PROFIBUS & PROFINET DAY 2010 2010/June/30 Softing からのご提案 PROFINET 開発 PB-PA 機器開発 PROFIBUS 診断
アジェンダ 2 Softingについて リアルタイムイーサネットイ ( 産業用 RTE) ) について PROFINET IO SoftingのFPGAベース RTEソリューション SoftingのRTEスタック SoftingのPROFIBUS-PAソリューション Softing の PROFIBUS 診断機器
Softing について 3
Softing とは? 会社概要 1979 年に設立 1997 年より株式会社に 本社 : ハール / ミュンヘン フランクフルト証券取引所 従業員 : 約 250 名 売上高 : 約 3 千万ユーロ 販売代理店 : 世界各国
Softing とは? コアとなる事業 産業オートメーション フィールドバス技術 オートメーション システムのネットワークと コントローラーのソリューション カーエレクトロニクスク 制御機器 ( 車載ネットワーク ) と車輌診断の通信 共に キーワードは 通信
リアルタイムイーサネット ( 産業用 ) について 6
産業通信の現状 7 入手可能で有用かつ必要とされる情報量は絶えず増加している これらの情報すべてを処理することはますます重要になっている 情報交換は情報処理の基礎である 今日の工場では プロセスレベルではフィールドバス 他のレベルではイーサネットと 定着した異なる通信システムが情報交換に使用されている 相互運用不可能なシステムの存在は情報交換や情報処理に制約を与える これらの制約は フィールドレベルでもイーサネットを使用することで解消される この使用法はリアルタイムイーサネット (RTE) または産業用イーサネットと呼ばれている すべてのレベルでイーサネットを使用することで 効率的な情報処理をサポートする新しいアプリケーションを生み出すことができる
RTE 導入の様々な方法 8 既成のイーサネットコンポーネント ベストエフォートリアルタイム TCP/UDP ( 最適化 ) IP ( 最適化 ) ベストエフォートリアルタイム TCP/UDP IP 優先順位付け ベストエフォートリアルタイム TCP/UDP IP スケジュール制御 イーサネット MAC イーサネット MAC イーサネット MAC EtherNet/IP PROFINET RT PROFINET IRT EtherCAT CC-Link/IE
PROFINET IO 9
対象市場 10 オートメーションのための すべてを網羅した 産業用イーサネットソリューションとして PROFINETは以下に対応している 工場オートメーション プロセスオートメーション ビルオートメーション 安全アプリケーション モーション制御
システムモデル 11 PN IO スーパーバイザー 工場ネットワーク PN IO コントローラー PN IO コントローラー PN IO デバイス
PROFINET IO プロトコル構造 12 アプリケーション CM CL RPC RTC RTA SNMP UDP (17) ICMP (1) RTA, RTC, PTCP, DCP, MRRT MRP IP (0x0800) (R)ARP LLDP (0x0806) (0x88CC) (0x8892) (0x88E3) Ethernet LLC および メディアアクセス制御 (00-80-C8-8E-A9-94) RTC リアルタイム サイクリック RTA リアルタイム アサイクリック PTCP 精密トランスペアレント クロック プロトコル DCP ディスカバリー アンド コンフィギュレーション プロトコル CM コンテキスト管理 ( 接続確立 読み書き ) SNMP 簡易ネットワーク管理プロトコル ( オプション ) MRP メディア二重化プロトコル
二重化 ( メディア ) 13 MRC MRM 1 2 MRC リングを確認するため MRM が周期的にテストフレームを送信する リングに途切れが発見されるとトポロジー チェンジ フレームが送信される これにより MRC と MRM のアドレステーブルが変更される リングの再構成を確認するため周期的にテストフレームを送信し続ける MRCが他のステーションへのリンクを確認した場合 損傷したラインを発見し MRM へ伝えることができる MRC MRC
14 認証 - コンフォーマンス クラス クラス C: 高性能で確定的なデータ交換 認証機器およびインフラ コンポーネント 最高の性能 クラス B: 認証機器およびインフラ コンポーネント LLDPおよびSNMP 対応 診断 二重化 クラス A: 通常のイーサネット部品 認証機器とコントローラー - 適用クラス : 非アイソクロナス非アイソクロナス非アイソクロナス / アイソクロナス - 通信クラス : TCP/IP RT TCP/IP RT TCP/IP RT IRT - プロファイル : RedClass 1( オプション ) RedClass 1( 必須 ) RedClass 1 2 3( 必須 )
SoftingのFPGAベース RTE ソリューション 15
FPGA ベース ソリューションの利点 16 市場で認識されている利点 専用 IP コアの使用により様々なプロトコルに柔軟に適合 単一の ASIC ベンダーに縛られない IC の旧式化に対応できる マイクロエレクトロニクスの向上に必然的に関与クトク メーカー固有 IP コアの統合が可能 拡張性
対象となるアプリケーションと特長 17 対象となるアプリケーション フィールド機器への様々な工業イーサネット プロトコルの統合 特長 Altera 社 Cyclone III 様々なアプリケーション シナリオに対応する NIOS II コア ( シングルまたはデュアル ) 専用 IPコア ( スイッチ MAC 使用 その他も利用可 ) PROFINET それ以外にもEtherNet/IP EtherCAT Modbus 提供中 低消費電力 IPコアの使用による小さな占有面積 定着しているレガシーバスPROFIBUSやCANへの対応も可能 通信スタック向けの OS ecos を使用 スタック アクセス向け Simple Device Application Interface(SDAI) アプリケーション シナリオは単純なプロトコルの統合から 高性能ウェブサーバー等の TCP/IP ベース アプリケーションまで
