PROFINET - реализация Industrial Ethernet фирмой SIEMENS

584 Pages·16.731 MB·Russian

Оглавление

1
От контактора до открытого стандарта
Сети
Ethernet - основные сведения и 2
протоколы

3
Коммуникации реального времени
SIMATIC NET
Profinet IO – система распределённых 4
входов/выходов (Distributed I/O)

Profinet CBA - распределенная 5

автоматизированная система
Profinet – интерфейсы
пользовательской программы в Simatic 6
PROFINET
S7

Profinet-устройства и организация 7

сетей

8
Безопасность в системе Profinet

Дополнительная информация

Руководство
Приложение
Указания по технике безопасности
Данное руководство содержит указания, которые вы должны соблюдать для обеспечения
собственной безопасности, а также защиты от повреждений продукта и связанного с ним
оборудования. Эти замечания выделены предупреждающим треугольником и представлены, в
соответствии с уровнем опасности следующим образом:

Опасность
!
указывает, что если не будут приняты надлежащие меры предосторожности, то это приведет к
гибели людей, тяжким телесным повреждениям или существенному имущественному ущербу.

! Предупреждение

указывает, что при отсутствии надлежащих мер предосторожности это может привести к
гибели людей, тяжким телесным повреждениям или к существенному имущественному ущербу.

! Осторожно

указывает, что возможны легкие телесные повреждения и нанесение небольшого
имущественного ущерба при непринятии надлежащих мер предосторожности.

Осторожно
указывает, что возможно повреждение имущества, если не будут приняты надлежащие меры
безопасности.

Замечание
привлекает ваше внимание к особо важной информации о продукте, обращении с ним или к
соответствующей части документации.
Квалифицированный персонал
К монтажу и работе на этом оборудовании должен допускаться только квалифицированный
персонал. Квалифицированный персонал – это люди, которые имеют право вводить в действие,
заземлять и маркировать электрические цепи, оборудование и системы в соответствии со
стандартами техники безопасности.
Надлежащее использование
Примите во внимание следующее:

Предупреждение
!
Это устройство и его компоненты могут использоваться только для целей, описанных в
каталоге или технической документации, и в соединении только с теми устройствами или
компонентами других производителей, которые были одобрены или рекомендованы фирмой
Siemens.
Этот продукт может правильно и надежно функционировать только в том случае, если он
правильно транспортируется, хранится, устанавливается и монтируется, а также
эксплуатируется и обслуживается в соответствии с рекомендациями.
Товарные знаки
SIMATIC®, SIMATIC HMI® и SIMATIC NET® - это зарегистрированные товарные знаки SIEMENS AG.
Некоторые другие обозначения, использованные в этих документах, также являются
зарегистрированными товарными знаками; права собственности могут быть нарушены, если они
используются третьей стороной для своих собственных целей.
Copyright © Siemens AG 2001 Все права защищены Отказ от ответственности
Воспроизведение, передача или использование этого
Мы проверили содержание этого руководства на соответствие с
документа или его содержания не разрешаются без
описанным аппаратным и программным обеспечением. Так как
специального письменного разрешения. Нарушители
отклонения не могут быть полностью исключены, то мы не
будут нести ответственность за нанесенный ущерб. Все
можем гарантировать полного соответствия. Однако данные,
права, включая права, вытекающие из патента или
регистрации практической модели или конструкции, приведенные в этом руководстве, регулярно пересматриваются,
сохраняются. и все необходимые исправления вносятся в последующие
издания. Мы будем благодарны за предложения по улучшению
Siemens AG содержания.
Департамент автоматизации и приводов
©Siemens AG 2001
Промышленные системы автоматизации
Technical data subject to change.
П\я 4848, D- 90327, Нюрнберг
Siemens Aktiengesellschaft
СОДЕРЖАНИЕ

1 От контактора до открытого стандарта 1-1
1.1 История Simatic 1-1
1.1.1 Изменение структуры системы управления путем децентрализации 1-4
1.2 Путь к Industrial Ethernet 1-5
1.2.1 Industrial Ethernet 1-6
1.3 Profinet 1-8
1.3.1 Profinet IO 1-9
1.3.2 Profinet CBA 1-10
1.3.3 Система коммуникаций реального времени (Real-Time Communication) 1-10
1.3.4 Интеграция полевой шины 1-11
1.3.5 Безопасность 1-11
1.3.6 Управление движением с помощью Profinet 1-12
1.3.7 Безопасность в Profinet 1-12

