo de campo
Dispositivo de periferia
Comunicación con los Dispositivos
AR: Relación de aplicación entre el
controlador de periferia y sus
dispositivos de periferia
asignados
CR: Relación de comunicación
para configuración, datos de
usuario y diagnóstico
Canal estándar/UDP
Configuración
Relación de
aplicación
Canal de tiempo real
Canal de tiempo real
Datos de proceso
Alarmas/Diagnóstico
Registro de datos CR
Datos de periferia CR
Controlador
de periferia
Alarma CR
Dispositivo
de periferia
IO AR
Integración en PROFInet de otros Buses de Campo
Comunicación transparente entre Ethernet y otros buses de campo
9Proxy es el representante de los dispositivos de los buses de campo en Ethernet
9En el casos e la integración de PROFIBUS, el proxy es un dispositivo PROFInet en
Ethernet y maestro DP en PROFIBUS
PROFInet
Proxy
PROFIBUS
Configuración Gráfica
Mismo aspecto de configuración en PROFInet que en PROFIBUS
STEP7 / Configuración HW
GSDML
GSD + XML = GSDML
Descripción Estandarizada del Dispositivo
Descripción de las propiedades del dispositivo en el GSDML
(Descripción genérica de la estación):
9Módulos conectables (número, tipo)
9Datos de configuración del módulo (p.ej. entrada analógica)
9Parámetros del módulo (p.ej. 4..20mA)
9Información de diagnóstico (p.ej. rotura de hilo)
El GSDML está basado en XML
9Creación con cualquier editor XML
9El método XML estandarizado define el contenido y el formato
9La estructura del GSDML corresponde al estándar ISO 15745
GSDML
Asignación de Direcciones (MAC - IP)
Asignación de Direcciones
El
El nombre
nombre del
del dispositivo
dispositivo se
se
asigna
asigna aa una
una dirección
dirección MAC
MAC
Configuración
Configuración
Offline
Offline
ƒƒ
ƒƒ
Cada
Cada dispositivo
dispositivo
recibe
recibe un
un nombre
nombre
dispositivo
dispositivo (p.ej.
(p.ej.
11
sample1)
sample1)
STEP
STEP 77
automáticamente
automáticamente
define
define una
una
dirección
dirección IP
IP
Controlador
de periferia
22
Online:
Online: escribir
escribir el
el
nombre
nombre del
del
dispositivo
dispositivo
en
en el
el dispositivo
dispositivo
Ethernet
33
Arranque:
Arranque:
El
El controlador
controlador de
de periferia
periferia asigna
asigna al
al
Dir MAC 1
dispositivo
dispositivo una
una dirección
dirección IP
IP
Dir MAC 2
Asignación de Direcciones
La asignación de direcciones IP mediante DHCP es
adicionalmente/alternativamente posible
9Asignación de direcciones IP mediante un servidor DHCP central
9Comparación y actualización mediante herramienta (STEP7)
9Compatible con la actual asignación de direcciones a través del nombre de dispositivo
La información topológica acerca de la red permite una asignación de
direcciones automática
Mecanismo Estandarizado de Diagnóstico
Diagnóstico en el PLC
1
Ö El dispositivo de periferia envía el
diagnóstico al controlador de
periferia
Ö Reacción al error directamente en
el PLC
Diagnóstico en PG y HMI
Supervisor
de periferia
Controlador
de periferia
2
2
Ö EL supervisor de periferia lee el
diagnóstico directamente del
dispositivo de periferia
Ö Visualización del error en el HMI
1
Dispositivo
de periferia
Modelo del Dispositivo
El modelo del dispositivo PROFInet es similar a PROFIBUS
9Slots – Elementos físicos de inserción en el dispositivo de periferia (Módulos)
9Subslots – Nivel adicional de direccionamiento (agrupación de canales en los módulos)
9Index – Dato especifico de un subslot. Canal con direcciones de periferia asignada
Módulo 1
Módulo 2
Módulo 3
Canal 0
Canal 0
Canal 0
Canal 1
Canal 1
Canal 1
Canal 2
Canal 2
Canal 2
...
