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Industrial Ethernet
Comunicaciones Industriales

Índice
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
Localización de Industrial Ethernet
Nivel
Nivel
Planta
Planta
Tiempo de
Tiempo de
Ciclo de Bus
Ciclo de Bus
< 1000 ms
< 1000 ms

Nivel
Nivel
Proceso
Proceso
Tiempo de
Tiempo de
Ciclo de Bus
Ciclo de Bus
< 100 ms
< 100 ms

Nivel
Nivel
Dispositivo
Dispositivo
Tiempo de
Tiempo de
Ciclo de Bus
Ciclo de Bus
< 10 ms
< 10 ms

Requisitos Especiales sobre Ethernet en Automatización Industrial

Alta
disponibilidad

Rápidos
tiempos
de reacción

Ingeniería
de toda la planta

Instalación
válida en ámbito
Industrial

Automatización
Industrial

Integración
en las plantas
existentes

Eficiente
diagnóstico de
red y de
dispositivo

Protección
de acceso
configurable

Aplicaciones
de seguridad
Sistema de Automatización Integral – TIA
SIMATIC PG
SIMATIC PC

SIMATIC HMI

SIEMENS

S IM A T IC O P 1
7

PG 740

1
K

K2

K3

K4

K 5

K6

K7

K 8

K1

K12

K 13

K 4
1

K 1 5

K16

H EL P
S HI FT

K 10

K
9

ES C

7

8
D

4

E

5
A

1

9

A C K

F

6
B

2

0
.
C

3

S

H IF T

I NS
D E L

H EL P

E N T ER

MPI - Network

SIMATIC NET

Industrial Ethernet
PROFIBUS

Controladores
SIMATIC

SIEMENS

SF
RUN
STOP

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

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

CPU 212

Q0.5

I0.6
I0.7

SIMATIC
S7-200

PROFIBUS-DP
SIMATIC DP

FM

ASI

SV

Comunicaciones Ethernet en Simatic
Internet
Explorer

5

PG/STEP7

1

4

PC

2
6
3

7

Ingeniería/Puesta en marcha/
1 Servicio
Específico S7

Específico S7 y PROFINET

3rd parte
3rd parte

IO Distribuidas
4

Visualización con TD/OP/OS
2

TD/OP

STEP7

5

PROFInet IO

Acceso remoto vía navegador
WEB
Estándares IT y PROFINET

3

Intercambio de datos entre
dispositivos inteligentes

6

Específico S7 y PROFINET
Comunicación S7

7

Conexión a supervisión/MES
OPC, Softnet
OPC, Softnet
Socket 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
producción
Procedimiento de acceso CSMA/CD según IEEE 802.3
(Ethernet)
Velocidad de transmisión 10/100/1000 Mbit/s
Gran número de participantes
Desde hace mas de 10 años es el estándar para redes de célula
en el mundo
Diferentes 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 célula
Altas prestaciones aún en el caso de existir muchos participantes y grandes
distancias

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

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

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

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

Coexistencia entre protocolos/aplicaciones sobre Ethernet
TCP/IP...

Funciones Adicionales que Ofrece Industrial Ethernet

Alta disponibilidad
(Concepto de redundancia)
Testeo y
diagnosis

Gran inmunidad
a EMV

Programación a
distancia

Acceso al mundo del
PC y de las WS

Robusta
mecánicamente
Administración de la red
(SNMP)
Datos Técnicos

Estándar

Ethernet según IEEE 802.3/ISO 8802.3

Modo de acceso

CSMA/CD (carrier sense multiple
access/collision detection)

Velocidad de trans.

10/100/1000 MBit/seg.

Medio de transmisión

Eléctrico:

Par trenzado

Óptico:

Fibra óptica

Inalámbrico
Máx. nº participantes

(1.024)

Distancia de red

Eléctrica:
Óptica:

Topología

Lineal, árbol, estrella, anillo redundante

Aplicaciones

Redes de célula y de gestión

máx. aprox. 1,5 Km
máx. aprox. 4,3 Km

Problemas de Ethernet para la Industria
Sistema no determinístico
Ambiente industrial
Golpes y vibraciones
Temperatura
Ambientes Corrosivos
Etc.