2 Ethernet - основные сведения и протоколы 2-1
2.1 Основная структура Ethernet 2-1
2.2 Стандартный фрейм Ethernet 2-2
2.3 Ethernet- или MAC-адрес 2-4
2.3.1 Определение MAC-адреса Ethernet-устройства 2-4
2.4 Функции для Ethernet-устройств 2-5
2.4.1 Автосогласование 2-5
2.4.2 Автоопределение - автоматическое распознавание скорости обмена 2-5
2.4.3 Автокроссоверная функция интерфейса MDI/MDI-X 2-6
2.5 Протоколы Profinet на базе Ethernet 2-7
2.5.1 ТСР/IP 2-7
2.5.2 UDP/IP 2-15
2.5.3 Другие протоколы сетевого уровня 2-16
Автоматизация с PROFINET I
Содержание

3 Коммуникации реального времени 3-1
3.1 Требования к Ethernet с поддержкой коммуникаций реального времени 3-3
3.2 Real-time @Profinet 3-4
3.3 Коммуникации реального времени 3-9
3.3.1 Управление коммуникационным соединением реального времени 3-11
3.3.2 Синхронизация 3-12
3.3.3 Элементы протокола фреймов синхронизации 3-18
3.3.4 Элементы RT-протокола (Real-time Protocol) 3-22
3.4 Изохронные коммуникации реального времени 3-26
3.4.1 Техника изохронных коммуникаций реального времени 3-27
3.4.2 Элементы IRT-протокола 3-28
3.4.3 Конфигурация IRT-приложений 3-30
3.5 Proflnet ASIC 3-31
3.5.1 Применение 3-33
3.5.2 Разработка устройств ввода/вывода для Profinet-системы 3-34
3.6 Анализатор протокола для Profinet 3-36

4 Profinet IO - система распределенных входов/выходов
(Distributed I/O) 4-1
4.1 Концепция Profinet IO 4-3
4.1.1 Классы IO-устройств в Profinet 4-3
4.1.2 Поток данных в Profinet IO 4-4
4.1.3 Модель устройства IO-Device 4-6
4.1.4 Объекты данных 4-8
4.1.5 Контекстное управление (CM) 4-8
4.1.6 Связи приложений (AR) 4-9
4.1.7 Коммуникационные связи (CR) 4-10
4.1.8 Сервисы и протоколы 4-17
4.1.9 От конфигурации к работающей системе 4-30
4.1.10 Функции Proxy в Profinet IO 4-32
4.1.11 Интеграция Profibus-устройств 4-33
4.2 От этапа планирования до эксплуатации установки 4-35
4.2.1 Проектирование Profinet IO в среде Simatic STEP 7 4-35
4.2.2 Планирование установки 4-36
4.2.3 Конфигурирование установки с Simatic STEP 7 4-37
4.2.4 Обслуживание установки 4-64
4.3 Диагностические функции в Profinet IO 4-67
4.3.1 Функции диагностики для Profinet IO в STEP 7 и NCM 4-69
II Автоматизация с PROFINET
Содержание

4.3.2 Функции диагностики в пользовательской программе для
IO-контроллера в Profinet IO 4-81
4.3.3 Диагностика с использованием SNMP 4-83
4.3.4 Диагностика с использованием элементов индикации Profinet
IO-устройств 4-84

5 Profinet CBA - распределенная автоматизированная
система 5-1
5.1 Путь к распределенным автоматизированным системам 5-3
5.1.1 Распределенные автоматизированные системы на базе IEC 61499-1 5-4
5.2 Profinet CBA 5-9
5.2.1 Концепция Profinet CBA 5-9
5.2.2 Объектная модель Profinet CBA (Object Model) 5-11
5.2.3 Интеграция полевых шин 5-17
5.2.4 Profinet - и Profibus - устройства 5-19
5.2.5 Продукты для Simatic S7 и Simatic Net Profinet CBA 5-20
5.3 Разработка систем на базе Profinet CBA 5-22
5.3.1 Создание Profinet-компонентов 5-24
5.3.2 Взаимное соединение Profinet-компонентов с помощью средств
проектирования Profinet CBA Engineering Tool 5-24
5.4 Proflnet-компоненты 5-25
5.4.1 Технологический модуль 5-25
5.4.2 Технологический интерфейс 5-28
5.4.3 Программируемые и фиксированные функции 5-28
5.4.4 Типы Profinet-компонентов 5-29
5.4.5 Одноэлементные компоненты 5-30
5.4.6 Конфигурации устройств с назначаемыми компонентами 5-31
5.4.7 Описание Profinet-компонента (PCD) 5-36
5.5 Создание Proflnet-компонентов в STEP 7 5-37
5.5.1 Создание базового STEP 7 - проекта 5-37
5.5.2 Нагрузка коммуникаций на цикл сканирования программы 5-38
5.5.3 Создание Profinet-интерфейса 5-40
5.5.4 Создание Profinet-компонентов 5-48
5.6 Коммуникации в системе Profinet CBA 5-57
5.6.1 Взаимные соединения 5-57
5.7 От планирования к эксплуатации установки 5-64
5.7.1 Планирование установки 5-64
5.7.2 Создание Profinet-компонентов 5-65
5.7.3 Конфигурирование установки с использованием Simatic iMap 5-67
5.7.4 Наладка и тестирование установки 5-82
Автоматизация с PROFINET III
Содержание
5.7.5 Мониторинг и управление установкой 5-87
5.8 Диагностика в системе Proflnet CBA 5-88
5.8.1 Автономная (Offline) диагностика в Simatic iMap 5-88
5.8.2 Интерактивная (Online) диагностика в Simatic iMap 5-92
5.8.3 Диагностика с использованием элементов отображения устройств
Profinet CBA 5-108

