Automatisieren mit PROFINET

Transkript

1 Automatisieren mit PROFINET Industrielle Kommunikation auf Basis von Industrial Ethernet von Raimond Pigan und Mark Metter 2., überarbeitete und erweiterte Auflage, 2008 Publicis Corporate Publishing

2 1 Vom Schütz zum offenen Standard Die Simatic-Erfolgsgeschichte Strukturwandel durch Dezentralisierung Der Weg zum Industrial Ethernet Industrial Ethernet Profinet Profinet Profinet CBA Real-Time-Kommunikation Feldbusintegration Sicherheit Motion Control mit Profinet Safety auf Profinet 23 2 Ethernet - Grundlagen und Protokolle Grundsätzliche Struktur von Ethernet Ethernet-Datenpaket Ethernet- oder MAC-Adresse, Wie findet man die MAC-Adresse eines Ethernetgerätes heraus? Shared Ethernet Switched Ethernet - Fast Ethernet Switche als intelligente Sternverteiler Die Betriebsarten Füll und Half Duplex im geswitchten Ethernet Funktionen für Ethernet Autonegotiation Autosensing - Automatische Erkennung der Datenrate MDI/MDI-XAutocrossover Gigabit Ethernet - eine Einführung Gigabit Ethernet ^ Power over Ethernet (PoE) Auf Ethernet basierende Protokolle für Profinet TCP/IP UDP/IP : Weitere Protokolle der Vermittlungsschicht 42 3 Real-Time-Kommunikation Anforderungen an ein echtzeitfähiges Ethernet Echtzeit@Profinet 46

3 3.3 Real-Time-Kommunikation Sendetakt und Bandbreite Phase Untersetzungsverhältnis und Sendezyklus Frame Send Offset Real-Time-Verbindungsmanagement Isochrone Real-Time-Kommunikation Isochrone Real-Time-Technologie Projektieren von IRT-Applikationen Zeitsynchronisation Ablauf der Zeitsynchronisation Profinet-Protokollelemente ProfinetASIC Anwendungsbereich Entwicklung von Profinet IO-Devices Protokollanalyzer für Profinet 70 4 Profinet 10 - Dezentrale Peripherie Das Profinet IO-Konzept Profinet IO-Geräteklassen Profinet IO-Gerätemodell Daten-Objekte (Data Objects) Kontext-Management (CM) Applikationsbeziehungen (AR) Kommunikationsbeziehungen (CR) r Dienste und Protokolle, Von der Projektierung zum laufenden System Proxyfunktionalität bei Profinet Profibus-Integration Von der Planung bis zum Betrieb einer Anlage Planen der Anlage : Anlagen projektieren mit Simatic Step Betrieb der Anlage Diagnosefunktionen für Profinet Identifikations- und Maintenance-Daten (I&M-Daten) Diagnose mit Step 7 und NCM Diagnose im Anwenderprogramm des IO-Controllers Netzwerkdiagnose mit SNMP? Diagnose über die Anzeigenelemente von Profinet IO-Geräten Profinet CBA - Verteilte Automatisierung Der Weg zur verteilten Automatisierung Verteilte Automatisierungssysteme mit IEC Profinet CBA '.' Profinet CBA-Konzept Profinet CBA-Objektmodell Integration von Feldbussen 166

4 5.2.4 Profinet- und Profibus-Geräte Simatic S7 und Simatic Net Produkte für Profinet CBA Profinet CBA Engineering Erzeugen von Profinet-Komponenten Verschaltung von Profinet-Komponenten mit dem Profinet CBA- Engineering Profinet-Komponenten Technologisches Modul Profinet-Komponenten Profinet-Komponententypen Komponentisierbare Gerätekonfigurationen Profinet Component Description (PCD) Erstellen der Profinet-Komponenten mit Step Erstellen eines Step 7-Basisprojektes Belastung des Anwenderprogrammzyklus durch Kommunikationsprozesse Erstellen des Profinet-Interface Erstellen von Profinet-Komponenten - Das Komponentisieren Profinet CBA-Kommunikation Verschaltungen Von der Planung bis zum Betrieb einer Anlage Planen der Anlage Erstellen von Profinet-Komponenten mit Step Erstellen von Profinet-Komponenten mit dem Profinet-Komponenten-Editor Projektieren der Anlagen mit Simatic imap Inbetriebnahme und Test der Anlage Profinet CBA Diagnose Offline-Diagnose mit Simatic imap Onlinediagnose mit Simatic imap Diagnose über die Anzeigeelemente von Profinet CBA-Geräten Profinet Anwenderprogramm-Schnittstellen bei Simatic S Grundlagen Organisationsbausteine Funktionsbausteine Funktionen Datenbausteine T Systemfunktionen und Systemfunktionsbausteine Datensätze :7 Profinet IO-Datensätze Systemzustandslisten (SZL) Kodierung von Profinet IO-Diagnose- und Konfigurationsdatensätzen BlockHeader UserStructureldentifier (USI) ApplicationProcessIdentifier (API) ' SlotNumber SubslotNumber 259

