Infraestructura de red PROFINET

Transcripción

1 Infraestructura de red PROFINET

2 Agenda Infraestructura de red PROFINET Introducción PROFINET como estándar para Industrial Ethernet Guía de montaje PROFINET Guía de diseño PROFINET 2 Componentes activos Electrónica de red industrial: Características principales (física y lógicas) Entornos de aplicación Arquitecturas típicas: Topologías Redundancia de medios Topología PROFINET (LLDP). Cableado Especificaciones cables PROFINET (PROFINET Cabling and Interconnection Technology) Versiones de cables según construcción Características adicionales según aplicación Conectorización Entornos de aplicación: Interior Exterior Conexiones de datos: Cobre (RJ45, M12) Fibra óptica ( SCRJ) Conexiones de alimentación.

3 Introducción

4 La respuesta a los requisitos y tendencias: PROFINET 4 Es el estándar abierto de Ethernet Industrial de la asociación Internacional de PROFIBUS (PI) (según IEC ) Está basado en Ethernet Industrial Utiliza TCP/IP y los estándares IT Es Ethernet en tiempo real Permite una integración homogénea de los sistemas de bus de campo

5 PROFINET - el estándar abierto de la Asociación Internacional de PROFIBUS 5 PROFIBUS Internacional (PI) 24 asociaciones regionales (RPA) 24 centros de competencia (PCC) 7 laboratorios de testeo (PTL) Más de miembros en todo el mundo La arquitectura está siendo desarrollada por 10 grupos de trabajo con 80 empleados de 50 empresas PROFINET - Desarrollado por la mayor organización de un bus de campo de todo el mundo

6 Instalación de red 6 Seguridad Proceso Comunicación en tiempo real Estándares IT y seguridad de acceso a red PROFINET Dispositivos descentralizados de campo Instalación de red Automatización descentralizada Control de movimiento

7 Guía de instalación de PROFINET 7 La Guía de instalación de PROFINET complementa los estándares para cableado estructurado de edificios para cumplir los requisitos especiales del sector industrial Operadores de red: Sencillas reglas para la instalación de red No se requiere un conocimiento específico en redes para la instalación de PROFINET Fabricantes de dispositivos: Definición de información precisa para el desarrollo del dispositivo Características mecánicas y eléctricas de las interfases PROFINET

8 Componentes activos

9 Por qué componentes industriales y no ofimáticos? 9 Robustez frente a: Fiabilidad Humedad, condensaciones, Temperaturas extremas, vibraciones Interferencias electromagnética Redundancia de anillo rápida (< 200ms) IWLAN con reserva de ancho de banda, rapid roaming Equipos modulares con sustitución en caliente Diseño según requisitos del mundo industrial Integración total (diagnosis de red integrada en PLC, HMI) Elevado diagnóstico, facilidad de mantenimiento Sustitución de equipos por no expertos (memorias extraíbles) Sistemas de cableado industrial rápido e inmune a ruidos

10 Robustez/estabilidad 10 Uso fiable en entornos severos No se producen reflexiones en cables ni problemas de cableado (por ejemplo, ausencia de resistencia terminal) con PROFINET Los problemas de conexión solo afectan a dos puntos de un enlace y no a la línea entera fácil localización del fallo También es posible el uso sin problemas de PROFINET en áreas sometidas a interferencias electromagnéticas Tecnologías robustas para PROFINET El uso de Ethernet conmutada siempre permite una conexión punto a punto El uso de cables apantallados y cables de FO garantizan la inmunidad frente a influencias electromagnéticas La auto-negociación y el auto-crossing reducen los errores potenciales durante la puesta en marcha y el mantenimiento SIMATIC S7-300 Cable IE estándar SCALANCE X204IRT Panel de control y visualización POF-FOC SCALANCE X202-2P IRT ET 200S con IM PN FO El uso de cables de FO garantiza una operación libre de interferencias incluso en áreas sujetas a fuertes interferencias electromagnéticas

11 Por qué no se ha utilizado Ethernet antes? 11 Para las aplicaciones RTC2, donde es necesario asegurar un tiempo máximo de latencia, es decir, un tiempo máximo de ciclo. La técnica CSMA/CD de Ethernet (detección de choques en el medio compartido) es por si misma una técnica no determinística. Además el cálculo de choques en el cable solo se puede realizar de forma probabilística, por lo que era imposible determinar una latencia máxima. Con la aparición de los switches, desapareció el problema de las colisiones, pero a su vez añadía el problema de buffering. Los paquetes son encolados en una FIFO, dependemos del trafico para saber cuanto tiempo estará nuestro paquete en el switch. Solo podemos calcular el tráfico de forma probabilística. Para resolver este problema, se necesita priorizar ciertos paquetes dentro de estas colas FIFO.