6 Profinet-интерфейсы пользовательской программы
в Simatic S7 6-1
6.1 Основы 6-2
6.1.1 Организационные блоки 6-3
6.1.2 Функциональные блоки 6-7
6.1.3 Функции 6-7
6.1.4 Блоки данных 6-7
6.1.5 SFC и SFB 6-8
6.1.6 Записи (Records) 6-13
6.2 Программные интерфейсы для Proflnet IO 6-16
6.2.1 Организационные блоки в Profinet IO 6-16
6.2.2 Системные функции и системные функциональные блоки для
Profinet IO 6-27
6.2.3 Списки системных состояний (SSL) для Profinet IO 6-50
6.3 Интерфейсы пользовательской программы в Proflnet IO 6-55
6.3.1 Системные и стандартные функции для Proflnet IO 6-55
6.4 Интерфейсы пользовательской программы в Proflnet CBA 6-63
6.4.1 Организационные блоки для Profinet CBA 6-63
6.4.2 Системные и стандартные функции для Profinet CBA 6-64

7 Profinet-устройства и организация сетей 7-1
7.1 Пассивные сетевые компоненты 7-4
7.2 Среда передачи на базе сетей из электрических линий 7-4
7.2.1 Передача электрического сигнала в Profinet в режиме 100Base-TX 7-5
7.2.2 1000Base-TX 7-7
7.2.3 Техническое исполнение - FastConnect 7-7
7.2.4 Шинные кабели Fast Assembly - IE FC -кабели 7-9
7.2.5 Вилки разъемов IE FC RJ45 7-11
7.2.6 Гибридный разъем (вилка) 7-13
7.2.7 Разъем M12 (вилка) 7-14
7.2.8 IE FC - розетки 7-15
7.2.9 Инструмент для подготовки кабеля FastConnect Stripping Tool 7-17
IV Автоматизация с PROFINET
Содержание

7.2.10 Соединительные кабели (патч-корды) IE TP Cord 7-17
7.2.11 Конфигурации системы на базе электрических соединительных
кабелей с розетками 7-18
7.3 Передача сигналов посредством оптических линий 7-21
7.3.1 100Base-FX 7-22
7.3.2 1000Base-SX и 1000Base-LX 7-23
7.3.3 Оптоволоконные кабели - разработаны для промышленности 7-24
7.3.4 FO-коннекторы для разъемных и постоянных соединений 7-25
7.4 Беспроводные сети для Profinet 7-27
7.4.1 SCALANCE W 7-28
7.4.2 Компоненты SCALANCE W 7-30
7.4.3 SCALANCE W788-1PRO 7-31
7.4.4 SCALANCEW788-2PRO 7-36
7.4.5 SCALANCE W744-1PRO 7-37
7.4.6 iPCF с SCALANCE W 7-38
7.4.7 СР7515 7-40
7.4.8 IWLAN/PB Link PN IO 7-42
7.4.9 Принадлежности для WLAN -устройств 7-45
7.4.10 Конфигурирование и настройка устройств SCALANCE W 7-48
7.5 Активные сетевые компоненты 7-50
7.5.1 Сетевые интерфейсные карты для программаторов и ПК 7-51
7.5.2 Коммуникационные процессоры (CP) для PLC в среде S7 7-55
7.5.3 Другие продукты для Profinet 7-60
7.5.4 Общая информация по концентраторам и коммутаторам 7-66
7.5.5 Коммутаторы для использования в производственных условиях: серия
SCALANCE X 7-69
7.5.6 Маршрутизаторы 7-79
7.6 Топологии сетей Profinet 7-81
7.6.1 Топология сети типа "звезда" ("star") 7-82
7.6.2 Древовидная топология сети ("tree") 7-83
7.6.3 Линейная топология сети ("line") 7-85
7.6.4 Топология сети типа "кольцо" ("ring") 7-86
7.7 Рекомендации по оптимальной организации сетей Proflnet 7-89
7.7.1 Электромагнитная совместимость 7-89
7.7.2 Рекомендации по установке электрических и оптических линий
передачи данных 7-91
7.7.3 Общие правила для организации сетей Profinet 7-94
7.7.4 Краткий перечень основных стандартов и директив для
организации сетей Profinet 7-95
Автоматизация с PROFINET V
Содержание

