Präzise Uhrzeitsynchronisation - Der Standard IEEE 1588

Automation and Network Solutions Interoperabilität in PROFInet Anwendungen Hirschmann Interoperabilität White Paper Rev. 1.2 Inhalt Interoperabilität in PROFInet-Anwendungen 1 Einleitung 3 2 Interoperabilität 7 2.1 Switches vs. Hubs 7 2.2 Übertragungsgeschwindigkeit 7 2.3 Auto-negotiation 8 2.4 Multicast Filtering 8 2.5 VLAN Unterstützung 8 2.6 Port Mirroring 9 2.7 Netzwerkmanagement 9 2.8 Redundanz 9 2.9 Zusammenfassung 10 3 Tests und Anwendungen 11 3.1 Hirschmann-Switches in PROFInet-Anwendungen 11 Hirschmann Interoperability Rev. 1.2 White Paper 2/9 Interoperabilität in PROFInet-Anwendungen 1 Einleitung Der Grundstein für PROFInet wurde von der Nutzerorganisation Profibus International (PI) im Jahr 2000 gelegt. PROFInet ist eine Automatisierungsarchitektur, die die Kommunikation von der Feldebene zur Leitebene unter Einbeziehung von Feldbussystemen und Industrial Ethernet definiert. PROFInet beschreibt als Kernelemente ein Enigneering-Modell und die Kommunikation zwischen den Komponenten. Die Entwicklung wird sehr stark von Siemens getrieben. Engineering-Modell Mit PROFInet lassen sich Geräte, Maschinen oder Anlagen in technologische Module aufteilen. Um die internen Funktionen dieser technologischen Module zu konfigurieren und zu programmieren, werden herstellerspezifische Programme benutzt. Die Funktionalität der Module ist in Software-Komponenten gekapselt, den sogenannten PROFInet Komponenten (XML-Dateien). Jede PROFInet-Komponente ist über eine einheitlich definierte Engineering-Schnittstelle anzusprechen. Sie beinhaltet die technischen Variablen der Komponente. Aufgrund der standardisierten Schnittstelle lassen sich PROFInet-Komponenten und somit auch Geräte, Maschinen sowie Anlagen unterschiedlicher Hersteller in beliebiger Weise kombinieren. Die Kommunikationsbeziehungen zwischen den PROFInet-Komponenten werden in einem Engineering- Tool, dem sogenannten Verschaltungseditor, in graphischer Form verbunden. Auf diese Weise lassen sich die unterschiedlichen Anwendungen zu einem System zusammenführen. Anschließend werden die Verschaltungsinformationen in die Geräte übertragen. Danach kennt jedes Gerät seine Kommunikations- partner, Kummunikationsbeziehungen und Daten, die mit den Partnern auszutauschen sind. Herstellerspezifische Programmier- und Profinet-Komponente Verbindungseditor Konfigurationssoftware Anwendung C Anwendung Hersteller Z B Anwendung Component Anwendung C Editor Interface A Hersteller Y Anwendung Component B Editor Interface Hersteller X Anwendung Component A Editor Interface XML-Dateien Figure PROFInet-1: Generierung von PROFInet-Komponenten und Kommunikationsverbindungen Hirschmann Interoperability Rev. 1.2 White Paper 3/9 Kommunikation zwischen den Komponenten PROFInet basiert auf Industrial Ethernet und der Einbindung offener Feldbussysteme. Die Integration von Feldbusgeräten und Feldbussystemen ist über sogenannte Proxy’s möglich. Dabei repräsentiert ein Proxy die Funktionalität der Feldbusgeräte bzw. des Feldbussystems im Industrial Ethernet-Netzwerk. Um der Forderung nach unterschiedlichen Netzwerk-Topologien wie Linien-, Ring-, Stern- und Baumstrukturen gerecht zu werden, kommen in PROFInet-Anwendungen vorrangig Switches zum Einsatz. PROFInet Industrial Ethernet SPS Proxy Feldbus, z.B. Profibus Figure PROFInet-2: Elemente der PROFInet-Architektur Bezüglich der Kommunikation bietet PROFInet drei Leistungsklassen, die in den Spezifikationen V1 bis V3 beschrieben sind. Laut Profibus International lassen sich alle drei Klassen in einem System kombinieren. In der PROFInet-Version 1 sind