...
Canal n+x
...
Canal n+x
Canal n+x
Usando los módulos de periferia existentes se garantiza la protección
de las inversiones de los fabricantes de dispositivos y de los usuarios
Estructura de la Información de Diagnóstico
Diagnóstico del dispositivo
PROFInet
Diagnóstico de red abierto
Ö SNMP
Ö Web
Ö En tres niveles:
9dispositivo
9slot
9canal
Ö Para componentes de red:
9dirección
9localización de error
nivel 1: error en dispositivo
nivel 2: error en el módulo
Módulo 1
Módulo 2
Canal 0
Canal 0
Canal 0
Canal 1
Canal 1
Canal 1
Canal 2
Canal 2
Canal 2
(p.ej. estación de válvulas 2)
...
Diagnóstico de red abierto
dirección IP,
localización, estadísticas
Canal n+x
...
Canal n+x
(p.ej. módulo de entradas
analógicas 3)
...
nivel 3: error en el canal
(p.ej. rotura de hilo en el canal 2)
Diagnóstico de Red Abierto
9 El switch transmite el diagnóstico
PROFInet de los dispositivos de periferia
9 El switch informa al controlador de
periferia de las perturbaciones de la red
como diagnóstico PROFInet (1)
9 Configuración del Switch como dispositivo
de periferia en STEP 7 (GSDML)
9 Canal adicional SNMP para información
estándar (2)
Controlador de periferia
Controlador de periferia
1
2
Dispositivo
de periferia3
Dispositivo
de periferia1
Dispositivo
de periferia2
Dispositivo
de periferia1
Control de Movimientos
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Seguridad
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
PROFInet
Dispositivos
descentralizados
de campo
Instalación
de red
Automatización
descentralizada
Control de
movimiento
Dispositivo
de periferia2
Requisitos para el Control de Movimientos
Requisitos
9Sincronización de los accionamientos
9Rendimiento 100 veces mejor que con las soluciones actuales
9Mismo procedimiento en PROFIBUS y PROFInet
Planificación de Tiempo con PROFInet
Tiempo de ciclo p.e. 1 ms
Intervalo verde
Intervalo rojo
Área reservada IRT
Intervalo rojo
...
Borde
verde/rojo
Borde
verde/rojo
El bloque verde
debe completarse
aquí
Parámetros de Funcionalidad de IRT
Tiempo de ciclo
1 mseg
250 µseg
Dispersión (Jitter)
<1 µseg
<1 µseg
Número de
Nodos/Ejes
Datos TCP/IP
transferibles
simultáneamente *)
70
150
35
9
6
6
MB/seg
75%
MB/seg
50%
MB/seg
50%
*) La longitud estándar de los paquetes TCP/IP varía desde 64 hasta 1536 bytes
La velocidad de transmisión máxima en Fast Ethernet es de 12 MB/seg
PROFINET en Aplicaciones de Control de Movimientos
Comunicación isócrona para aplicaciones de control de movimientos
9Tiempo de reacción corto y determinista < 1ms (IRT)
9Integración de los dispositivos de campo descentralizados
9TCP/IP para ingeniería, diagnóstico y conexión MES
Internet
PROFINET
PROFIdrive
Controlador de movimientos
PROFIdrive
Ö Es el perfil de aplicación para
accionamientos conectados a
PROFIBUS y PROFInet
Ö Es independiente del fabricante
y garantiza la interoperabilidad
entre los accionamientos y los
controladores de movimientos
PROFIdrive
Accionamientos
Automatización Descentralizada
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Seguridad
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
PROFInet
Instalación
de red
Dispositivos
descentralizados
de campo
Control de
movimiento
Automatización
descentralizada
Automatización Basada en Componentes – PROFInet Cba
“La Automatización Basada en Componentes es un concepto de
automatización para la realización de aplicaciones modulares basado