• Solución al indeterminismo:
– Switching
– Priority Switching
(IEEE 802.1P, IEEE 802.1Q)
Switching: Conmutadores
Switching

LAN B

Previene colisiones
Transmisión de datos full duplex /
paralelo
LAN C

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

LAN D

LAN A

Amplía la comunicación directa
entre los segmentos Ethernet
que se decidan
Amplía el nivel de datos que
circula por la red

Control

Control

Equipo

Equipo

Equipo

Equipo

Equipo

Equipo

Equipo

Switching: Conmutadores
Cut-Through
Envío entre puertos antes de recoger toda la trama

Store and Forward
Recogida, almacenamiento, tratamiento y envío de tramas

Comunicación RT (Cut-Through optimizado)

Comunicación TCP/IP (Store and Forward)
Topologías de Red
Se puede usar cualquier topología: anillo, estrella, árbol, lineal
Típicamente 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

Anillo
Lineal

Estrella

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)
Medio de Transmisión: Par Trenzado

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

Medio de Transmisión: Fibra Óptica
Cable de fibra óptica

Red óptica
Separación de potencial
Inmune a interferencias
electromagnéticas
Seguro ante escuchas

Cable Fibra Optica
Cables de fibra óptica de
vidrio conforme a IEC
60793 / 60794
Cables de fibra óptica de
plástico
Conector de bayoneta y de
inserción-extracción

Grandes distancias
(Multimodo: 4,5 km;
Monomodo: 42 km)
Diseño de redes redundantes
Componentes del Bus: Conmutadores
Scalance X005
switch no gestionado
Diagnóstico en el dispositivo

Scalance X-200
Utilización en un anillo redundante
Gestión de redes y diagnóstico
Integración en la ingeniería existente

Scalance X-400
Sistema modular
Acoplamiento redundante de anillos Gigabit
Integración en redes corporativas

Protocolo de Transporte, TCP ó ISO

TCP/IP

ISO

Estándar de-facto
optimizado para la transferencia
de grandes cantidades de datos
p.e. ficheros o recetas

Norma ISO 8073 (Clase 4)
optimizado para la
transferencia de variables
p.e. servicio y observación
Protocolos de Usuario para Industrial Ethernet

PC/PG

PC/PG

PC/PG

Ethernet
Industrial

SIMATIC S5

SIMATIC S5

TCP/IP Nativo

SIMATIC S7

SEND/RECEIVE

SIMATIC S7

Comunicaciones S7

Pila de Protocolos para Industrial Ethernet

Símbolo

Protocolo

Descripción

A,E

Comunicaciones S7

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

B,D

Comunicación compatible S5
(Send/Receive)

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).

C

TCP/IP nativo

Servicios de comunicación simple basados en TCP/IP
(C) para intercambio de datos con dispositivos con
TCP/IP.
Protocolos y Dispositivos para SIMATIC NET Industrial Ethernet

Protocolo

Descripción

Dispositivo

Comunicaciones S7

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

CP 1613

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.

CP 1613

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

Adaptador PC Ethernet

Comunicación
compatible S5
(Send/Receive)

TCP/IP nativo

CP 343-1
CP 443-1

CP 343-1
CP 443-1

CP 1613
CP 343-1
CP 443-1

Formatos de las Tramas
Campos Iniciales
LSAP Destino (1byte): valor 0xFE
LSAP Fuente (1byte): valor 0xFE
Control (2bytes): valor 0x0300

6

6

2

1 1

Ctrl

Datos

FCS

≈

SSAP

1

DSAP

SFD

Bytes 8

MAC
MAC
Long.
Dirección Destino Dirección Origen

≈

Trama Ethernet (máximo 1526 bytes)
Preámbulo

2

4
46-1500
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

Servicios no
Confirmados

Envío/ Recepción

Datagrama

Lectura

Multicast

Escritura

Broadcast
Servicio de ENVÍO-RECEPCIÓN

API 2

API 1
1.

