04 - Industrial Ethernet

Comunicaciones Industriales

Industrial Ethernet

TEMA – Industrial Ethernet

1. – Introducción

1.1 – Localización dentro de las Redes de Comunicaciones Industriales

1.2 – Características Principales

2. – Topologías de Red, Medios de Transmisión y Componentes del Bus

3. – Acceso al Medio

4. – Protocolo de Transporte

5. – Arquitecturas de la Red

6. – Formatos de las Tramas

7. – Servicios de la SEND/RECEIVE

7.1 – Servicio de ENVÍO-RECEPCIÓN

7.2 – Servicio de LECTURA

7.3 – Servicio de ESCRITURA

7.4 – Servicio de ENVÍO-RECEPCIÓN de Datos Expéditos

7.5 – Tipos de Datos

8. – Elementos Simatic: Procesadores de Comunicación

9. – Conclusiones y Mejoras

Índice

Localización de Industrial Ethernet

NivelPlantaNivel

Planta

Tiempo deCiclo de Bus

< 1000 ms


< 1000 ms

NivelProceso

NivelProceso


< 100 ms


< 100 ms

NivelDispositivo

NivelDispositivo


< 10 ms


< 10 ms

Requisitos Especiales sobre Ethernet en Automatización Industrial

Instalaciónválida en ámbito

Industrial

Ingeniería de toda la planta

Alta disponibilidad

Rápidostiempos

de reacción

Eficiente diagnóstico de

red y de dispositivo

Protecciónde acceso

configurable

Aplicaciones de seguridad

Integraciónen las plantas

existentes

AutomatizaciónIndustrial

Sistema de Automatización Integral – TIA

ControladoresSIMATIC

SIEMENS

SIMATIC

SFRUNSTOP

Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5

I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5

I0.6I0.7

S7-200

CPU 212

SIMATIC PGSIMATIC PC

PG 740

SIEMENS

7 8 9

4 5 6

1 2 3

0

.D E F

A B C I N S

D E LS H IF T H E L P

E S C

E N T E R

A C K

S IMA T IC O P 17

S H I F T

H EL PK1 K 5 K 6 K7 K 8K 2 K 3 K 4

K9 K 10 K 11 K 1 2 K 13 K1 4 K 1 5 K16

SIMATIC HMI

ASIFM

SV

SIMATIC DP

PROFIBUS-DP

Industrial Ethernet

PROFIBUS

MPI - NetworkSIMATIC NET

Comunicaciones Ethernet en Simatic

STEP7

TD/OP

1 2

3

5

64

PCInternetExplorer

3rd parte3rd parte7

PG/STEP7

1Ingeniería/Puesta en marcha/ Servicio

Específico S7

2Visualización con TD/OP/OS

Específico S7 y PROFINET

3

4

5

6

7

Intercambio de datos entre dispositivos inteligentes

Específico S7 y PROFINETComunicación S7

IO DistribuidasPROFInet IO

Acceso remoto vía navegador WEB

Estándares IT y PROFINET

Conexión a supervisión/MESOPC, Softnet

OPC, SoftnetSocket TCP/IP

¿Dónde se emplea la Industrial Ethernet?

Grandes cantidades de datos: Intercambio de grandes cantidades de datos (en el entorno de Megabytes)

Grandes distancias: Posibilidad de grandes distancias entre dispositivos

Múltiples tipos de dispositivos: Comunicación entre aparatos de ingeniería, ordenadores y dispositivos de control

Múltiples tipos de comunicaciones: Permite una interconexión entre la oficina técnica y el mundo de la automatización

Panorámica

Red que cumple con los estándares internacionales (IEEE 802.3) válida para todos los campos en la automatización de la producciónProcedimiento de acceso CSMA/CD según IEEE 802.3 (Ethernet)Velocidad de transmisión 10/100/1000 Mbit/sGran número de participantesDesde hace mas de 10 años es el estándar para redes de célulaen el mundoDiferentes medios de transmisión (eléctrico, óptico, inalámbrico)Componentes para estructurar y segmentar la red (repetidores/concentradores de estrella activos, puentes/switch, router)

