15 de Octubre Crowne Plaza Ciudad de México. Simposio Técnico de Medición y Automatización. ni.com/mexico

Transcripción

1 15 de Octubre Crowne Plaza Ciudad de México Simposio Técnico de Medición y Automatización ni.com/mexico

2 Expansión de Sistemas Distribuidos de E/S Mediante Módulos Ethernet

3 Agenda Porqué los protocolos basados en Ethernet? Descripción de los Protocolos Industriales Basados en Ethernet Agregando E/S Determinísticas a PACs de NI Conectando Dispositivos NI a Protocolos Industriales Modbus TCP/IP Tarjetas PXI/PCI, Profibus Ethernet/IP

4 Agenda Porqué los protocolos basados en Ethernet? Descripción de los Protocolos Industriales Basados en Ethernet Agregando E/S Determinísticas a PAC s de NI Conectando Dispositivos NI a Protocolos Industriales Modbus TCP/IP Tarjetas PXI/PCI, Profibus Ethernet/IP

5 Porqué Protocolos Basados en Ethernet? Modbus DeviceNet CanOPEN PROFIBUS Modbus TCP/IP EtherNet/IP EtherCAT PROFInet Protocolos Industriales Tradicionales Capa Física de Ethernet 5

6 Adopción de Ethernet en la Industria Mercado Total de $630M Ethernet en realidad significa: Ethernet/IP PROFInet Modbus TCP/IP Fuente: VDC 2006

8 Modelo OSI y Ethernet Industrial 7. Aplicación 6. Presentación 5. Sesión 4. Transporte 3. Red 2. Enlace de Datos 1. Física Modbus TCP/IP Ethernet/IP, PROFInet, y EtherCAT, TCP & UDP IP Ethernet

9 Los protocolos Industriales Ethernet no sólo son Ethernet : agregan características para confiabilidad y determinismo, pero la desventaja es perder compatibilidad con Ethernet estándar.

10 Protocolos Industriales Basados en Ethernet Modbus TCP/IP EtherCAT Ethernet/IP PROFINET

11 Similitudes Reutiliza la capa 1 y 2 del modelo OSI Qué pasa con las otras 5 capas? Define dispositivos maestro (scanner) y esclavo (adaptador) Dirigidos a uno o mas aplicaciones No Tiempo Real Tiempo Real Tiempo Real Estricto

12 Objetivos de Aplicación No Tiempo Real Utiliza TCP/IP o UDP/IP estándar Aplicación: PLC a HMI o PLC a SCADA Tiempo Real Proporciona mayor determinismo con hardware comercial Aplicación: Datos de control Tiempo Real Estricto Agrega hardware especifico para proporcionar determinismo Aplicación: Control de movimiento distribuido

13 Dónde se Ubican los Protocolos? EtherCAT PROFInet (IRT)** PROFInet (RT)** Ethernet/IP CIP Sync Ethernet/IP Modbus TCP/IP PROFInet (NRT)* Ethernet/IP **También PROFInet IO *También PROFInet CBA

14 Protocolos Industriales Basados en Ethernet Modbus TCP/IP EtherCAT Ethernet/IP Profinet

15 Descripción de Modbus TCP/IP Primer protocolo industrial en Ethernet (creado en 1999) Basado en Modbus desarrollado por Modicon en 1979 Estánda Ethernetr ampliamente adoptado y abierto Ventajas Utiliza Ethernet estándar (hardware y capa de transporte TCP/IP) Abierto y relativamente simple Desventajas No es un protocolo de tiempo real estricto No proporciona determinismo

16 Objetos de Datos Modbus Tipo de Modbus Modbus Esclavo Dato Descripción Ejemplo Dato Leer Escritura Leer Escritura Booleano Si Si Si Si Acceso a bobinas sencillas = {000001} Booleano Si No Si Si Acceso a entradas discretas sencillas = {100002} Booleano Si No Si Si Acceso a bits individuales de los registros de entrada y los interpreta como valores lógicos VERDADERO o FALSO. El bit menos significativo es el 1. El bit más significativo es = {the first bit of } bit Entero Si No Si Si Acceso registros de entrada de 16 bits como enteros entre 0 y 65, = {300001} Booleano Si Si Si Si Acceso a bits individuales de los registros de entrada y los interpreta como valores lógicos VERDADERO o FALSO. El bit menos significativo es el 1. El bit más significativo es = {the 16th bit of } bit Entero Si Si Si Si Acceso registros de entrada de 16 bits como enteros entre 0 y 65, = {400002}