Envío de datos desde el API 1
al API 2

DT con sólo datos

2.

Envío de “1”, si se transmiten
datos con diferente secuencia

( lazo de repetición )

3.

Envío de datos finales

DT con sólo datos y última

Servicio de LECTURA (I)

API 2

API 1
1.

Solicitud de datos desde el API 1
al API 2

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

2.

Reconocimiento negativo con
número de error

DT con cabecera ACK S5, con código de error

Reconocimiento positivo
3.

Recepción de los datos solicitados

4.

Recepción del 3, si se transmiten
datos con diferente secuencia

5.

Recepción de datos finales

DT con cabecera ACK S5 sin error + datos
DT con sólo datos
( lazo de repetición )

DT con sólo datos y última
Servicio de LECTURA (II)

PLC1

CP 1

INA 1

CABLE

INA 2

CP 2

OPEN
RETURN
CON. REQU

CON. AWAIT
CONNEC. REQUEST
Ritmo aproximado
de 1seg.
CONNEC. CONFIRM
RETURN
ACK, sin crédito 2
RECEIVE
ACK, sin crédito 1
buffer 16 by
ACK, con crédito 2

Enable
FETCH-HDB RETURN

PLC 2

OPEN
RETURN
fase de
conexión
indicate
connection
established

ACK, sin crédito 1

fase de
mantenimiento

ACK, sin crédito 1
ACK, con crédito 2

Servicio de LECTURA (III)

PLC1

CP 1

FETCH DIR
Parámetros
fuente+destino

INA 1

RECEIVE

RETURN

PDU solici. READ
con paráme. fuente

palabra
de estado
RESET

glag de estado

CP 2

RETURN

ACK, sin crédito 2

PLC 2

flag del
SEND ALL
SEND ALL

ACK, con crédito 1

fase de
intercambio
de datos
Datos

SEND

PDU reconocimiento
READ mas datos

ACK, sin crédito 1

RECEIVE ALL
Datos

INA 2

ACK, con crédito 2
SEND

RETURN

flag del
RECEIVE ALL

CABLE

RETURN

Datos

CLOSE

DISCONNECT
REQUEST

RETURN

DISCONNECT
CONFIRM

fase de
desconexión
Cabeceras de solicitud y reconocimiento de LECTURA
Solicitud
Byte
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F

Reconocimiento

Significado
Identificador del sistema
Identificador del sistema
Longitud de la cabecera
Identificador código
operación
Longitud código
operación
Código de operación
Bloque origen
Longitud del bloque de
origen
Identificador del origen
Número del bloque de
datos
Dirección de comienzo.
Parte alta
Dirección de comienzo.
Parte baja
Longitud de datos. Parte
alta
Longitud de datos. Parte
baja
Campo vacío
Longitud del campo
vacío

Valor
"S"
"5"
16
01
03
05
03
08
variable
variable
variable

Significado
Identificador del sistema
Identificador del sistema
Longitud de la cabecera
Identificador código
operación
Longitud código
operación
Código de operación
Bloque reconocimiento
Longitud del bloque de
reconocimiento
Número de error
Campo vacío

variable

Longitud del campo
vacío
Libre

variable

03
06
0F
03
Nr
FF

Libre

variable

Valor
"S"
"5"
16
01

Libre

FF
02

10

07

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

Tipos de Datos (I)
Área S5
Identificador
origen
Descripción

DBNR
Rango
Dirección
de
comienzo
Rango
Longitud

Rango

DB
01H

MB
02H

EB
03H

AB
04H

PB
05H

Z
06H

Zona de
Zona de
Zona de
Zona de
Zona de
Zona de
marcas
imagen de imagen de periferia contadores
datos
salidas
entradas
(DB)
Número Irrelevante Irrelevante Irrelevante Irrelevante Irrelevante
del DB
1.... 255
Byte de Número de
Byte de
Byte de
Número de Byte de
contador
periferia
salidas
entradas
marcas
DW
1... 2047
Cantidad
de datos
en DW

