CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto PROFINET in impianto: esperienze vissute, opportunità immediate e visione futura Paolo Ferrari Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Brescia Via Branze 38 - 25123 Brescia (Italy) CSMT Gestione Scarl Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET - Brescia http://www.csmt.it Tel: +39-030-3715445 fax: +39-030-380014 e-mail: [email protected] Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto La parola che meglio definisce PROFINET IO? «Scalabile» In base all’applicazione si possono scegliere le prestazioni da richiedere ai componenti Diversi componenti PROFINET IO con prestazioni differenti convivono nella stessa rete Scalabilità in tutte le direzioni Prestazioni Ridondanza Gestione della rete Profili dedicati (es. PROFIdrive PROFIenergy) Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 1 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto La comunicazione in PROFINET? … uniforme Comunicazione standard 100ms Automazione di fabbrica e processo Applicazioni al Motion Control RT_Class 1 RT_Class 2 e 3 10ms <1ms IT Services, TCP/IP Real-Time: IRT Un mezzo di comunicazione omogeneo per tutte le necessità • Comunicazione Real-Time scalabile fino all’isocrono • Apertura ai servizi IT e TCP/IP senza restrizioni • Unica rete = integrazione orizzontale e verticale Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto La mappa delle caratteristiche di PROFINET Le caratteristiche di un dispositivo PROFINET dipendono dalla «Conformance Class» (CC) Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 2 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Le prestazioni? In PROFINET non saranno mai un problema 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% 0.09% 0.9% 0.01% 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 Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Progettazione di una rete PROFINET IO Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 3 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto PROFINET IO: progettazione della rete Regola 1: non si può andare oltre la capacità nominale del link (Esempio: rete Ethernet 100BaseT = 100Mbit/s massimo in ogni link) Regola 2: Switched ethernet è full duplex: ogni stazione può ricevere e trasmettere contemporaneamente Regola 3: link diversi possono trasportare contemporaneamente il massimo della capacità nominale Regola 4: Un messaggio Ethernet attraversa tutti e soli gli switch e i link tra sorgente e destinazione Regola 5: i messaggi broadcast si propagano in tutti i link Regola 6: il traffico dovuto a PROFINET può occupare massimo il 60% della capacità di un link (il resto deve essere libero per gli altri tipi di traffico) Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto PROFINET IO: errori di progettazione nella topologia (1) È importante considerare il carico di rete dato dai dispositivi, sia PROFINET sia di terza parti Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 4 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto PROFINET IO: errori di progettazione nella topologia (2) Evitare colli di bottiglia Usare il più alto ciclo di aggiornamento PROFINET compatibile con l’applicazione Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto PROFINET IO: limiti? Non esiste un limite al traffico in una rete PROFINET Ricordarsi solo di rispettare le regole precedenti Attenzione ai componenti di infrastruttura (switch, connettori) che si usano: di solito costo e prestazioni sono direttamente proporzionali! Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 5 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Evitare le soluzioni “fatte in casa”…. … usare invece le linee guida di progettazione e installazione ! CSMT Yes GESTIONE SCARL - Brescia No PROFIBUSPaolo & PROFINET Ferrari –Competence Centro di Competenza Center ©2011 PROFIBUS Università Brescia e PROFINET - CSMT – Gestione BresciaScarl – CSMT Gestione Scarl Paolo – Università Ferrari di Brescia 11 PROFINET in impianto Diagnostica e manutenzione di una rete PROFINET IO Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 6 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Perchè fare diagnostica di una rete? Differenza tra Failure, Error e Fault… • Fault (avaria): condizione che causa errori nel sistema • Errore: caso in cui i risultati ottenuti sono differenti da quelli ritenuti corretti • Failure (guasto): condizione che impedisce al sistema di raggiungere gli obiettivi prefissati Fault Error Failure Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Come fare diagnostica di una rete PROFINET? Problemi tipici di una rete PROFIBUS • Cavi rotti, riflessioni terminazioni errate, derivazioni, indirizzi duplicati, configurazione errata Problemi tipici di una rete PROFINET • Cavi rotti, connessioni ridondanti non volute, nomi mancanti, indirizzi IP duplicati, network mask errate, problemi di configurazione Differenze • Tutti possono parlare con tutti, non è 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… Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 7 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto PROFINET IO: Diagnostica in generale Informazioni diagnostiche strutturate in modo gerarchico Station name, slot, subslot,channel, channel type, error information Diagnostica trasmessa come allarmi da IO-Device all’IO-Controller SNMP completa la diagnostica a livello di rete Livello1: Errore nel Device (es. Valve Station 2) Layer 2: Errore nel Modulo (es. Analog Input Module 3) subslot SF Channel Kanal 0 0 Kanal Channel 0 0 Kanal 0 BF ON Channel Kanal 1 1 Kanal Channel 1 1 Kanal 1 Channel Kanal 2 2 ... Kanal 2 2 Kanal 2 Channel ... Layer 3: Errore nel Channel (e.g. Cable Break in Channel 2) ... Diagnostica retex x Kanal Channel Kanal x x di Kanal Channel Channel x x Slot 1 Slot 2 Slot 3 Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto 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 SNMP: Simple Network Management Protocol IO-Device2 Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 8 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Troubleshooting di una rete PROFINET Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Farsi aiutare dagli switch … con la pagina web! Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 9 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto PROFINET IO: topologia…. dove è il dispositivo? I dispositivi PROFINET IO supportano il protocollo LLDP che permette di ricostruire la topologia della rete (anche dopo averla cablata!) Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto PROFINET IO: diagnostica/manutenzione di rete on-line 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, perchè il protocollo è SNMP Il traffico di monitoraggio è 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 Più veloci nel trovare i problemi Due modalità: Monitoraggio continuo Troubleshooting Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 10 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto PROFINET IO: strumenti per monitoraggio continuo Database simile a quelli usati nell’IT. Contiene la storia di ogni dispositivo ottenuta con interrogazioni periodiche delle variabili di interesse Con il protocollo SNMP si raccolgono informazioni in modo ciclico Tempi di aggiornamento del database dipendono da estensione della rete: da decine di minuti a ore. Serve a mettere in evidenza dei trend Software per PC oppure componente stand alone da mettere nella rete Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto PROFINET IO: strumenti per troubleshooting Mirato a scattare istantanee dello stato della rete. Contiene lo stato di ogni dispositivo ottenuta con una interrogazione via SNMP delle variabili di interesse Tempi di scansione ridotti: massimo una decina di minuti Livelist Errori di trasmissione Carico di rete Ricerca dispostivi Allarmi Monitoraggio variabili di processo Reportistica Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 11 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Diagnostica e manutenzione del cablaggio Ethernet Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Ethernet: verifica cablaggi 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 Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 12 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Ethernet: esempi di strumenti Strumenti handheld (tester) Vari produttori: Fluke, Ideal_Industries, Procentec Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Ethernet: esempi di strumenti Certificatori di cablaggio Vari produttori: Fluke, Ideal_Industries Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 13 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Validazione di una rete PROFINET: esperienza maturata Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Audit e validazione di un impianto PROFINET PROFIBUS International pubblica le linee guida di progettazione e montaggio di reti PROFINET Alcune di queste linee guida sono state inserite negli standard IEC61784-5 e IEC61918 Se si costruisce un impianto seguendo le linee guida si possono garantire le funzionalità e le performance di specifica La verifica della “compliance” dell’impianto alle linee guida può essere fatta in base ad un accordo privato da il costruttore (OEM) e l’utente finale Solitamente un ente terzo (indipendente da OEM e utente finale) viene incaricato di verificare le condizioni dell’impianto (validazione) prima del passaggio in servizio. Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 14 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Esempio di passi di validazione Per ogni rete potrebbe essere usata questa procedura 1. Visual inspection of cabinets 2. Collect the frame errors (physical) in all the network links connected to PROFINET ports using SNMP 3. Record traffic load of network including special event redundancy switch over 4. Test network cables with error greater than the imposed threshold Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Esperienza diretta del nostro centro di competenza nelle validazioni PROFINET Conteggio totale al giugno 2014 delle reti PROFINET validate dal centro di competenza Reti indipendenti Numero di controller 439 767 Numero di anelli di ridondanza 305 Molte reti hanno più di un anello 28243 Da 4 dispositivi a oltre 500 per rete Numero di reti Numero di dispositivi Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 15 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Situazioni più “frequenti” Numero assoluto Numero relativo Cablaggi errati Circa 70 < 1% Cavi con cortocircuito di uno dei quattro fili a terra Circa 20 0.2% Disturbi Circa 20 0.2% 10 0.3% Problemi configurazione ridondanza PROFINET Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Cablaggio “estremo” Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 16 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Controllo dei cavi (e riparazione) 2014 CSMT Gestione Scarl CSMT GESTIONE SCARL - Brescia CSMT GESTION E SCA RL - Brescia Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Disattenzioni pericolose Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 17 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Quello che si intende per “superare ogni ostacolo”… Connettore PROFIBUS infilato a forza in un dispositivo PROFINET Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Ma dove andranno questi cavi? Nessuna etichetta… in tutto l’impianto! Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 18 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Registrazione del traffico di rete PC monitor PLC TAP Switch Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Riassumendo Seguire le linee guida di progettazione e montaggio di reti PROFINET significa ottenere sempre risultati positivi I componenti PROFINET forniscono una diagnostica completa anche del livello fisico Le informazioni di diagnostica sono accessibili in ogni momento e da qualunque punto (anche a livello mondiale, se servisse) Nella nostra esperienza è stato dimostrato dai fatti che nelle reti PROFINET validate l’incidenza degli errori è bassissima. PROFINET quindi è una eccellente base per gli impianti di “Industry 4.0” Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 19 CSMT Gestione Scarl e Università di Brescia - Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET PROFINET in impianto Industry 4.0: overview Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia PROFINET in impianto Contatti Supporto e informazioni su PROFIBUS e PROFINET www.csmt.it : [email protected] [email protected] [email protected] Ufficio commerciale: Dr. Evelyn Mario, Tel.: 030 65 95 111 Email: [email protected] Coordinatore tecnico e istruttore accreditato: Dr. Paolo Ferrari (University of Brescia) Tel.: 030 371 5445 Email (direct): [email protected] Senior Engineer e istruttore accreditato Dr. Francesco Venturini Email : [email protected] Paolo Ferrari – Centro di Competenza PROFIBUS e PROFINET – Brescia – CSMT Gestione Scarl – Università di Brescia 2014 Copyright CSMT Gestione Scarl - 030 6595111 - [email protected] Paolo Ferrari 20
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