18 必要なリソース Altera 社 Cyclone III NIOS II アプリケーション スタックプロセッサ (ecos) アプリケーションプロセッサ (ecos) C SDAI NIOS II マッピング層 PROFINET IO コードおよび静的データ 2.1MB (OS TCP/IPスタック PNスタック SDAI) ) SDAI の動的データ 0.5~1.5MB 61,124 バイト スタック TCP/IP インターフェース OS EtherNet/IP t/ip コードおよびデータ 735KB (OS TCP/IPスタック EIPスタック SDAI) EtherCAT コードおよびデータ 300KB (OS ECATスタック SDAI) IP コア MII / RMII
IP コア PROFINET EtherNet/IP 19
IP コア PROFINET EtherNet/IP 20
SDAI 構造 ( シングルプロセッサ ) 21 ユーザーアプリケーション Method Calls Callbacks Lib SDAI インターフェース RTOS SDAI RTE スタック イーサネット ドライバ プロセッサ
SDAI 構造 ( デュアルプロセッサ ) 22 ユーザーアプリケーション OS Method Call Callbacks Lib SDAI インターフェース (DP-RAM) プロセッサ 2 プロセッサ 1 SDAI RTE スタック RTOS イーサネット ドライバ
SDAI アプリケーションとスタック間の相互作用 23 アプリケーション SDAI(RTE スタック ) sdai_init - Init SDAI - Init Interface - Init RTE Stack sdai_plug_unit - Plugging Unit Sdai_plug_unit(complete) - Config RTE Stack - Start RTE Stack オンライン Callback Function 例 : inc Write Request Sdai_g get_ data() -Update local I/O Data Sdai_set_data() - Set stack I/O Data Sdai_deinit() - Stop RTE Stack - Deinit SDAI
ビジネスモデル ケース 1 24 ビジネス ケースス 1 ユーザが自社でハードウェアを製作 ハードウェア設計とソフトウェアは既製品を利用可能 各種対応プロトコルに共通な API 評価フラットフォームあり セキュリティEEPROMによる1 台ごとのライセンス管理 価格は数量に応じる わずかな手間 あるいは全く手を加えることなく将来の拡張が可能 Controller/Device 対応可
開発時の工程 25 ハードウェア ソフトウェア Altera 社製 IPコア (Nios II ) OS (ecos ) SoftingのIPコア (RTE 機能 ) Softingのプロトコルソフトウェア メーカーの IP コア メーカーのアプリケーションソフトウェア
セキュリティ EEPROM 26 DS28E01-100 SHA-1 エンジン付き 1KB 保護 1-Wire EEPROM www.maxim-ic.com 使用法 シークレットを定義し EEPROMに保存 ランタイムでハッシュ値を算出 検証
ビジネスモデル ケース 2 27 ビジネス ケースス 2 ハードウェアをSoftingがユーザに代わって製作 すぐに使えるコンポーネントを納品 各種対応プロトコルに共通な API 評価フラットフォームあり モジュールごとにライセンス管理 価格は数量に応じる わずかな手間 あるいは全く手を加えることなく将来の拡張が可能 Controller/Device に対応可
Softing のRTEスタック 28
29 ビジネスモデル ケース 3 Device, Controller, Supervisor 向け専用スタック ( 自社開発 ) スタックはコンフォーマンス クラス A or B を実装 Altera 社 Cyclone III Evaボードのデバイススタックは認証を無事通過 スタックは以下の環境に移植済み : Intel プロセッサ上の Windows XP Freescale Intel SH4 Atmel プロセッサ上の Linux NetARM 上の Net+OS Altera 社 FPGA 上の ecos Freescale Intel プロセッサ上の VxWorks
プロトコルソフトウェの構造 30 Freescale Intel Nios II µblaze ARM NEC others more Windows Linux ecos µc/os VxWorks OS-9 others more Application API (PNAK/SDAI) Stack Porting Layer Windows Linux ecos µc/os VxWorks OS-9 others more Freescale Intel Nios II µblaze ARM NEC others more
スタックの仕様 31 Controller Device 通信相手のデバイス数 Max. 255 2 関連するアプリケーション数 Max. 255 2 デバイス毎のパラメータとコンフィグレー 8 kbyte 8 kbyte ションデータ量 各アプリケーションに対する通信数 4 4 サイクルタイム ( システム環境による ) 1 ms 1 ms デバイス毎の周期 I/O データ量 1440 Byte 1440 Byte 必要なリソース > 1 MByte Flash > 1 MByte Flash > 1 MByte RAM > 1 MByte RAM