0.... 255
Cantidad
de datos
en bytes

0....127
Cantidad
de datos
en bytes

0.... 127
Cantidad
de datos
en bytes

0....127
Cantidad
de datos
en bytes

0.... 255
Cantidad
de datos
en DW

1.... 2048

1.... 256

1...128

1...128

1... 256

1....256
Tipos de Datos (II)
Área S5
Identificador
origen
Descripción

DBNR
Rango
Dirección
de
comienzo
Rango
Longitud

Rango

T
07H

RS
08H

AS
09H

Zona de
temporizadores

Zona de
datos del
sistema

Direcciones
absolutas
de
memoria
Irrelevante Irrelevante Irrelevante

DX
0AH

DE
10H

OB
11H

En DB
extendido

En un DB
en
memoria
externa

Zona de
módulos
de E/S
externa

Número
Número Irrelevante
del DX
del DB
1.... 255
1.... 255
Número de Número de Dirección Número de Número de Número de
temporiza- DW del
absoluta
DW
DW
byte de
dor
sistema
de
periferia
comienzo
1... 255
0.... 511
0....FFFF 1... 2047
0.....255
0.... 511
Cantidad Cantidad Cantidad Cantidad Cantidad Cantidad
de datos
de datos
de datos
de datos
de datos
de datos
en DW
en bytes
en DW
en DW
en DW
en bytes
1.... 256

1....128

1...32767

1...2048

1... 2048

1....256

Servicio de ESCRITURA

API 2

API 1
1.

Envío de datos desde el API 1
al API 2

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

2.

Reconocimiento negativo con
número de error

DT con cabecera ACK S5, con código de error

3.

Envío de datos

4.

Envío del 3, si se transmiten
datos con diferente secuencia

5.

Envío de datos finales

6.

Reconocimiento positivo

DT con sólo datos
( lazo de repetición )

DT con sólo datos y última
DT con cabecera ACK S5 sin error
Cabeceras de Solicitud y Reconocimiento de ESCRITURA
Solicitud
Byte
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A
B
C
D
E
F
10

Reconocimiento

Significado
Identificador del sistema
Identificador del sistema
Longitud de la cabecera
Identificador código
operación
Longitud código
operación
Código de operación
Bloque origen
Longitud del bloque de
origen
Identificador del origen
Número del bloque de
datos
Dirección de comienzo.
Parte alta
Dirección de comienzo.
Parte baja
Longitud de datos. Parte
alta
Longitud de datos. Parte
baja
Campo vacío
Longitud del campo
vacío
A partir de esta
dirección datos de
usuario de hasta 64 bytes

Valor
"S"
"5"
16
01
03
03
03
08
variable
variable
variable

Significado
Identificador del sistema
Identificador del sistema
Longitud de la cabecera
Identificador código
operación
Longitud código
operación
Código de operación
Bloque reconocimiento
Longitud del bloque de
reconocimiento
Número de error
Campo vacío

variable

Longitud del campo
vacío
Libre

variable

04
0F
03
Nr
FF

Libre

FF
02

03

Libre

variable

Valor
"S"
"5"
16
01

07

Libre
Libre

Servicio de ENVÍO-RECEPCIÓN de Datos Expéditos

API 2

API 1
1.

Envío de datos desde el API 1
al API 2

ED con sólo datos
SIMATIC S7: CP 343-1 Advanced
Formato:

Formato S7-300, doble ancho

Protocolo:

SEND-RECEIVE, funciones S7, PROFInet, IT

Interfase:

TP (par trenzado)

Parametriz.:

S7 para Ethernet Industrial

Conectable a: S7-300

SIMATIC S7: CP 443-1 Advanced
Formato:
Protocolo:
Interfase:
Parametriz.:
Conectable a:

Formato S7-400
SEND-RECEIVE, funciones S7, PROFInet, IT
TP (par trenzado)
Switch de 4 puertos
S7 para Ethernet Industrial
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
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  • 1. Industrial Ethernet Comunicaciones Industriales Índice 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
  • 2. Localización de Industrial Ethernet Nivel Nivel Planta Planta Tiempo de Tiempo de Ciclo de Bus Ciclo de Bus < 1000 ms < 1000 ms Nivel Nivel Proceso Proceso Tiempo de Tiempo de Ciclo de Bus Ciclo de Bus < 100 ms < 100 ms Nivel Nivel Dispositivo Dispositivo Tiempo de Tiempo de Ciclo de Bus Ciclo de Bus < 10 ms < 10 ms Requisitos Especiales sobre Ethernet en Automatización Industrial Alta disponibilidad Rápidos tiempos de reacción Ingeniería de toda la planta Instalación válida en ámbito Industrial Automatización Industrial Integración en las plantas existentes Eficiente diagnóstico de red y de dispositivo Protección de acceso configurable Aplicaciones de seguridad
  • 3. Sistema de Automatización Integral – TIA SIMATIC PG SIMATIC PC SIMATIC HMI SIEMENS S IM A T IC O P 1 7 PG 740 1 K K2 K3 K4 K 5 K6 K7 K 8 K1 K12 K 13 K 4 1 K 1 5 K16 H EL P S HI FT K 10 K 9 ES C 7 8 D 4 E 5 A 1 9 A C K F 6 B 2 0 . C 3 S H IF T I NS D E L H EL P E N T ER MPI - Network SIMATIC NET Industrial Ethernet PROFIBUS Controladores SIMATIC SIEMENS SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 CPU 212 Q0.5 I0.6 I0.7 SIMATIC S7-200 PROFIBUS-DP SIMATIC DP FM ASI SV Comunicaciones Ethernet en Simatic Internet Explorer 5 PG/STEP7 1 4 PC 2 6 3 7 Ingeniería/Puesta en marcha/ 1 Servicio Específico S7 Específico S7 y PROFINET 3rd parte 3rd parte IO Distribuidas 4 Visualización con TD/OP/OS 2 TD/OP STEP7 5 PROFInet IO Acceso remoto vía navegador WEB Estándares IT y PROFINET 3 Intercambio de datos entre dispositivos inteligentes 6 Específico S7 y PROFINET Comunicación S7 7 Conexión a supervisión/MES OPC, Softnet OPC, Softnet Socket TCP/IP
  • 4. ¿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 producción Procedimiento de acceso CSMA/CD según IEEE 802.3 (Ethernet) Velocidad de transmisión 10/100/1000 Mbit/s Gran número de participantes Desde hace mas de 10 años es el estándar para redes de célula en el mundo Diferentes medios de transmisión (eléctrico, óptico, inalámbrico) Componentes para estructurar y segmentar la red (repetidores/concentradores de estrella activos, puentes/switch, router)
  • 5. Ventajas que Ofrece Industrial Ethernet Red de fábrica de gran potencia para el nivel de célula Altas prestaciones aún en el caso de existir muchos participantes y grandes distancias Amplia superficie de cobertura y alcanza grandes distancias Mediante la combinación de las técnicas eléctrica y óptica Transferencia de datos segura Aún en el caso de la existencia de perturbaciones electromagnéticas mediante componentes idóneos para la industria Ahorro de costes Mediante una disminución de los costes de montaje y cableado Líder universal dentro de las redes industriales Ethernet Industrial ha mostrado su eficacia en miles de instalaciones Coexistencia entre protocolos/aplicaciones sobre Ethernet TCP/IP... Funciones Adicionales que Ofrece Industrial Ethernet Alta disponibilidad (Concepto de redundancia) Testeo y diagnosis Gran inmunidad a EMV Programación a distancia Acceso al mundo del PC y de las WS Robusta mecánicamente Administración de la red (SNMP)
