De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011 Share our Vision for Automation

Determinisme in Mixed Networks Pushing Performance Determinisme in Mixed Networks Peter Van Passen Product Manager ICPN/AutomationIT HARTING nv Geert Leen Projectingenieur PICC ACRO People | Power | Partnership De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

ISO / OSI Toestel A Toestel B 7 Applicatie laag 6 Presentatie laag Pushing Performance 7 Applicatie laag 6 Presentatie laag 5 Sessie laag 4 Transport laag 3 Netwerk laag 2 Data link laag Router Hub, switch 1 Fysische laag Gateway Toestel A Toestel B Repeater De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

PROFINET: Netwerkinfrastructuur Pushing Performance Standaard ethernet infrastructuur met: RJ 45 Connectoren Kabeltype Cat 5e , folie & shielding! Maximale kabellengte 100m Koper draad Isolatie van de draad Plastic folie Middenste opvulelement Afschermfolie Afscherming Buitenste beschermlaag Binnenste beschermlaag De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Full duplex Switch 100 Mbit/s Pushing Performance Switch 100 Mbit/s 4 wires, twisted pair, shielding en folie Full duplex: zenden en ontvangen tegelijkertijd De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Topologiën: Lijn Geïntegreerde switches Pushing Performance Geïntegreerde switches Lagere beschikbaarheid: falen van 1 toestel! Belasting halveert door keuze plaats vd PLC in de lijn De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Topologiën: Ster Centrale switch Pushing Performance Centrale switch Hoge beschikbaarheid (switch met redundante voeding) Belasting: lijn naar controller is meest belaste punt De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Topologiën: Boom Meerdere switches  Gestructureerd netwerk Pushing Performance Meerdere switches  Gestructureerd netwerk Hoge beschikbaarheid: (switch met redundante voeding) Belasting: lijn naar controller is meest belaste punt De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Topologiën: Ring Pushing Performance Hoge beschikbaarheid: Redundantie  Media Redundancy Protocol Switches  1 Redundancy manager + ... redundancy client(s) Belasting halveert door keuze plaats vd PLC in de lijn De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Industrial Automation Mixed netwerken ?!? Pushing Performance Office IT Ethernet IEEE 802.3 Automation IT Industrial Automation Eén Netwerk voor alle applicaties: Bureautica; Productie; Fabriek en Machine De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Huidige topologie industriële automatisering Pushing Performance Voice over IP Core Level SCADA HMI PLC Real-Time Control Level Fieldbus: Profibus DP, Interbus, Devicenet … Drive Real-Time plus Determinism I/O Field Level De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Beperkingen „mixed“ automation netwerken Pushing Performance Line topology met PROFINET RT standaard Switchen Requirements: - Determinisme - cycle time ~ 1ms X X X X cascade of more than 10 Switches in line De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Performantie Standaard Ethernet (IEEE 802.3) (voorbeeld met 16 Switches) Pushing Performance delay [μ sec] Standard switching Field bus (bus-cycle) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Drive PLC Switches I/O De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Ethernet IEEE 802.1p & 802.1q Ontoereikend! Ethernet Header Pushing Performance Preamble SFD Destination Source VLAN Type Data FCS 4 Byte 7 Byte 1 6 Byte 6 Byte 8100 xx 8892 Ethernet Header Priority Type 7 Network critical 6 Voice Automation 5 Video 4 Business critical 0-3 Datatransfer Web TCP acknowledge Example of priorization of automation protocols Automation-frames en IT-frames hebben dezelfde prioriteit! De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Traffic-jam ondanks Priorization (IEEE 802.1q) (voorbeeld met 3 Switchen) Pushing Performance Automation-frame IT-frame 10 µsec PLC Drive Switch 1 Switch 2 Switch 3 60 µsec 120 µsec Automation-frames moeten wachten, totdat het volledige IT-frame is verstuurd! De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Traffic-jam ondanks Priorization (IEEE 802.1q) (voorbeeld met 5 Switchen) Pushing Performance Store & forward Switch 1 Switch 2 Switch 3 Switch 4 Switch 5 μsec 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Switching Technologie: Operating Modes Pushing Performance Store & forward Huidige Switch Technologie: Store and Forward De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Switching Technologie: Operating Modes Pushing Performance cut through Oudere Switch Technologie: Cut through / Modified Cut through De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Acceleratie met „Cut-through“ (zonder network load) Pushing Performance cut through Store & forward Switch 1 Switch 2 Switch 3 Switch 4 Switch 5 μsec 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Identificatie van automatiseringsprofielen? Pushing Performance Profinet 0,0 time (µsec) … 0,64 1,6 1,79 1,92 2,24 VLAN Tag Ether- type 2 Ethernet header IP header Port 2222 UDP header FCS UDP Data 502 TCP Data TCP header Ethernet/IP Modbus TCP/IP Automation-frames en IT-frames kunnen nu apart behandeld worden, maar de vertraging zal nog steeds voorkomen! De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Acceleratie van geidentificeerde frames cut through EN network load Pushing Performance cut through Store & forward Switch 1 Switch 2 Switch 3 Switch 4 Switch 5 μsec 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Hoe determinisme bekomen? Pushing Performance Automation frame IT-frame 1. Identify the automaion frame 2. Suspend the NRT-frame 3. Direct transmission of the automation frame 4. Resend of the NRT-frame De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

De oplossing: FAST TRACK Switching Pushing Performance Fast Track Switch Overtake: Onderbreking van IT-frames indien nodig overtake accelerate Accelerate: Versnelling door gebruik van cut-through identify Identify: Identificatie van automatiseringspakketten Naadloos Ethernet tot in de machine Industrial Automation Office IT De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Mixed Automation Netwerk Limitations Pushing Performance Fast Track Switching Store & forward Switch 1 Switch 2 Switch 3 Switch 4 Switch 5 μsec 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Industrial Automation FAST TRACK Switching Determinisme & Hoge Performantie Pushing Performance Industrial Automation Office IT Delay [μ sec] Store & Forward Switching Field bus (bus-cycle) Fast Track Switching 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Switches De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Mixed Automation Netwerk 26 Pushing Performance Pushing Performance Line topology met PROFINET RT, Fast Track Switchen Requirements: - Determinisme - cycle time ~ 1ms    cascade of more than 10 Switches in line  De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

FAST TRACK Switching WORKSHOP 27 FAST TRACK WORKSHOP Pushing Performance Pushing Performance De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

FAST TRACK Switching WORKSHOP 28 Pushing Performance Pushing Performance See HARTING Tabletop De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

Bedankt voor de aandacht ! 29 Pushing Performance Pushing Performance Bedankt voor de aandacht ! De PROFIBUS, PROFINET & IO-Link dag 2011

05.04.2017