18 Descripción de EtherCAT EtherCAT Ethernet Control Automation Technology Grupo de Tecnología Administrado EtherCAT (ETG) Abierto y basado en estándares, i.e. IEC Ventajas Protocolo industrial de tiempo real estricto Extremadamente eficiente y comunicación directa Desventajas Orientado sólo a tiempo real estricto (?) No esta diseñado para paquetes TCP/IP estándar y paquetes EtherCAT

19 Principio Funcional: Ethernet Sobre la marcha Analogía Tren Rápido: El Tren (marco Ethernet) no se detiene Aun observando el tren por una ventada pequeña se observa el tren completo El vagón (sub-telegrama) con longitud variable Uno puede extraer o insertar personas (bits) o grupos enteros inclusive múltiples grupos por tren

20 Marcos Ethernet Los comandos de EtherCAT son transportados en el área de datos de un marco de Ethernet y pueden ser codificados por medio de un Ether Type especial. Ether Type es limitado a una subred Ethernet (no transmitido por enrutadores)

22 Descripción de EtherNet /IP Bus dominante para Rockwell Automation Administrado por la Asociación de Vendedores de Dispositivos Abiertos (ODVA) Extiende los conceptos de DeviceNET a Ethernet Ventajas Utiliza la capa de transporte de Ethernet (TCP y UDP) Desventajas Puede sobre-cargar las redes con mensajes UDP si no se configura correctamente, se recomiendan switches administrados con monitoreo de IGMP

23 Clases de Dispositivos Clase Escáner Maestro Inicia comunicaciones implícitas y explícitas Clase Adaptador Esclavo Solo envía datos si son solicitados por un escáner Soporta mensajes implícitos y explícitos Clase de Mensajes Utilizado para configuracion o transferencia de datos sobre demanda Permite que la transferencia de datos sea iniciada por cualquier dispositivo

24 Adiciones para EtherNet/IP CIP Sync Basado en IEEE 1588 Proporciona reloj compartido a los dispositivos CIP Motion Se construye sobre CIP Sync para realizar control distribuido para moviimiento Utiliza reloj compartido no QoS CIP Safety Se construye sobre Seguridad DeviceNet Dispositivos inteligentes con parámetros de time-out

25 Terminología Ethernet/IP Mensajes Explícitos TCP/IP Usados para establecer parámetros e iniciar comunicación implícita Mensajes Implícitos UPD/IP multicast Usados para comunicar datos de E/S Configuración para actualizaciones cíclicas

26 Comunicación de LabVIEW a PLC s ControlLogix EtherNet/IP Disponible para descarga desde NI Labs en ni.com/labs

27 VI s EtherNet/IP para LabVIEW Proporciona VIs para comunicación a las etiquetas Logix del PLC Lea y escriba directamente a etiquetas de PLC s Allen Bradley ControlLogix y CompactLogix Corre en LabVIEW para Windows y LabVIEW Real- Time (Pharlap y VxWorks) Mensajes explícitos Bueno para baja cantidad de etiquetas

28 Uso en Controladores RT Necesita instalar los controladores de comunicación en el objetivo de tiempo real desde NI Measurement & Automation Explorer

29 VI s EtherNet/IP para LabVIEW Ventajas Método simple para comunicarse con PLCs Rockwell Comunicación iniciada por LabVIEW (no es necesario cambiar código en el PLC) Bueno para comunicar bajos números de etiquetas Usa TCP/IP y no requiere de monitoreo de IGMP para prevenir saturación de la red Desventajas No recomendado para gran cantidad de etiquetas Empaquetado ineficiente de datos sobre Ethernet (comunicación más lenta) Mayor carga en el procesador del PLC Sólo se puede comunicar con PLC s Logix de Rockwell No soporte para SLC, ni para terceros