  • 6. Datos Técnicos Estándar Ethernet según IEEE 802.3/ISO 8802.3 Modo de acceso CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection) Velocidad de trans. 10/100/1000 MBit/seg. Medio de transmisión Eléctrico: Par trenzado Óptico: Fibra óptica Inalámbrico Máx. nº participantes (1.024) Distancia de red Eléctrica: Óptica: Topología Lineal, árbol, estrella, anillo redundante Aplicaciones Redes de célula y de gestión máx. aprox. 1,5 Km máx. aprox. 4,3 Km Problemas de Ethernet para la Industria Sistema no determinístico Ambiente industrial Golpes y vibraciones Temperatura Ambientes Corrosivos Etc. • Solución al indeterminismo: – Switching – Priority Switching (IEEE 802.1P, IEEE 802.1Q)
  • 7. Switching: Conmutadores Switching LAN B Previene colisiones Transmisión de datos full duplex / paralelo LAN C Quality of Service QoS (prioridad de telegramas de tiempo real) LAN D LAN A Amplía la comunicación directa entre los segmentos Ethernet que se decidan Amplía el nivel de datos que circula por la red Control Control Equipo Equipo Equipo Equipo Equipo Equipo Equipo Switching: Conmutadores Cut-Through Envío entre puertos antes de recoger toda la trama Store and Forward Recogida, almacenamiento, tratamiento y envío de tramas Comunicación RT (Cut-Through optimizado) Comunicación TCP/IP (Store and Forward)
  • 8. Topologías de Red Se puede usar cualquier topología: anillo, estrella, árbol, lineal Típicamente 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 Anillo Lineal Estrella 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)
  • 9. Medio de Transmisión: Par Trenzado Cableado Par Trenzado Par trenzado conforme a IEC 11801/61156 Versión híbrida (datos+energía) Máxima long. del cable 100 m Conector IP20 – RJ45 diseñado para entorno de oficina Conector IP65 – M12 – Compatible con IP20 Medio de Transmisión: Fibra Óptica Cable de fibra óptica Red óptica Separación de potencial Inmune a interferencias electromagnéticas Seguro ante escuchas Cable Fibra Optica Cables de fibra óptica de vidrio conforme a IEC 60793 / 60794 Cables de fibra óptica de plástico Conector de bayoneta y de inserción-extracción Grandes distancias (Multimodo: 4,5 km; Monomodo: 42 km) Diseño de redes redundantes
  • 10. Componentes del Bus: Conmutadores Scalance X005 switch no gestionado Diagnóstico en el dispositivo Scalance X-200 Utilización en un anillo redundante Gestión de redes y diagnóstico Integración en la ingeniería existente Scalance X-400 Sistema modular Acoplamiento redundante de anillos Gigabit Integración en redes corporativas Protocolo de Transporte, TCP ó ISO TCP/IP ISO Estándar de-facto optimizado para la transferencia de grandes cantidades de datos p.e. ficheros o recetas Norma ISO 8073 (Clase 4) optimizado para la transferencia de variables p.e. servicio y observación
  • 11. Protocolos de Usuario para Industrial Ethernet PC/PG PC/PG PC/PG Ethernet Industrial SIMATIC S5 SIMATIC S5 TCP/IP Nativo SIMATIC S7 SEND/RECEIVE SIMATIC S7 Comunicaciones S7 Pila de Protocolos para Industrial Ethernet Símbolo Protocolo Descripción A,E Comunicaciones S7 Interfaz de usuario uniforme para TCP/IP (A) e ISO (E) empleando funciones S7 B,D Comunicación compatible S5 (Send/Receive) 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). C TCP/IP nativo Servicios de comunicación simple basados en TCP/IP (C) para intercambio de datos con dispositivos con TCP/IP.