sowohl Feldbusse wie Profibus-DP als auch Industrial Ethernet beschrieben. Der auf Ethernet basierende Teil der Kommunikation wird auch als Profinet Non Real Time (NRT) bezeichnet. PROFInet Real Time (RT) wurde für zeitkritische Anwendungen in der Fertigungsautomatisierung entwickelt, die auf Ethernet aufsetzen. Diese Variante spezifiziert zwei Kommunikationskanäle. Dabei dient ein Kanal weiterhin der Kommunikation zeitunkritischer Daten über TCP/IP. Über den zweiten Kanal werden zeitkritischen Daten übertragen. Dieser sogenannte Real-time Kanal basiert auf optimierten Protokollen. Sie ersetzen die Layer 3 und 4 des OSI Referezmodells. Durch die Optimierungen lassen sich mit PROFInet RT Zykluszeiten von 5 bis 10ms erzielen, welche den Echtzeitanforderungen in der Fertigungsautomatisierung entsprechen. Hirschmann Interoperability Rev. 1.2 White Paper 4/9 PROFInet Isochrone Real Time (IRT) ist für Motion Conrol Anwendungen konzipiert, wo extrem hohe Echtzeitanforderungen gefordet sind. Das Ziel von Profinet IRT ist, mehr als 50 Achsen mit Zykluszeiten von 1ms und einem Jitter kleiner 1µs bei gleichzeitiger Übertragung von Daten über einen TCP/IP-Stack zu steuern. Dieses Ziel ist nicht durch weitere Optimierungen der Software zu erreichen. Aus diesem Grund basiert PROFInet IRT auf einem ASIC. Dieser ASIC trägt die Bezeichnung ERTEC. Laut Angaben von Profibus International soll dieser ASIC sowohl Profinet RT als auch Profinet IRT unterstützen und mit zwei bzw. vier Ethernet-Ports angeboten werden. Die 4-Port Variante ist für den Einsatz in Antriebssteuerungen sowie Switches gedacht. Die 2-Port Variante soll in Antrieben eingesetzt werden, um so eine Linien- bzw. Ringtopologie zu ermöglichen. Der Einsatz von ERTEC ASICs in Remote I/Os oder anderen Geräten ist nur im Zusammenhang mit Motion Control Anwendungen erforderlich. Ethernet-Switches die einen ERTEC ASIC nutzen und somit PROFInet IRT unterstützen, sollten auch IEEE802 Standards unterstützen. So können sie als Übergang zwischen Profinet IRT Segmenten und den klassischen Bereichen der Fertigungsautomatisierung dienen, die beispielsweise auf Profinet RT und Profinet NRT basieren. PROFInet RT PROFInet IRT IT Anwendung PROFInet Anwendung IT Anwendung PROFInet Anwendung z.B. z.B. •HTTP •HTTP •SNMP Standard Echtzeit •SNMP Standard Echtzeit •DHCP Daten Daten •DHCP Daten Daten TCP/UDP TCP/UDP IP IP RT SRT RT Ethernet Ethernet Echtzeit (Controler, etc.) (ASIC) Switch Switch Figure PROFInet-3: Kommunikationskanäle bei PROFInet RT und IRT Prototypen, die PROFInet IRT unterstützen wurden zur Jahresmitte erwartet. Mit serienreifen Produkten ist laut Profibus International erst gegen Ende 2005 zu rechnen. Zusammenfassend gesagt, die Ethernet-basierende Kommunikation bei Profinet unterscheidet die drei Leistungsklassen: 1. zeitunkritische Daten (Profinet NRT) 2. zeitkritische Prozessdaten in der Fertigungsautomatisierung (Profinet RT) und 3. besonders zeitkritische Daten für Motion Control Anwendungen (Profinet IRT) Hirschmann Interoperability Rev. 1.2 White Paper 5/9 Hirschmann Switches unterstützen Profinet Anwendungen für zeitkritische Daten in der Fertigungs- automatisierung und für zeitunkritische Daten. Sobald der ERTEC ASIC am Markt verfügbar ist, werden Switches von Hirschmann auch Profinet Anwendungen für Motion Control Anwendungen unterstützen. Darüber hinaus wird Hirschmann Switches anbieten, die sich in einem Profinet System wie Profinet Teilnehmer verhalten. Voraussetzung hierfür ist allerdings die Erweiterung der bestehenden Profinet I/O Spezifikation, an der bereits gearbeitet wird. 2 Interoperabilität 2.1 Switches vs.