C13 – PROFIBUS and PROFINET Network Design – Andy Verwer

36 Pages·2015·0.73 MB·English

PROFIBUS & PROFIBUS and 
PROFINET UK
Andy Verwer,
Conference,
Verwer Training &
PROFINET 
Stratford-upon-Avon
Consultancy Ltd
23/24 June 2015
UK PITC
System Design
System Design
What do we mean by System Design?
• We are talking here about Network Design, i.e. PROFIBUS, 
PROFINET, and the integration of other technologies such 
as standard Ethernet, AS‐i, IO‐Link etc.
• Choosing and putting together a collection of available 
parts to achieve the desired automation functions, 
performance, reliably and at the minimum cost.
It should be simple:
1. Understand the desired functions.
2. Understand where costs are incurred.
3. Understand what makes systems reliable/unreliable.
4. Select suitable parts.
5. Assemble according to the specifications.
PROFIBUS & PROFINET Conference, June 2015 PROFIBUS & PROFINET System Design, Andy Verwer
System Costs
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Most system designers and project managers look at the 
project procurement, installation and deployment costs when 
they price a job.
However, the costs of an automation system spread over the 
life cycle of the plant and should include maintenance, fault‐
finding and health‐checking.
Perhaps most important is the cost in terms of loss of 
production should faults develop during the lifetime of the 
plant. Spending a little more at procurement time can repay 
many times over.
Also good fault tolerant design need not be more expensive. 
Sometimes fault tolerance can be achieved at no additional 
cost.
PROFIBUS & PROFINET Conference, June 2015 PROFIBUS & PROFINET System Design, Andy Verwer
Life cycle costs
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The procurement, 
installation and 
commissioning 
costs are only 
incurred at the start 
of the project. System
overhaul
Costs from device 
failures increase as 
equipment gets 
older.
When system 
overhaul is 
undertaken this can 
partially reset the 
increasing cost of 
failures.
PROFIBUS & PROFINET Conference, June 2015 PROFIBUS & PROFINET System Design, Andy Verwer
Control System Design
Control system design normally proceeds by building on the 
experience obtained from previous designs.
But, designs which are based on badly designed systems will be 
bad!
Only by using experience from operations and maintenance 
staff can we develop good system designs.
In my experience it is rare for such feedback mechanisms to be 
present.  Particularly when design is carried out by sub‐
contractors.
Designers must know about mistakes that have been made in 
the past. 
Feedback from operations and maintenance is essential.
The contract liability threat and accompanying blame culture is 
often responsible for preventing this feedback.
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System Costs
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Maximising plant availability is critical in reducing the total 
costs of the system. It is essential that the System Designer 
understands:
That minimising plant down time when faults inevitably 
occur (i.e. maximising plant availability) is a key 
requirement. 
The impact of the network layout on plant reliability.
That the incorporation of network health checking and 
fault finding facilities are essential.
How to appropriately use features such as redundancy and 
network monitoring and rapid fault location and repair to 
improve plant availability.
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Introduction
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The parts of a control system 
will fail whilst in service.
The consequences of failures 
are often predictable, but the 
failures themselves are 
unpredictable.  
The design of a reliable 
control system is not simple.
… and should be 
accompanied by analysis of 
how parts fail and of the 
consequences of these 
failures.
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Minimising the failure footprint
A good network design will minimise the effect on production 
when inevitable failures occur.
We can speak of minimising the “failure footprint”.
Fault
effect
Fault
duration
Fault
frequency
There are three basic ways to minimise the impact of faults:
• Make failures less likely – Minimise failure frequency.
• Restrict the effects of any failures that will inevitably occur.
• Provide for rapid fault detection or performance degradation, 
rapid location and rapid repair – Minimise failure duration.
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Minimising the failure footprint
1. Make failures less likely – Minimise failure frequency.
Understand and implement the design and installation rules.
Improve reliability ‐ use of well tested (certified) and reliable 
devices, connectors and network components.
For PROFIBUS use the lowest possible bit rate that gives the 
required performance.
PROFIBUS & PROFINET Conference, June 2015 PROFIBUS & PROFINET System Design, Andy Verwer
Minimising the failure footprint
2. Restrict the effects of any failures that will inevitably occur –
Minimise failure extent.
Well thought out network layout and design.
Think about using:
 Separate networks or different masters (distributed control),
 Different segments (segmentation),
 Dealing with common cause failures.
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