12 Prioridad en el cable 12 Gracias a los estándares IEEE802.1Q y IEEE802.1D, es posible marcar como prioritarios ciertos paquetes layer2 dentro de una red Ethernet. Los dispositivos que cumplen este estándar utilizan diferentes colas para el tráfico, según su prioridad. Se especifican 8 niveles de prioridad, del 0 (menos prioritario) al 7 (más prioritario). El tráfico PROFINET recibe distintas prioridades en función de su aplicación: PROFINET RT mensajes cíclicos tiene prioridad 6. PROFINET RT mensajes a cíclicos tiene prioridad 7. NRT Buffer Recepción Colas de salida (Prioridad) Gestor Gestión de Paquetes -Dirección y puerto -Clasificación de tráfico Colas de salida (Prioridad) Colas de salida (Prioridad) Gestor NRT Buffer Recepción Colas de salida (Prioridad)

13 Diagnóstico de red abierto 13 El switch transmite el diagnóstico PROFINET de los dispositivos de periferia Controlador de periferia El switch informa al controlador de periferia de las perturbaciones de la red como diagnóstico PROFINET (1) Configuración del Switch como dispositivo de periferia en el SW de ingeniería (GSDML) Canal adicional SNMP para información estándar (2) Controlador de periferia 1 2 Dispositivo de periferia3 Dispositivo de periferia1 Dispositivo de periferia2

14 Reemplazo rápido de dispositivos 14 Fácil y rápido reemplazo de dispositivos Durante el servicio y mantenimiento, no son necesarios personal ni herramientas especializadas para el reemplazo de dispositivos Reducción de tiempo de inactividad porque basta con localizar un nuevo dispositivo en almacén para poner la maquina o la planta de nuevo en marcha Reemplazo de dispositivo sin usar PG El intercambio de dispositivos con PROFINET basado en la topología conocida también se realiza sin necesidad de tarjetas de memoria. LLDP (Link Layer Discovery Protocol) y DCP (Discovery and Configuration Protocol) Controlador Parámetros dinámicos Configuración automática del dispositivo (nombre, dirección IP) Dispositivo Reconfiguración automática del nuevo dispositivo sin ingeniería ni tarjeta de memoria

15 Alta velocidad de transmisión 15 Rendimiento y alta velocidad de transmisión Usando Ethernet, PROFINET alcanza una velocidad de transmisión significativamente alta respecto a los buses de campo anteriores Debido al ancho de banda más grande, aplicaciones intensivas en datos se pueden usar paralelamente sin que ello afecte a la transmisión de datos de periferia Uso de la tecnología de switch Ethernet Usando 100 Mbit/s Ethernet, PROFINET alcanza una velocidad de transmisión significativamente alta (p.ej. comparado con PROFIBUS DP) 100 Mbit/s es una prestación suficientemente alta para el nivel de campo 100 Mbit/s 100 Mbit/s Switches conectados en línea 100 Mbit/s full duplex Alta velocidad de transmisión mediante switches Ethernet y modo full duplex

16 Topologías flexibles 16 Topología basada en el diseño de la máquina Menor coste de cableado y puesta en marcha más sencilla Topología líneal y estructuras de anillo redundante posibles sin componentes de red adicionales Varios controladores pueden convivir en una red acceso simultaneo a un dispositivo con Shared Device e I-Device Topología adaptada para cada máquina Soporte de topologías variadas tales como estrella, árbol, línea o anillo Varios medios disponibles para la red: cable de cobre Cat5, cables de fibra óptica de vidrio y plástico, e IWLAN Acceso a máquinas y plantas mediante una conexión segura VPN, p.ej. para mantenimiento remoto Anillo (redundante) Árbol PROFINET PROFIsafe Estrella Comunicación Wireless (IWLAN) Línea Gracias a la libertad de selección de la topología, PROFINET permite un adaptación flexible del cableado a la máquina o a la planta