Ventajas que Ofrece Industrial Ethernet

Red de fábrica de gran potencia para el nivel de célulaAltas prestaciones aún en el caso de existir muchos participantes y grandes distancias

Amplia superficie de cobertura y alcanza grandes distanciasMediante la combinación de las técnicas eléctrica y óptica

Transferencia de datos seguraAún en el caso de la existencia de perturbaciones electromagnéticas mediante componentes idóneos para la industria

Ahorro de costesMediante una disminución de los costes de montaje y cableado

Líder universal dentro de las redes industrialesEthernet Industrial ha mostrado su eficacia en miles de instalaciones

Coexistencia entre protocolos/aplicaciones sobre EthernetTCP/IP...

Funciones Adicionales que Ofrece Industrial Ethernet

Alta disponibilidad(Concepto de redundancia)

Testeo y diagnosis

Programación a distancia

Administración de la red(SNMP)

Acceso al mundo del PC y de las WS

Gran inmunidada EMV Robusta

mecánicamente

Datos Técnicos

Estándar Ethernet según IEEE 802.3/ISO 8802.3

Modo de acceso CSMA/CD (carrier sense multipleaccess/collision detection)

Velocidad de trans. 10/100/1000 MBit/seg.

Medio de transmisión Eléctrico: Par trenzadoÓptico: Fibra ópticaInalámbrico

Máx. nº participantes (1.024)

Distancia de red Eléctrica: máx. aprox. 1,5 KmÓptica: máx. aprox. 4,3 Km

Topología Lineal, árbol, estrella, anillo redundante

Aplicaciones Redes de célula y de gestión

Problemas de Ethernet para la Industria

Sistema no determinísticoAmbiente industrial

Golpes y vibraciones

Temperatura

Ambientes Corrosivos

Etc.

• Solución al indeterminismo:– Switching– Priority Switching

(IEEE 802.1P, IEEE 802.1Q)

Switching: Conmutadores

LAN D

LAN C

LAN B

LAN A

Equipo Equipo Equipo EquipoEquipo Equipo Equipo

Control Control

SwitchingPreviene colisiones

Transmisión de datos full duplex / paralelo

Quality of Service QoS (prioridad de telegramas de tiempo real)

Amplía la comunicación directa entre los segmentos Ethernetque se decidan

Amplía el nivel de datos que circula por la red

Switching: Conmutadores

Cut-ThroughEnvío entre puertos antes de recoger toda la trama

Store and ForwardRecogida, almacenamiento, tratamiento y envío de tramas

Comunicación RT (Cut-Through optimizado)

Comunicación TCP/IP (Store and Forward)

Se puede usar cualquier topología: anillo, estrella, árbol, linealTípicamente el nivel de campo requiere una estructura lineal con ramas

La red se puede ajustar a la máquina de manera óptima

También se soporta estructuras de anillo redundante

Topologías de Red

Lineal

Estrella

Anillo

Componentes del Bus: Medios de Transmisión

Redes eléctricas: cable de par trenzado (TP)

Cable de 4 hilos trenzados por pares

Especialmente seguro ante interferencias (doble apantallamiento)

Costes favorables en el cableado

Estructuras en estrella y lineales

Redes ópticas: Cable de fibra óptica (OF)

Estructuras en linea, en estrella o en anillo con elevados alcances

No existe la posibilidad de interferencias debidas a perturbaciones EMV

Alta disponibilidad mediante arquitecturas redundantes (anillos)

Cableado Par TrenzadoPar trenzado conforme a IEC 11801/61156Versión híbrida (datos+energía)Máxima long. del cable 100 mConector IP20 – RJ45 diseñado para entorno de oficinaConector IP65 – M12 –Compatible con IP20