  • 12. Protocolos y Dispositivos para SIMATIC NET Industrial Ethernet Protocolo Descripción Dispositivo Comunicaciones S7 Comunicaciones integradas y optimizadas de los sistemas S7/C7 para amplio rango de aplicaciones (ISO 8073 o TCP/IP con RFC 1006). CP 1613 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. CP 1613 Servicios de comunicación sencillos basados en TCP/IP para el intercambio de datos con cualquier dispositivo que soporta el protocolo TCP/IP. Adaptador PC Ethernet Comunicación compatible S5 (Send/Receive) TCP/IP nativo CP 343-1 CP 443-1 CP 343-1 CP 443-1 CP 1613 CP 343-1 CP 443-1 Formatos de las Tramas Campos Iniciales LSAP Destino (1byte): valor 0xFE LSAP Fuente (1byte): valor 0xFE Control (2bytes): valor 0x0300 6 6 2 1 1 Ctrl Datos FCS ≈ SSAP 1 DSAP SFD Bytes 8 MAC MAC Long. Dirección Destino Dirección Origen ≈ Trama Ethernet (máximo 1526 bytes) Preámbulo 2 4 46-1500
  • 13. 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 Servicios no Confirmados Envío/ Recepción Datagrama Lectura Multicast Escritura Broadcast
  • 14. Servicio de ENVÍO-RECEPCIÓN API 2 API 1 1. Envío de datos desde el API 1 al API 2 DT con sólo datos 2. Envío de “1”, si se transmiten datos con diferente secuencia ( lazo de repetición ) 3. Envío de datos finales DT con sólo datos y última Servicio de LECTURA (I) API 2 API 1 1. Solicitud de datos desde el API 1 al API 2 DT con cabecera REQ S5 (DB, MB, T, Z, etc) 2. Reconocimiento negativo con número de error DT con cabecera ACK S5, con código de error Reconocimiento positivo 3. Recepción de los datos solicitados 4. Recepción del 3, si se transmiten datos con diferente secuencia 5. Recepción de datos finales DT con cabecera ACK S5 sin error + datos DT con sólo datos ( lazo de repetición ) DT con sólo datos y última
  • 15. Servicio de LECTURA (II) PLC1 CP 1 INA 1 CABLE INA 2 CP 2 OPEN RETURN CON. REQU CON. AWAIT CONNEC. REQUEST Ritmo aproximado de 1seg. CONNEC. CONFIRM RETURN ACK, sin crédito 2 RECEIVE ACK, sin crédito 1 buffer 16 by ACK, con crédito 2 Enable FETCH-HDB RETURN PLC 2 OPEN RETURN fase de conexión indicate connection established ACK, sin crédito 1 fase de mantenimiento ACK, sin crédito 1 ACK, con crédito 2 Servicio de LECTURA (III) PLC1 CP 1 FETCH DIR Parámetros fuente+destino INA 1 RECEIVE RETURN PDU solici. READ con paráme. fuente palabra de estado RESET glag de estado CP 2 RETURN ACK, sin crédito 2 PLC 2 flag del SEND ALL SEND ALL ACK, con crédito 1 fase de intercambio de datos Datos SEND PDU reconocimiento READ mas datos ACK, sin crédito 1 RECEIVE ALL Datos INA 2 ACK, con crédito 2 SEND RETURN flag del RECEIVE ALL CABLE RETURN Datos CLOSE DISCONNECT REQUEST RETURN DISCONNECT CONFIRM fase de desconexión
  • 16. Cabeceras de solicitud y reconocimiento de LECTURA Solicitud Byte 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F Reconocimiento Significado Identificador del sistema Identificador del sistema Longitud de la cabecera Identificador código operación Longitud código operación Código de operación Bloque origen Longitud del bloque de origen Identificador del origen Número del bloque de datos Dirección de comienzo. Parte alta Dirección de comienzo. Parte baja Longitud de datos. Parte alta Longitud de datos. Parte baja Campo vacío Longitud del campo vacío Valor "S" "5" 16 01 03 05 03 08 variable variable variable Significado Identificador del sistema Identificador del sistema Longitud de la cabecera Identificador código operación Longitud código operación Código de operación Bloque reconocimiento Longitud del bloque de reconocimiento Número de error Campo vacío variable Longitud del campo vacío Libre variable 03 06 0F 03 Nr FF Libre variable Valor "S" "5" 16 01 Libre FF 02 10 07 Libre Libre A partir de esta dirección datos de usuario hasta 64 bytes Tipos de Datos (I) Área S5 Identificador origen Descripción DBNR Rango Dirección de comienzo Rango Longitud Rango DB 01H MB 02H EB 03H AB 04H PB 05H Z 06H Zona de Zona de Zona de Zona de Zona de Zona de marcas imagen de imagen de periferia contadores datos salidas entradas (DB) Número Irrelevante Irrelevante Irrelevante Irrelevante Irrelevante del DB 1.... 