17 Redundancia de medio 17 Alto rendimiento con redundancia de medio Incremento de la disponibilidad de la planta y la maquina La redundancia de medio está integrada en PROFINET y puede ser fácilmente utilizada sin costes adicionales Redundancia integrada en PROFINET La redundancia se puede implementar con ayuda de switches externos y mediante las interfases integradas de PROFINET El fallo de dispositivos en las topología de anillo no tienen efecto en la disponibilidad de la planta El mantenimiento se agiliza incluso ante un fallo en la red Anillo redundante Alta disponibilidad de la planta gracias a la redundancia

18 MRP Protocolo de redundancia de medio 18 IEC Issue Basado en topología de anillo Max. 50 nodos en el anillo Controlador PROFINET IO Dispositivos PROFINET IO Componentes de la infraestructura de red (switches IE) Configuración y diagnostico desde herramienta de ingeniería o página web de los equipos Tiempo de reconfiguración 200 ms Uno de los dispositivos toma automáticamente el papel de gestor del anillo Anillo central con subsistemas separados Varios anillos locales

19 Cableado

20 Especificaciones de cableado PROFINET 20 Las especificaciones de cableado Profinet están detalladas en el documento Profinet Cabling and Interconnection Technology publicado por la Asociación Internacional Profibus-Profinet Versión 2.00 Marzo 2007 Versión 3.01 (vigente) Octubre 2011

21 Especificaciones de cableado PROFINET 21 Otros documentos relativos a aspectos de la infraestructura de cableado: Installation Guideline for Cabling and Assembly Conformance Class A Cabling Installation Guideline for Commissioning

22 Versión 2 pares 22 Versión cables 2 pares Diseño Tipo A Tipo B Tipo C Tipo de instalación Formación del conductor Instalación fija. Ningún movimiento después de instalación Uso flexible, movimiento ocasional o vibración Uso extra flexible, movimiento permanente, vibración o torsión AWG22/1 AWG22/7 AWG22/ Diámetro exterior cable 5,5 ± 8,0mm Aplicación específica Coloración cubierta Verde (RAL 6018) Aplicación específica Coloración conductores Diseño del cable Retardo señal entre pares Blanco, amarillo, azul, naranja Par nº1: blanco(rxd+), azul(rxd-) Par nº2: amarillo(txd+), naranja(txt-) 2 pares ó 1 cuadrete estrella <=20ns/100m Apantallamiento Encintado aluminio + trenza de cobre Aplicación específica

23 Versión 4 pares 23 Versión cables 4 pares Diseño Tipo A Tipo B Tipo C Tipo de instalación Instalación fija. Ningún movimiento después de instalación Uso flexible, movimiento ocasional o vibración Uso extra flexible, movimiento permanente, vibración o torsión Formación del conductor AWG23/1 AWG23/7 AWG24/ Diámetro exterior cable 5,5 ± 9,0mm Aplicación específica Coloración cubierta Verde (RAL 6018) Aplicación específica Coloración conductores Diseño del cable Retardo señal entre pares Blanco/(naranja), Naranja Blanco/(Verde), Verde Blanco/(Azul), Azul Blanco/(Marrón), Marrón 4 pares <=20ns/100m Apantallamiento Encintado aluminio + trenza de cobre Aplicación específica

24 Versión híbrida 24 Versión híbrida para datos+energía Diseño Tipo B Tipo C Tipo de instalación Uso flexible, movimiento ocasional o vibración Uso extra flexible, movimiento permanente, vibración o torsión Número de hilos Datos 4 4 Potencia 4 4 Sección Datos AWG22/7 AWG22/ Potencia 1,5 mm² 1,5 mm² Coloración cubierta Verde (RAL 6018) Aplicación específica Coloración conductores Datos Blanco, amarillo, azul y naranja Par 1: blanco, azul Par 2: amarillo, naranja Potencia Conductores negros numerados: 1,2,3,4 Apantallamiento Encintado aluminio + trenza cobre Aplicación específica