Medio de Transmisión: Par Trenzado

Red ópticaSeparación de potencialInmune a interferencias electromagnéticasSeguro ante escuchasGrandes distancias (Multimodo: 4,5 km; Monomodo: 42 km)

Diseño de redes redundantes

Cable Fibra OpticaCables de fibra óptica de vidrio conforme a IEC 60793 / 60794Cables de fibra óptica de plásticoConector de bayoneta y de inserción-extracción

Medio de Transmisión: Fibra Óptica

Cable de fibra óptica

Componentes del Bus: Conmutadores

Scalance X-200Utilización en un anillo redundante

Gestión de redes y diagnóstico

Integración en la ingeniería existente

Scalance X005switch no gestionado

Diagnóstico en el dispositivo

Scalance X-400Sistema modular

Acoplamiento redundante de anillos Gigabit

Integración en redes corporativas

Protocolo de Transporte, TCP ó ISO

ISO

Norma ISO 8073 (Clase 4)optimizado para la

transferencia de variablesp.e. servicio y observación

TCP/IP

Estándar de-factooptimizado para la transferenciade grandes cantidades de datos

p.e. ficheros o recetas

Protocolos de Usuario para Industrial Ethernet

PC/PGPC/PG

SEND/RECEIVE Comunicaciones S7TCP/IP Nativo

EthernetIndustrial

SIMATIC S5 SIMATIC S7SIMATIC S5 SIMATIC S7

PC/PG

Pila de Protocolos para Industrial Ethernet

Servicios de comunicación simple basados en TCP/IP (C) para intercambio de datos con dispositivos con TCP/IP.

TCP/IP nativoC

Servicios de comunicación basados en el interfaz de transporte ISO para intercambio de datos con dispositivos S5 y S7. Con TCP/IP, es necesario un adaptador (RFC 1006). Esto hace un interfaz uniforme send/receive para TCP/IP (B) e ISO (D).

Comunicación compatible S5 (Send/Receive)

B,D

Interfaz de usuario uniforme para TCP/IP (A) e ISO (E) empleando funciones S7

Comunicaciones S7A,E

DescripciónProtocoloSímbolo

Protocolos y Dispositivos para SIMATIC NET Industrial Ethernet

Adaptador PC Ethernet

CP 1613

CP 343-1

CP 443-1

Servicios de comunicación sencillos basados en TCP/IP para el intercambio de datos con cualquier dispositivo que soporta el protocolo TCP/IP.

TCP/IP nativo

CP 1613

CP 343-1

CP 443-1

Servicios de comunicación basados en el protocolo de transporte (ISO 8073 o TCP/IP con RFC 1006) para el intercambio de datos con dispositivos S7 o S5.

Comunicación compatible S5 (Send/Receive)

CP 1613

CP 343-1

CP 443-1

Comunicaciones integradas y optimizadas de los sistemas S7/C7 para amplio rango de aplicaciones (ISO 8073 o TCP/IP con RFC 1006).

Comunicaciones S7

DispositivoDescripciónProtocolo

Formatos de las Tramas

Trama Ethernet (máximo 1526 bytes)

SFDPreámbulo MACDirección Destino

MACDirección Origen Long. Datos FCS

18 6 6 246-1500

4Bytes

DSA

PSSA

P Ctrl

1 1 2

≈≈

Campos InicialesLSAP Destino (1byte): valor 0xFE

LSAP Fuente (1byte): valor 0xFE

Control (2bytes): valor 0x0300

TPDU´s de Transporte – ISO 8073

Petición de conexión (CR)

Confirmación de la conexión (CC)

Reconocimiento (AK)

Datos (DT)

Petición de desconexión (DR)

Confirmación de la desconexión (DC)

Datos expeditos (ED)

Reconocimiento de datos expeditos (EA)

Servicios SEND/RECEIVE

Servicios Confirmados

Envío/ Recepción

Lectura

Escritura

Servicios no Confirmados

Datagrama

Multicast

Broadcast

API 1 API 2

( lazo de repetición )