255 Byte de Número de Byte de Byte de Número de Byte de contador periferia salidas entradas marcas DW 1... 2047 Cantidad de datos en DW 0.... 255 Cantidad de datos en bytes 0....127 Cantidad de datos en bytes 0.... 127 Cantidad de datos en bytes 0....127 Cantidad de datos en bytes 0.... 255 Cantidad de datos en DW 1.... 2048 1.... 256 1...128 1...128 1... 256 1....256
  • 17. Tipos de Datos (II) Área S5 Identificador origen Descripción DBNR Rango Dirección de comienzo Rango Longitud Rango T 07H RS 08H AS 09H Zona de temporizadores Zona de datos del sistema Direcciones absolutas de memoria Irrelevante Irrelevante Irrelevante DX 0AH DE 10H OB 11H En DB extendido En un DB en memoria externa Zona de módulos de E/S externa Número Número Irrelevante del DX del DB 1.... 255 1.... 255 Número de Número de Dirección Número de Número de Número de temporiza- DW del absoluta DW DW byte de dor sistema de periferia comienzo 1... 255 0.... 511 0....FFFF 1... 2047 0.....255 0.... 511 Cantidad Cantidad Cantidad Cantidad Cantidad Cantidad de datos de datos de datos de datos de datos de datos en DW en bytes en DW en DW en DW en bytes 1.... 256 1....128 1...32767 1...2048 1... 2048 1....256 Servicio de ESCRITURA API 2 API 1 1. Envío de datos desde el API 1 al API 2 DT con cabecera REQ S5 (DB, MB, etc)+datos 2. Reconocimiento negativo con número de error DT con cabecera ACK S5, con código de error 3. Envío de datos 4. Envío del 3, si se transmiten datos con diferente secuencia 5. Envío de datos finales 6. Reconocimiento positivo DT con sólo datos ( lazo de repetición ) DT con sólo datos y última DT con cabecera ACK S5 sin error
  • 18. Cabeceras de Solicitud y Reconocimiento de ESCRITURA Solicitud Byte 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 10 Reconocimiento Significado Identificador del sistema Identificador del sistema Longitud de la cabecera Identificador código operación Longitud código operación Código de operación Bloque origen Longitud del bloque de origen Identificador del origen Número del bloque de datos Dirección de comienzo. Parte alta Dirección de comienzo. Parte baja Longitud de datos. Parte alta Longitud de datos. Parte baja Campo vacío Longitud del campo vacío A partir de esta dirección datos de usuario de hasta 64 bytes Valor "S" "5" 16 01 03 03 03 08 variable variable variable Significado Identificador del sistema Identificador del sistema Longitud de la cabecera Identificador código operación Longitud código operación Código de operación Bloque reconocimiento Longitud del bloque de reconocimiento Número de error Campo vacío variable Longitud del campo vacío Libre variable 04 0F 03 Nr FF Libre FF 02 03 Libre variable Valor "S" "5" 16 01 07 Libre Libre Servicio de ENVÍO-RECEPCIÓN de Datos Expéditos API 2 API 1 1. Envío de datos desde el API 1 al API 2 ED con sólo datos
  • 19. SIMATIC S7: CP 343-1 Advanced Formato: Formato S7-300, doble ancho Protocolo: SEND-RECEIVE, funciones S7, PROFInet, IT Interfase: TP (par trenzado) Parametriz.: S7 para Ethernet Industrial Conectable a: S7-300 SIMATIC S7: CP 443-1 Advanced Formato: Protocolo: Interfase: Parametriz.: Conectable a: Formato S7-400 SEND-RECEIVE, funciones S7, PROFInet, IT TP (par trenzado) Switch de 4 puertos S7 para Ethernet Industrial S7-400
  • 20. 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