en estándares PROFInet”
9Sencilla modularización de plantas y líneas de producción usando inteligencia
descentralizada
9Comunicación entre dispositivos a lo largo de la línea de producción
9Configuración gráfica de la comunicación entre módulos tecnológicos
Máquina 1
ON
START
STOP
Máquina 2
STARTING
READY
RUNNING
ON
START
STOP
Máquina 3
STARTING
READY
RUNNING
ON
START
STOP
Máquina 4
STARTING
READY
RUNNING
ON
START
STOP
STARTING
READY
RUNNING
HELD
HELD
HELD
HELD
Lifestate
Lifestate
Lifestate
Lifestate
El Módulo Tecnológico
Combinación de:
Mecánica
PLCs
Programa de usuario
El Módulo Tecnológico
Mecánica
Llenado
Dispositivos
de campo
inteligentes
Software
de
control
El Módulo Tecnológico – Componentes Cba
Un componente de software es un objeto reutilizable con interfases
claramente definidas
Comp. de software
" Módulo Tec. A"
FB
FB
FB
FB
Componentes PROFInet Cba
Ö La funcionalidad del dispositivo
se encapsula en un componente
de software
Ö La definición de la interfase del
componente se hace desde el
punto de vista tecnológico
Componentes PROFInet – Cba
Un componente PROFInet es una unidad funcional reutilizable
9Encapsula la funcionalidad de automatización en un programa de software
9Define las interfaces del componente para el intercambio de datos con otros componentes
Componente PROFInet
ExtemStop BOOL
BOOL StartNext
ExtemStart BOOL
BOOL Running
Cnt_In I4
BOOL Status
I4 Cnt_Out
UI1 Lifestate
Comunicación entre Módulos Tecnológicos
La comunicación se configura, no se programa
Componente SW
"Módulo tec. A"
FB
FB
FB
FB
Componente SW
"Módulo tec. B"
FB
FB
FB
FB
Componente SW
"Módulo tec. C"
FB
FB
FB
FB
Configuración de Enlaces
Ö Configuración de los enlaces de
comunicación entre los módulos
Ö Uso de líneas gráficas en la
vista tecnológica del proyecto
Ö No se requieren conocimientos
detallados de funciones de
comunicación
Comunicación entre Módulos Tecnológicos
Interfaz PROFInet estandariza
9La descripción de los módulos tecnológicos
9La comunicación implícita entre los módulos
Máquina 1
START BOOL
BOOL STARTING
STOP BOOL
Cnt_IN BOOL
Máquina 3
BOOL READY
BOOL RUNNING
START BOOL
I4 Cnt_OUT
STOP BOOL
UI1 Lifestate
Cnt_IN BOOL
BOOL STARTING
BOOL READY
BOOL RUNNING
I4 Cnt_OUT
UI1 Lifestate
Máquina 2
START BOOL
STOP BOOL
Cnt_IN BOOL
BOOL STARTING
BOOL READY
BOOL RUNNING
I4 Cnt_OUT
UI1 Lifestate
Comunicación : Configuración en lugar de programación
Ingeniería en PROFInet-Cba
Concepto de ingeniería independiente del dispositivo
Herramientas de Ingeniería Cba
Ö Comunicación en Ethernet
entre distintos fabricantes
Ö Configuración gráfica de la
comunicación
Ö Navegación jerárquica
Ö Sencillo diagnóstico de
los dispositivos y la
comunicación
Ingeniería en PROFInet-CbA
Configuración de la comunicación
Herramienta PROFInet CbA
B
A1
A
C
A2
B
C
Importación de
componentes en librería
Llenado
A
2 Enlazado de
componentes
Cierre Empaquetado
B
C
Componente Componente Componente
XML (PCD) XML (PCD)
XML (PCD)
1
Creación de
componentes
Fabricante A
Fabricante B
Fabricante C
programa
programa
programa
Ingeniería en PROFInet-CbA
Descarga y comunicación
Máquina 2
Máquina 3
Cierre
Empaquetado
Ingeniería
3 Decarga de
enlaces
Ethernet
Proxy
Máquina
1
PROFIBUS
Lavado
Llenado
Diagnóstico
Instalación de Red
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Seguridad