DT con sólo datos y última

1. Envío de datos desde el API 1al API 2

DT con sólo datos

2. Envío de “1”, si se transmitendatos con diferente secuencia

3. Envío de datos finales

Servicio de ENVÍO-RECEPCIÓN

API 1 API 2

DT con cabecera REQ S5 (DB, MB, T, Z, etc)

DT con cabecera ACK S5, con código de error

DT con cabecera ACK S5 sin error + datos

DT con sólo datos



1. Solicitud de datos desde el API 1al API 2

2. Reconocimiento negativo con número de error

Reconocimiento positivo

3. Recepción de los datos solicitados

4. Recepción del 3, si se transmitendatos con diferente secuencia

5. Recepción de datos finales

Servicio de LECTURA (I)

OPEN OPEN

RETURN RETURN

CON. REQU CON. AWAITCONNEC. REQUEST

CONNEC. CONFIRMRETURN RETURN

ACK, con crédito 2

ACK, sin crédito 1

ACK, sin crédito 1

ACK, con crédito 2

ACK, sin crédito 2ACK, sin crédito 1

EnableFETCH-HDB

Ritmo aproximadode 1seg.

RECEIVEbuffer 16 by

fase deconexión

fase de mantenimiento

indicateconnectionestablished

PLC1 CP 1 INA 1 CABLE INA 2 CP 2 PLC 2

Servicio de LECTURA (II)

ACK, sin crédito 1

PLC1 CP 1 INA 1 CABLE INA 2 CP 2 PLC 2

ACK, con crédito 2FETCH DIRParámetros

fuente+destinoSEND

PDU solici. READcon paráme. fuente RETURN flag del

SEND ALLSEND ALL

fase deintercambio

de datosACK, sin crédito 2RETURN

RECEIVE SEND ACK, con crédito 1

PDU reconocimientoREAD mas datos

RETURN

RETURN

flag delRECEIVE ALL

RECEIVE ALL

palabra de estado

RESETCLOSE

DISCONNECTREQUEST

DISCONNECTCONFIRM

fase dedesconexión

RETURNglag de estado

Datos

DatosDatos

Servicio de LECTURA (III)

Solicitud Reconocimiento Byte Significado Valor Significado Valor 0 Identificador del sistema "S" Identificador del sistema "S" 1 Identificador del sistema "5" Identificador del sistema "5" 2 Longitud de la cabecera 16 Longitud de la cabecera 16 3 Identificador código

operación 01 Identificador código

operación 01

4 Longitud código operación

03 Longitud código operación

03

5 Código de operación 05 Código de operación 06 6 Bloque origen 03 Bloque reconocimiento 0F 7 Longitud del bloque de

origen 08 Longitud del bloque de

reconocimiento 03

8 Identificador del origen variable Número de error Nr 9 Número del bloque de

datos variable Campo vacío FF

A Dirección de comienzo. Parte alta

variable Longitud del campo vacío

07

B Dirección de comienzo. Parte baja

variable Libre

C Longitud de datos. Parte alta

variable Libre

D Longitud de datos. Parte baja

variable Libre

E Campo vacío FF Libre F Longitud del campo

vacío 02 Libre

10 A partir de esta dirección datos de usuario hasta 64 bytes

Cabeceras de solicitud y reconocimiento de LECTURA

Área S5 DB MB EB AB PB Z Identificador

origen 01H 02H 03H 04H 05H 06H

Descripción Zona de datos (DB)

Zona de marcas

Zona de imagen de entradas

Zona de imagen de

salidas

Zona de periferia

Zona de contadores

DBNR

Rango

Número del DB 1.... 255

Irrelevante Irrelevante Irrelevante Irrelevante Irrelevante

Dirección de

comienzo Rango

Número de DW

1... 2047

Byte de marcas

0.... 255

Byte de entradas

0....127

Byte de salidas

0.... 127

Byte de periferia

0....127

Número de contador

0.... 255

Longitud

Rango

Cantidad de datos en DW

1.... 2048

Cantidad de datos en bytes

1.... 256


1...128


1...128


1... 256


1....256

Tipos de Datos (I)

