Micaela
Caserza Magro
GFCC s.r.l.
PROFINET in
Process
Automation: una
nuova sfida
tecnologica
2
Dispositivi di misura e controllo
• Pressione, temperatura, portata, posizionatori, drivers,etc
Tempi di esecuzione dei loop
• 250 ms
• Prestazioni non time-critical
Uso in aree classificate
• Installazione semplice e low cost
Alimentazione sullo stesso cavo di segnale
• Riduzione dei costi
Possibilità di accesso da remoto
• Assett Management
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
3
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
4
LIVELLI
Applicazione
Presentazione
FUNZIONI
Meccanismo comune utile alle applicazioni distribuite
significato delle informazioni scambiate
Formato delle informazioni scambiate:
struttura, sintassi, codifica
Sessione
Sincronizzazione e gestione del dialogo
Trasporto
Mezzo di trasporto dell’informazione tra sistemi differenti
indipendentemente dalle reti realmente utilizzate
Rete
Connessione
Fisico
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Instradamento delle informazioni attraverso la rete
per moduli non direttamente connessi
Trasferimento affidabile dell’informazione
Interfaccia meccanica e elettrica per lo scambio
dei segnali portanti l’informazione
INTRODUZIONE
Micaela Caserza Magro
5
Livello di Fabbrica
TCP/IP
Ethernet
Tasks complesse,
molti dati
Coupler DP/PA
PC
PLC
Livello macchina
Veloce, pochi
dati
PROFIBUS DP/FMS
HMI
Controllori
PROFIBUS DP
Ex
PROFIBUS PA
Livello campo
Sensori Azionamenti Variatori
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
I/O
Valvole
Trasmettitori
Micaela Caserza Magro
I/O
6
Mezzo fisico
• RS 485
• Rame
• Fibra ottica
MAC
• Master/slave
Comunicazione ciclica
• Scambio dati di controllo da master e slave
• Ogni slave è legato ad un solo master
Comunicazione aciclica
• Scambio dati di configurazione
• Dati diagnostici
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
7
Mezzo fisico
• MBP - IS
• Rame
MAC
• Master/slave
Comunicazione ciclica
• Scambio dati di controllo da master e slave
• Ogni slave è legato ad un solo master
Comunicazione aciclica
• Scambio dati di configurazione
• Dati diagnostici
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
8
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
9
 Lo scopo di un coupler è quello di riunire sulla stessa rete DP uno più segmenti di
rete Profibus PA
 Il coupler è trasparente rispetto alla comunicazione. Questo significa che il
protocollo è trasferito immutato e non è necessario configurare il segment coupler
Il coupler impone un baudrate fisso anche per la rete Profibus DP a cui di va
collegare. Quindi anche la strumentazione DP si trova a lavorare ad un baudrate
basso
 Una rete DP può supportare tanti DP/PA coupler quanti sono necessari per coprire
il numero massimo di indirizzi liberi (123)
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
10
 Lo scopo di un coupler è quello di riunire sulla stessa rete DP uno più segmenti di
rete Profibus PA
 Il link è un elemento della rete Profibus DP, quindi ha un indirizzo sulla rete DP
Il link raggruppa in un un unico “dispositivo equivalente” tutti gli strumenti PA ad
esso collegati
 L’utilizzo del link permette di esercire la rete Profibus DP al baudrate massimo
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
11
Le topologie ammesse in Profibus PA sono le stelle ed i bus lineari
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
12
Lunghezza max
1900 m
No. Max di
sdispositivi 31
Junction box:
aumentano la
lunghezza
Protezione
segmento: device
per limitazione di
corrente
Alta flessibilità di
rete
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
 La ridondanza ad anello è possibile grazie all’introduzione di AFS
(Active Field Splitter) e di AFD (Active Field Distributors)
 Il gestire una ridondanza ad anello permette di ridurre i fermi perun
guasto sul bus
 La ridondanza può essere ottenuta in vari modi, in particolare due:
 Ridondanza del coupler, per mezzo di AFS, il cui compito è
quello di fare uno switch sul coupler di back-up in caso di fault
del coupler principale
 Si può anche avere una ridondanza del bus di comunicazione.