Softing スタックのメリット 32 Softing が培ってきた産業用システムのインプリメンテーション経験をベースに開発された安定した製品 Softing は PI の多くの Working Group のメンバーとして活動 既に実績として各製品に搭載 : Omron (PLC, RemoteIO) Cisco (Switch) Fuji electric (RemoteIO) ( その他にも採用されているが 社名は公開不可 ) 特定のハードウェア ソフトウェア環境に依存しない 下記の条件を満たした唯一の製品 コンフォーマンスクラス B を完全に対応 esp.: Medium-Redundancy-Protocol (MRP-Client) Multicast Connections (MCR) 広範囲なデバッグと診断をサポート包括的なソフトウェア ハードウェアのインテグレーションサービス同じ実行ファイルにデバイスとコントローラ機能をインプリメント可能 CiR (Configuration in Run) のサポート
その他 33 必要なリソース 実行ファイル用メモリ ( コンフォーマンス クラス B): コードおよび Staticデータ用 2MB Dynamic データ用 0.5~1.5MB 今後のプラン コンフォーマンス クラス C IRT 機能性の最終定義を待つ コントローラー側に導入 FPGA 上の IP コアに導入
Configurator ユーザーインターフェースの例 34
Softing の PROFIBUS-PA ソリューション 35
2 つのフィールドバス 1 つのソリューションで 36
Softing のご提案 37 Softing は 既存デバイスを簡単に迅速にフィールドバス対応にするためのインターフェイスを提案 FF と PA を 1 つのソリューションで 完全なサービス : 技術的なトレーニング ソフトウェアとハードウェアの仕様確認 ソフトウェアとハードウェアの開発 テスト デバイス機器の認証をサポート EDD と DTM 開発 量産
Fieldbus Kit または Fieldbus Integration 38 選択可能 デバイスにスタックをインテグレート Softing の組込みモジュール
インプリメントのアプローチ 39 Solution 1 Sensor Board HART Interface Fieldbus Module (FBK) Solution 2 Sensor Board Proprietary e.g. serial Fieldbus Module (FBK) Solution 3 Sensor an FF Module One board one processor
Fieldbus Kit FBK2 40 既に HART またはシリアルインターフェイスをもっている既存のフィールドデバイス機器を 簡単に迅速に Foundation fieldbus または PROFIBUS PA に対応させるためのインターフェイス ほとんどの既存デバイスのハウジングにインストール可能なコンパクトなサイズのモジュール 本質安全防爆設計が施され ATX 認証を受けている フィールドデバイスへの接続 : UART ( オプション : I²C or SPI) プログラマブルな AI/AO と DI/DO HART コマンドへのカスタマイズを簡単 早く実現するテンプレートを用意
Fieldbus Kit FBK2 簡単なインテグレーション -SW 41
Fieldbus Kit FBK2 簡単なインテグレーション - HW 42
シリアル HART と FF/PA 間のマッピング 43 他のシリアルプロトコルもユーザリクエストで可 Device Hardware Device-HART Mapping Fieldbus Kit AI-FB PID-FB HART Mapping TB Function Block Application RB HART- Master Function Block Shell Stack Physical Layer
44 1つのプロセッサでのインテグレーション Device Application Device Application Stack AI-FB PID-FB TB Function Block Application RB Function Block Shell Stack Physical Layer
Fieldbus ASIC - UFC 100 45 FOUNDATION Fieldbus と PROFIBUS PA 対応の Fieldbus ASIC: ピンとソフトウェアは ヤマハの YTZ420 ( FIND1+ ) ASIC と完全互換
各アプローチの比較 46 Solution 1 Sensor Board HART Interface FF Module (FBK) Solution 2 Sensor Board Proprietary e.g. serial FF Module (FBK) Solution 3 Sensor an FF Module One board one processor Development Cost Development Time System Performance Device Cost Solution 1 + ++ - - Solution 2 - + + + Solution 3 -- -- ++ ++
Softing のご提案 ( 要約 ) 47 Solution 1: FBK hardware Solution 2: FBK hardware Solution 3: FBK schematics, Fieldbus ASIC, stack エンジニアリング サービス : トレーニング ( 例技術的なトレーニングと開発ツール ) Workshop ( 例 FF / PB PA デバイスの設計 仕様 開発キックオフ テスト ) 仕様 ( 例ハードウェアとソフトウェアのレビュー ) 開発 ( ハードウェアとソフトウェア ) テスト ( 例 pre-certification, host system integration, Emerson stress, PROFIBUS PA noise test)