Área S5 T RS AS DX DE OB Identificador

origen 07H 08H 09H 0AH 10H 11H

Descripción Zona de temporiza-

dores

Zona de datos del sistema

Direccio-nes

absolutas de

memoria

En DB extendido

En un DB en

memoria externa

Zona de módulos de E/S externa

DBNR

Rango

Irrelevante Irrelevante Irrelevante Número del DX 1.... 255

Número del DB 1.... 255

Irrelevante

Dirección de

comienzo

Rango

Número de temporiza-

dor

1... 255

Número de DW del sistema

0.... 511

Dirección absoluta

de comienzo 0....FFFF

Número de DW

1... 2047

Número de DW

0.....255

Número de byte de

periferia

0.... 511 Longitud

Rango


1.... 256


1....128


1...32767


1...2048


1... 2048


1....256

Tipos de Datos (II)

API 1 API 2

DT con cabecera REQ S5 (DB, MB, etc)+datos

DT con cabecera ACK S5, con código de error

DT con cabecera ACK S5 sin error

DT con sólo datos



1. Envío de datos desde el API 1al API 2

2. Reconocimiento negativo con número de error

6. Reconocimiento positivo

3. Envío de datos

4. Envío del 3, si se transmitendatos con diferente secuencia

5. Envío de datos finales

Servicio de ESCRITURA

Solicitud Reconocimiento Byte Significado Valor Significado Valor 0 Identificador del sistema "S" Identificador del sistema "S" 1 Identificador del sistema "5" Identificador del sistema "5" 2 Longitud de la cabecera 16 Longitud de la cabecera 16 3 Identificador código

operación 01 Identificador código

operación 01

4 Longitud códigooperación

03 Longitud códigooperación

03

5 Código de operación 03 Código de operación 04 6 Bloque origen 03 Bloque reconocimiento 0F 7 Longitud del bloque de

origen 08 Longitud del bloque de

reconocimiento 03

8 Identificador del origen variable Número de error Nr 9 Número del bloque de

datos variable Campo vacío FF

A Dirección de comienzo.Parte alta

variable Longitud del campovacío

07

B Dirección de comienzo.Parte baja

variable Libre

C Longitud de datos. Partealta

variable Libre

D Longitud de datos. Partebaja

variable Libre

E Campo vacío FF Libre F Longitud del campo

vacío 02 Libre

10 A partir de estadirección datos deusuario de hasta 64 bytes

Cabeceras de Solicitud y Reconocimiento de ESCRITURA

API 1 API 21. Envío de datos desde el API 1

al API 2ED con sólo datos

Servicio de ENVÍO-RECEPCIÓN de Datos Expéditos

SIMATIC S7: CP 343-1 Advanced

Formato: Formato S7-300, doble anchoProtocolo: SEND-RECEIVE, funciones S7, PROFInet, ITInterfase: TP (par trenzado)Parametriz.: S7 para Ethernet IndustrialConectable a: S7-300

SIMATIC S7: CP 443-1 Advanced

Formato: Formato S7-400Protocolo: SEND-RECEIVE, funciones S7, PROFInet, ITInterfase: TP (par trenzado)

Switch de 4 puertosParametriz.: S7 para Ethernet IndustrialConectable a: S7-400

PC/PG: SIMATIC NET CP 1613 A2

Formato: Formato corto, PCI

Protocolo: Protocolos de transporte ISO y TCP/IP integrados. Servicios de comunicación a través de comunicación PG/OP, S7 o comunicación compatible S5

(SEND/RECEIVE).

Conexiones: Hasta 80

Sist. Operat: Windows XP, Linux

Particularid.: Microprocesador integrado

OPC como interfaz estándar

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