8 Безопасность в системе Profinet 8-1
8.1 Модули безопасности SCALANCE S 8-3
8.2 Функции защиты модулей безопасности (Security Modules) 8-7
8.2.1 VPN 8-7
8.2.2 Файрвол, обеспечивающий фильтрацию пакетов данных
(Packet Filter Firewall) 8-9
8.3 Simatic Net SCALANCE S612 и S613 8-11
8.4 ПО Simatic Net SOFTNET Security Client 8-13
8.5 Пример процедуры конфигурирования 8-15
8.5.1 Конфигурирование модулей SCALANCE S в качестве файрволов 8-15
8.5.2 Организация VPN-туннеля с помощью SCALANCE S 8-23

Дополнительная информация

Глоссарий

Литература и другие источники

Предметный указатель
VI Автоматизация с PROFINET
Предисловие

История успеха Industrial Ethernet началась в 1985 г., когда Siemens
представил протокол SINEC HI, основанный на стандарте IEEE 802.3.
Благодаря своей особой способности обеспечивать передачу данных
большого объема, Industrial Ethernet был предназначен для использования в
системах управления производственными процессами. Три года спустя для
коммуникаций на полевом уровне стала использоваться специальная шинная
система PROFIBUS. Эта шина обеспечивает быструю и надежную передачу
данных между контроллерами и распределенными входами/выходами.
Интенсивное совершенствование полевых приборов вызвало увеличение
объемов данных, передаваемых по сети, что привело к тому, что
современные полевые системы достигли предела своей пропускной
способности. С помощью нового стандарта PROFINET, технология Industrial
Ethernet преодолела эти ограничения. Технология PROFINET открыла
возможность непрерывной коммуникационной связи от полевого уровня до
уровня управления компанией.
Через пять лет после первой презентации организацией PROFIBUS
International в августе 2000 г. PROFINET вновь "открыл" стандарт Industrial
Ethernet, удовлетворяющий всем требованиям для промышленного
применения. Это стандарт отвечает жестким требованиям к временным
характеристикам коммуникаций для динамичных систем управления и
поддерживает современные достижения техники коммуникационной связи
уровня офисов.
PROFINET IO обеспечивает решения задач автоматизации, которые были
раньше зарезервированы исключительно за шинами полевого уровня.
PROFINET CBA разделяет приложения комплексной системы автоматизации
на автономные технологические модули приемлемого для управления
размера. В обоих случаях присутствуют полевые шины, которые могут быть
интегрированы в последующие структуры с использованием прокси.
Концепция представляет собой полное решение от кабелей и разъемов,
предназначенных для жестких условий производства, до высокоскоростных
коммутаторов. Концепция безопасности, специально разработанная для
систем автоматизации, обеспечивает контроль доступа в систему,
шифрование данных, идентификацию и протоколирование, и учитывает
жесткие требования к безопасности сети. С помощью профиля PROFISAFE
стандартные коммуникации и безопасные функции связи могут
осуществляться с использованием одного и того же кабеля Ethernet.
Автоматизация с PROFINET 0 - 1
Предисловие
С помощью PROFINET была вновь "открыта" технология Industrial Ethernet, и
повествование об истории ее успешного развития будет продолжено в
следующем разделе.
Мы надеемся, что с помощью данной книги читатели быстрее познакомятся с
PROFINET. Основной упор будет сделан на таких темах, как
"Распределенные входы/выходы" ("Distributed I/O") и "Распределенные
средства автоматики" ("Distributed automation").
Выпуск данной книги был бы невозможен без поддержки со стороны фирмы
SIEMENS и всех тех специалистов, кто читал и корректировал текст в свое
свободное время, и сделал вклад в ее завершение в виде большого
количества конструктивных предложений. Наша искренняя благодарность им
всем!

Раймонд Пиган (Raimond Pigan) Марк Меттер (Mark Metter)
Эрланген, февраль 2006

0 - 2 Автоматизация с PROFINET