30 Protocolos Industriales Basados en Ethernet Modbus TCP/IP EtherCAT Ethernet/IP PROFINET

31 Descripción de PROFINET Bus dominante de Siemens Protocolo de aplicación que extiende PROFIBUS a Ethernet Administrado por PROFIBUS & PROFINET International (PI) Ventajas Soporte para tráfico Ethernet estándar y determinístico Usa IEEE-1588 y QoS para agregar determinismo Desventajas Se recomienda un switch administrado con QoS para RT/IRT Switch con ERTEC ASIC para aplicaciones complicadas

32 Tres Niveles No Tiempo Real (NRT) PROFINET CBA Para la puesta en marcha de una planta Rango de 100 ms RT (Tiempo Real) PROFINET CBA y PROFINET IO Aplicaciones de E/S Tiempos de ciclo de hasta 10 ms IRT (Tiempo Real Isócrono) PROFINET IO Aplicaciones a nivel sistema Tiempos de ciclo de menos de 1 ms Fuente Wikipedia

33 Ciclo de Red PROFINET No tiene mensaje de Inicio de Periodo Sincronización de reloj por medio de IEEE 1588 & asíncrona Porción roja del ciclo (isócrona) Porción verde del ciclo (asíncrona) min 125 µs

34 Tecnología: IEEE-1588 Tecnología para sincronizar relojes distribuidos Precisión basado en variaciones del reloj

35 Tecnología: IEEE-1588

36 HRT: Determinismo y Desempeño Organización Tiempode Respuesta(ms) Variación (us) Tasade Datos(Mb/s) EtherCAT ~ 0.1 < Sercos-III < 0.5 < Profinet-IRT < 1 < Ethernet Powerlink < 1 < Ethernet/IP ~ 1 < Table 1. Real-Time Comparison of the Various Real-Time Methods Standards-Based Real-Time Ethernet Now Off-the-Shelf by Klaus Zwerina

38 Sistema NI con E/S Determinísticas Distribuidas Host Computer (TCP/IP) NI PXI System Sistema NI PXI con with Ethernet Interface Interface Ethernet NI crio-9074 NI (EtherCAT) NI 9144 NI 9144

39 Controladores Maestros NI Requerimientos CompactRIO o Sistema PXI RT con 2 puertos Ethernet NI-Industrial Communications for EtherCAT

40 Chasís de Expansión NI puertos para conectar en serie Chasís Robusto -40 a 70 C Entrada de 9-30V Hazloc Impacto/Vibración 8 ranuras para Serie C

41 Experiencia en LabVIEW Chasís CompactRIO Chasís de Expansión NI 9144 { {

42 Demo de E/S Determinísticas Distribuidas

43 Módulos de E/S Serie C Más de 30 módulos analógicos y digitales soportados Todos con mediciones de un sólo punto Sin soporte para formas de onda (NI 9233/9234) Sincronización módulo a módulo y chasís a chasís Compatibilidad con diferentes chasises NI EASY POWERFUL OPEN

45 Opciones Modbus para LabVIEW VI s NI Modbus Servidor de E/S Modbus

46 Modbus: Conéctese a Gateways de Terceros Gran variedad de protocolos de comunicación Soportado por todos los PACs LabVIEW Real- Time No apto para aplicaciones determinísticas Modbus TCP PROFIBUS DeviceNet EthernetIP ControlNet

47 PXI/PCI con Soporte en Tiempo Real PROFIBUS CAN CANopen DeviceNet FOUNDATION Fieldbus

48 PROFIBUS Compatibilidad con Windows XP/2000, LabVIEW Real-Time Software gráfico de configuración de redes API de LabVIEW Express para programación simplificada Servicios soportados: DPV0 Clase Maestro 1/2, DPV0 Esclavo, DPV1 Clase Maestro 2

49 VI s Ethernet/IP para LabVIEW VIs para modo de mensajes Ethernet/IP y escáner Disponible en NI labs Instalador que proporciona VI s para comunicación a adaptadores Ethernet/IP

50 Demo: VI s Ethernet/IP

51 Preguntas?