In questo caso gli AFD collegano gli strumenti al bus. Sia gli
AFD sia il coupler sono dotati di terminazioni di bus
automatiche, che vengono inserite in caso di guasto sul cavo e
riconfigurazione automatica della rete
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
PROFINET – TECNOLOGIA
ERP
MES
Control
Level
Field
Level
Stesso fieldbus per l’intero sistema.
Dal ERP alla produzione
Profinete – una soluzione scalabile
 Mezzo di comunicazione omogeneo
 Comunicazione realt-time scalabile fino all’isocrono
Apertura ai servizi IT e TCP/IP senza restrizioni sulla stessa rete
Integrazione anche del profilo per Process Automation
Internet
Automation
<100ms
<10ms
IT services
Motion Control
<1ms
TCP/IP
IRT
RT
è real-time Ethernet
REAL TIME E TCP/UDP/IP
PROFINET IO Device
PC
Internet Explorer
Real Time
IRT
HTTP SNMP Socket RT
PROFINET
IO Device
TCP / UDP
IP
Ethernet
Sensore
PC
SNMP
API
PROFINET
IO controller
DEVICES PROFINET IO: STAZIONI
PROFINET IO-Supervisor
(Tool di program., PC, …)
PROFINET IO-Controller
(PLC, …)
Parametrizzazione
e diagnostica
Programma utente
Con accesso agli I/O
Ethernet
Configurazione
Dati di processo
Allarmi
PROFINET IO-Device
(Device di campo, …)
Diagnostica
Stati / controllo
Paramétrizzazione
Lettura / Scrittura
degli I/O
PROFINET funziona secondo il modello Producer /
Consumer
INDUSTRIAL ETHERNET - TOPOLOGIE
Può essere utilizzata qualsiasi tecnologia
Topologia ad anello per assicurare maggiore disponibilità
Strutture lineari per minimizzare i costi di cablaggio
Anello
Lineare
Ad albero
Stella
Nutzen:
Strutture di rete ottimizzate per ridurre i costi applicativi
23
INTEGRAZIONE PROFIBUS PA
E PROFINET
S&PI – Cinisello Balsamo – 26 Giugno 2012
Micaela Caserza Magro
PROFINET in Process Automation
24
ERP
MES
Ethernet
backbone
Scambio dati a livello di impianto
traCampo, DCS e livello IT
DCS
Integrazione di fieldbus diversi
attraverso i proxy
PROFIBUS DP
1
2
3
PROFIBUS PA
4
PROFINET
5
6
7
8
…
16
1
2
3
3
4
HART
5
6
PROFINET PROXY
1
2
7
8
…
4
16
FF H1
5
6
7
8
…
16
Il concetto di Proxy – la chiave di integrazione
Engineering
system
PROFINET
Proxy 1
SPS
IO
Fieldbus 1
Proxy 2
Fieldbus 2
 Il proxy mi permette di rappresentare un sistema filedbus
in un sistema Ethernet-based
 È un IO Device per la rete PROFINET ed è un master per
l’altra rete fieldbus
Il device model per PROFINET IO
 Un device PROFINET ha una struttura modulare che
contiene “slots” e “subslots”.
 Uno “slot/subslot“ può contenere un modulo/submodulo
 Il subslot è un elemento indirizzabile.
 Slot 0 è rappresentativo del device,
 Subslot 0 è rappresentativo per il modulo.
PROFINET IO device
Slot 0
PN
Virtual IO device
Virtuelles IO-Device
Slot 1
Slot 2
Slot n
Subslot 0
Subslot 0
Subslot 0
Subslot 0
Subslot 1
Subslot 2
Subslot 2
Subslot 2
Subslot n
Subslot n
Subslot n
Subslot n
Integrazione di Fieldbus in PROFINET –
Scenari
PROFINET
P Proxy
Modular illustration
Fieldbus
Physical device
D
P
Device
D
D
Compact illustration
Transparent illustration
Physical device
P
Logic
device 1
Logic
device 2
Logic
device 3
Tutti i device fieldbus
sono un modulo
all’interno del proxy
Logic
device 1
Logic
device 2
Logic
device 3
Ogni filedbus device è
un modulo del proxy
Physical device
P
Logic
device 1
D
D
Logic
device 2
Logic
device 3
Ogni device fieldbus è un
device “virtuale”
PROFINET
Ogni modulo
fieldbus è un
submodule nel
proxy
Rispetto dei livelli di integrazione
Transparent
Modular
Compact
Integrazione nel
sistema di engineering


O
I dispositivi fieldbus
possono essere
acceduti
singolarmente


O


O
O


Diagnostica precisa
Ridotti tempi di update
Funzionamento
IO controller
IO controller
Tool di configurazione
PROFINET
PROFINET device
description
(GSDML)
Fieldbus
PROXY
modulo
Funzioni chiave per la Process Automation
30
Fieldbus integration
Configuration in Run (CiR)
DCS
DCS
DeviceNet
PROFIBUS DP
Remote I/O
PROFIBUS PA
Proxy
PROFINET
HART
FF H1
Time sync / time stamping
Scalable Redundancy
Redundant Controller
System Master Clock
(GPS, DCF77, …)
Controller 1
Controller 2
Backup
Primary
Controller 3
Backup
Clock Master
Redundant Network
Proxy
Device
Device
Device with
redundant
connectivity
Device with
singular
connectivity
CONCLUDENDO