5 6.2.6 ChannelNumber ChannelProperties ChannelErrorType ExtChannelErrorType ExtChannelErrorAddlnfo ModuleldentNumber SubmoduleldentNumber ModuleState SubmoduleState Profinet IO-Anwenderprogrammschnittstellen Organisationsbausteine bei Profinet Standardfunktionen für die Kommunikation bei Profinet Systemfunktionen und Systemfunktionsbausteine bei Profinet Spezielle Funktionen für Profinet Profinet CBA-Anwenderprogrammschnittstellen Organisationsbausteine bei Profinet CBA Systemfunktionen bei Profinet CBA Spezielle Funktionsbausteine und Funktionen bei Profinet CBA Profinet-Geräte und Vernetzung Passive Netzwerkkomponenten Übertragungsmedien in leitungsgebundenen elektrischen Netzwerken Elektrische Signalübertragung bei Profinet mit loobase-tx looobase-tx ' Technische Ausführung - FastConnect Busleitungen zur Schnellmontage - I*E-FC-Kabel IE-FC-RJ45-Stecker Hybridstecker M12-Stecker IE FC Outlets FastConnect Stripping Tool IE-TP-Cords Systemkonfigurationen in elektrischen Netzen mit Outlets Optische Signalübertragung loobase-fx : looobase-sx und looobase-lx Lichtwellenleiter - Designed for Industry <? LWL-Steckverbindungen und dauerhafte Verbindungen Funknetzwerke mit Profinet Funktechnologie WLAN-Topologien Sicherheit bei WLAN Wired Equivalent Privacy (WEP) WEPplus.'' Extensible Authentication Protocol (EAP) Wi-Fi Protected Access (WPA) IEEE 802.lli (WPA 2)

6 7.6 Scalance W Die Komponenten von Scalance W Scalance W788-1PRO Scalance W788-2PRO Scalance W744-1PRO ipcf bei Scalance W CP IWLAN/PB Link PN Zubehör der WLAN-Geräte Scalance W konfigurieren und parametieren Sinema E (Simatic Network Manager Engineering) Aktive Netzwerkkomponenten NICs - Netzwerkkarten für Programmiergeräte und PCs CP - Kommunikationsprozessoren für Steuerungen in der S7-Welt Weitere Profinet-Produkte Grundsätzliches zu Hubs und Switches Switches für den industriellen Einsatz: Scalance X Router Netztopologien für Profinet-Netzwerke Stern Baum Linie Ring Aufbaurichtlinien zum Optimieren von Profinet Elektromagnetische Verträglichkeit Installationshinweise für elektrische und optische Datenkabel Projektierung von Scalance-X-Geräten Scalance X Scalance X Scalance-XIOO-Medienkonverter Scalance X Scalance X200 IRT Scalance X Allgemeine Regeln für den Aufbau von Profinet-Netzwerken Übersicht der grundlegenden Normen und Richtlinien zu Profinet- Vernetzung Profinet Security & Scalance S ' Die Schutzfunktionen der Security-Module Die Firewall-Funktionalität Paketfilter Stateful Packet Inspection Application Level Gateways Network Address Translation (NAT, NAPT) Virtual Private Network (VPN) VPNs

7 8.5 IPsec Protokoll Sicherungsarten von IPSec Schlüsselverwaltung mit Internet Key Exchange (IKE) Grenzen von IPSec Simatic Net Scalance S602, S612 und S Simatic Net SOFTNET Security Client Beispielkonfigurationen Scalance S als Firewall betreiben VPN-Tunnel mit Scalance S Sicherheitstechnik und Profinet Einführung in Sicherheitstechnik Zielsetzung der Normen und Standards Risikobeurteilung Integrierte Sicherheitstechnik Technologisches Konzept von PROFIsafe Technische Vorteile von PROFIsafe PROFIsafe im 7-Schichten-Kommunikationsmodell Aufdecken möglicher Kommunikationsfehler zum Erreichen der funktionalen Sicherheit Die PROFIsafe-fähigen Produkte von Simatic PROFIsafe und Profinet mit IWLAN Systemüberblick Profinet mit PROFIsafe Profisafe in der Praxis, Programmierung von Sicherheitsprogrammen Schutz der sicherheitsgerichteten Anwendung Einbinden von Sensoren Abnahmeunterstützung 467 Glossar 468 Literaturverzeichnis 472 Stichwortverzeichnis