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
PROFInet
Dispositivos
descentralizados
de campo
Control de
movimiento
Instalación
de red
Automatización
descentralizada
Tecnología Basada en Switch
PROFInet: tecnología switch escalable
9Ultimas tecnologías en el mundo de la comunicación
9Potencial para un posterior desarrollo
9Previene colisiones
9Transmisión de datos full duplex/paralelo
9Quality of service QoS (prioridad de telegramas de tiempo real)
9PROFInet permite la integración del switch dentro del dispositivo
Control
Control
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Equipo
Topologías de red en PROFInet
Se puede usar cualquier topología: anillo, estrella, árbol, lineal
9Típicamente el nivel de campo requiere una estructura lineal con ramas
9La red se puede ajustar a la máquina de manera óptima
9PROFInet también soporta estructuras de anillo redundante
Anillo
Lineal
Estrella
Diferencias entre Redes de Oficina e Industriales
Oficina
Industria
Instalación básica fija en edificios
Enrutamiento de cable especifico de planta extremo
Cajas de distribución de planta separadas
Enrutamiento de cable especifico de planta
Conexión de dispositivos variable
Puntos de conexión raramente cambiados
Cables de conexión pre-confeccionados
Montaje de las conexiones en campo
Estructura de red en árbol
Estructuras lineales frecuentes y/ o
estructuras en anillo (redundantes)
Grandes paquetes de datos (p.e.imágenes)
Pequeños paquetes de datos (valores de proceso)
Requisitos de disponibilidad medios
Requisitos extremadamente altos
Temperaturas moderadas (de 0 a 50°C)
Temperaturas extremas (de -20 a +70°C)
Sin humedad
Condensación posible (IP65)
Sin cargas de vibración
Máquinas con vibraciones
Baja carga de EMC
Alta carga de EMC
Peligro mecánico insignificante
Peligro de daño mecánico
Peligro químico insignificante
Peligro de daño químico por aceites y
ambientes agresivos
Tecnologías de Conexión
Tecnología de transmisión basada en cobre conforme a 8802-3
Cables
Ö Par trenzado conforme a IEC 11801/61156
Ö Versión híbrida (datos + energía)
Conector IP20
Ö RJ45 diseñado para entorno de oficina
Ö Se puede confeccionar el conector en campo
Conector IP65
Ö Diseño compatible con el mundo IP20
Ö Versión híbrida (datos + energía)
Ö Conector M12 circular (4 pines)
Ö Se puede confeccionar el conector en campo
Tecnología de transmisión basada en fibra óptica
conforme a 8802-3
Ö Cables de fibra óptica de vidrio conforme a IEC 60793 / 60794
Ö Cables de fibra óptica de plástico (en preparación)
Ö Conector de bayoneta y de inserción-extracción
Estandares IT y Seguridad de Acceso a Red
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Seguridad
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
PROFInet
Instalación
de red
Dispositivos
descentralizados
de campo
Control de
movimiento
Automatización
descentralizada
Gestión de Red
La gestión red contempla todo lo necesario para la administración y
diagnóstico de la red
9PROFInet utiliza estándares IT establecidos como DHCP y SNMP
9PROFInet especifica mecanismos adicionales allí donde los estándares IT no
proporcionan soluciones válidas para un entorno industrial
Stern
Asignación de Direcciones y Diagnóstico de Red
Asignación manual de direcciones vía PROFInet DCP
ÖDiscovery Configuración Protocol
Asignación automática de direcciones vía DHCP
ÖDynamic Host Configuración Protocol