25 Fibra óptica 25 Fibra óptica Diseño Tipo B Tipo C Tipo de instalación Diámetro revestimiento Alta flexibilidad, movimiento permanente, vibración o torsión POF: n.a PCF: 0,5 mm Uso extra flexible, movimiento permanente, vibración o torsión POF: n.a. PCF; 0,5 mm Coloración cubierta Verde RAL 6018 Según aplicación Número de fibras 2 Diámetro del núcleo Atenuación FWHM < 4 nm POF: 160 db/km PCF: 10 db/km POF: 980/1000 µm PCF: 200/230 µm POF: según aplicación PCF: 10 db/km

26 Cableado según Conformance Class 26 Las especificaciones Profinet admiten el uso de cableado genérico según ISO/IEC e ISO/IEC hasta la isla de automatización y entre islas de automatización en Conformace Class A. No obstante, se recomienda el uso de cableado específico Profinet según IEC /-2 para una mayor integración con todas las conformance classes Cableado según CC-A Cableado según CC-B Cableado según CC-C IEC PROFINET Cabling recommended IEC PROFINET Cabling mandatory IEC PROFINET Cabling mandatory

27 Características adicionales 27 Materiales de recubrimiento aptos para la aplicación No propagador del incendio según IEC Composición de cableado adecuada a esfuerzos de torsión Cables compatibles con sistemas Fast Connect Cables tipo festoon

28 Conectorización

29 Conectorización 29 PROFINET define dos tipos de entornos para la conectorización: Interior: armarios eléctricos, estaciones y salas de control Exterior: zonas con alta temperatura y/o humedad, líquidos, polvorientas, altas vibraciones, robustez mecánica Los conectores pueden estar presentes en: Armarios de control Dispositivos Controladores, sensores, actuadores, motores Componentes de red

30 Conectores para datos 30 Cableado de 2 ó 4 pares de cobre RJ45, M12 y fibra óptica Diferenciación entre entorno Interior o Exterior Conectores obligatorios para obtener Certificado de Conformidad Conectores cobre Conectores fibra IP20 Interior IP67 Exterior

31 Conexiones de datos para interior 31 Conector RJ45 según estándar IEC Dos o cuatro pares AWG 22 a 24 sólido o multifilar con apantallamiento Mínimo Cat 5 Protección IP20 Señal Color Señal Color Nº contacto 2 pares 4 pares T568B TD+ Amarillo Blanco/Naranja 1 TD/RD 1 TD- Naranja Naranja 2 RD+ Blanco Blanco/verde 3 TD/RD 2 RD- Azul Verde 6 TD/RD 3 Blanco/Azul 5 Azul 4 TD/RD 4 Blanco/Marrón 7 Marrón 8

32 Conexiones de datos para exterior 32 Conector RJ45 según estándar IEC M12 cod. D o M12 Type X Dos o cuatro pares AWG 22 a 24 sólido o multifilar con apantallamiento Mínimo Cat 5 Protección IP65/67 Conector PushPull M12 Hibrido PushPull

33 Conexiones de Fibra óptica para interior 33 Conector tipo SCRJ según ISO/IEC Protección IP20 Fibras monomodo o multimodo: POF 1000 µm PCF 230 µm Glass 125 µm

34 Conexiones de fibra óptica para exterior 34 Conector tipo Push Pull OF SCRJ según ISO/IEC Protección IP 65/67 Fibras monomodo o multimodo: POF 1000 µm PCF 230 µm Glass 125 µm

35 Conectores para alimentación 35 Alimentación a 24 V independiente Conector y cableado Híbrido Alimentación y datos- Alimentación 400 V Protección IP 65/67 Conectores recomendados para obtener Certificado de Conformidad 24 Vdc 400 Vac

36 Conectores Híbridos para datos+energía 36 Adecuados para entorno exterior Transporte de datos y energía (24 Vcc/16 A) RJ45 2 pares 1,5 a 2,5 mm 2 de sección

37 Muchas gracias por su atención