Diagnóstico de red con el estándar IT establecido SNMP
ÖSimple Network Management Protocol
Estación de
gestión
diagnóstico
asignación dirección y nombre lógico
nombre
dirección IP
localización
nombre
dirección IP
localización
estado
estadísticas
estado
estadísticas
MIB
MIB
Integración Web para Diagnóstico y Asistencia
Acceso a la información del mundo de automatización
9Con independencia de la herramienta de ingeniería
9Posible desde cualquier buscador estándar
9Independiente de la localización
z Diagnóstico remoto
z FAQs
z Descarga
documentación
z Optimización de
proceso
z Actualizaciones de
software
@
Seguridad de los Datos dentro y fuera de la Planta
Seguridad ante
Ö Asignación errónea de dirección
Ö Acceso no autorizado
Ö Espionaje
Ö Manipulación
Seguridad
9 La solución de seguridad es
escalable y no tiene
repercusiones
9 No se requieren conocimientos
especiales
9 Estándares de seguridad
efectivos y certificados
Seguridad Funcional en PROFInet
Seguridad
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
PROFInet
Instalación
de red
Dispositivos
descentralizados
de campo
Control de
movimiento
Automatización
descentralizada
Evolución de la Seguridad Funcional
Unidad central estándar/PLC
(Maestro DP, clase1)
E/S estándar
(Esclavo DP
¿Ingeniería
accesible?
Profibus DP
Nivel estándar
Diagnosis
Nivel de seguridad
Periferia
estándar
(DP-Slave)
Diagnosis
Bus de seguridad propietario
Técnica de seguridad
convencional
p. ej. PNOZ, 3TK
Relés
¿Cableado?
PLC de seguridad
E/S de seguridad
¿Flexibilidad?
¿Volumen?
Comunicación Segura en PROFInet
Automatización total con PROFInet
HMI
CPU 315F-2PN/DP
CPU 317F-2PN/DP
CPU 416F + CP 443-1 Adv.
Controlador
Comunicación segura
con el perfil PROFIsafe
Switching
Seguridad
Proxy
Motion Control
ET 200S
IM151-3 PN HF
ET 200pro
IM154-4 PN HF
Sensores
Proxy
Wireless
HMI
Otros equipos de campo
Periferia
distribuida
Tecnología de Seguridad Integrada
PROFIsafe como perfil de
aplicación es independiente de la
red que se esté usando
Seguridad hasta categoría 4
según EN 954-1
Ö La misma tecnología se usa sobre
PROFIBUS y PROFInet
SIL3 conforme a
IEC 61508
Reducción de costes de cableado
y esfuerzo y de la variedad de
módulos usados
Ö Datos de seguridad y estándar
en el mismo cable
Ö Se pueden mezclar módulos de
seguridad/estándares en una
estación
Ö Los programas de seguridad se
programan con la misma
herramienta de los otros
programas
Programación de Seguridad Funcional
Paquete opcional de STEP 7
Distributed Safety para la
programación en KOP y FUP de
los programas orientados a
seguridad
Bibliotecas F
con programas ejemplo
certificados por el TÜV
Ö Control a dos manos
Ö Muting
Ö Parada emergencia
Ö Librerías especiales
Stop 1
Arranque
STOP rápido
8
&
³1
S
R
Stop
Valor tiempo 1
8
&
T1
Q
Proceso
Proceso
Comunicación
en tiempo real
Seguridad
Estándares IT
y seguridad
de acceso a red
PROFInet
Instalación
de red
Dispositivos
descentralizados
de campo
Control de
movimiento
Automatización
descentralizada
PROFInet en la Industria de Proceso
Estándar para todas las
aplicaciones de automatización
Ö PROFIBUS ofrece hoy una
solución para la industria de
proceso
Ö Interacción homogénea de
PROFIBUS y PROFInet
Ö Los requisitos de la industria de
proceso están presentes en el
estándar PROFInet
PROFINET
Proxy
Integración de los Buses de Campo Existentes en PROFInet
Proxy
Proxy