Softing の PROFIBUS 診断機器 48
PROFIBUS 診断機器ポートフォリオ 49 General Accessories: Fieldbus Leakage Clamp PB Service Interfaces
PROFIBUS Diagnostics Suite 概要 50 操作性を共通化 各ツールごとに新しいユーザインターフェイスを覚える必要無し! 簡単で直感的な使い勝手 フィールドバスの専門知識不要 1 クリックでテスト結果を表示 明確なテスト結果 問題がある部分は色で識別 診断はテキストで
PROFIBUS Diagnostics Suite スタートページ 51 使い始めが簡単 使用頻度が高い機能へのクイックアクセス
PROFIBUS Diagnostics Suite 標準機能 : Bus / Network Status 52 Bus Status では テストの開始に関わらずバスの状態を継続的に表示 Quick Test または User-Controlled Test 後は Network Status は診断結果を表示し バスの物理層と通信の概要を提供
PROFIBUS Diagnostics Suite 標準機能 : Network Status - Protocol 53 Protocol タブ segment, master, slave の各レベルで異なる情報を提供 正しいGSDファイルにより デバイスタイプ エラーメッセージ コンフィグレーション パラメータがテキストで表示
PROFIBUS Diagnostics Suite 標準機能 : Network Status - Signal Quality 54 Signal Quality タブは 全てのバスデバイスの品質指数の測定結果を表示することで バスの物理的な概要を提供 各デバイスの信号の詳細も表示
PROFIBUS Diagnostics Suite 標準機能 : Network Status - Topology 55 Topology scan 全てのバスステーションのシーケンスと距離を測定
PROFIBUS Diagnostics Suite 標準機能 : Trend 56 Trend test は バス通信と物理的なバスの両方を対象としたテスト レアな障害や長期間かけて発生しうる特発性の問題を検知するのに最適な機能
PROFIBUS Diagnostics Suite 標準機能 : Test Report 57 グラフィックを含む詳細なテストリポートの生成 テストリポートは印刷 または PDF, Excel ファイルにエキスポート
PROFIBUS Diagnostics Suite 拡張機能 : Oscilloscope 58 Oscilloscope 機能は 信号を波形で解析
PROFIBUS Diagnostics Suite 拡張機能 : Frames 59 Frame 解析機能は 各フレーム毎の解析のためのパワフルなトリガとフィルタ設定を提供
PROFIBUS Diagnostics Suite 対応機能 60 PROFIBUS Diagnostics Suite が対応する各ツールの機能
PROFIBUS 診断ツール 61 BC-230-PB: PB-PA セグメントの計測 - バスパワーによりバッテリ不要 - テストリポートをトを Excel ファイルで作成 BC-450-PB: PB-DP/PAのプロトコル解析 - RS485/MBP 同時解析 - オプションのケーブルで 3m 延長可 PB-T3: PB ケーブルテスタ - 信号解析 トポロジーチェック
PROFIBUS 診断ツールバス常時監視機器 Inspektor BC-502-PB 62 バス上の全通信を継続的にモニタすることで 予測していなかったシステムダウンの原因となるバス通信の悪化を確実に検知することができる メンテナンスのアクションが必要とされる場合 このツールが自動的にオペレーションスタッフに警告する プロトコル解析をベースにスに BC-502-PB はバスサイクルタイムを決定し 下記のクリティカルイベントをモニタする : エラーフレーム リトライ ドロップアウト / 再スタート デバイスエラー (internal/external diagnostics) PROFIBUS DP, DPV1, FMS, MPI 対応 Baud rates: 9,6 kbit/s 12 MBit/s
PROFIBUS Inspektor PLC/ プロセッサコントローラ経由でのアラート 63 PROFIBUS DP Alerting: By relay contact or via network/server (optional) Control inputs (usage optionally): Start/stop trigger alarm acknowledgement, event counter reset Ethernet Web interface: (w/o SW installation) For parameterization and diagnosis at alarms
PROFIBUS Inspektor セントラルデータとサーバ (option) 64 PROFIBUS DP Other fieldbus, e.g. CAN On request Ethernet PROmanage Server: Central event and alarm database for up to 80 Inspektors Office PC: Overall fieldbus breakdown warning+analysis Web interface w/o SW installation
PROFIBUS Inspektor Web インターフェイス イベントと状態表示 65
PROFIBUS Inspektor Extended analysis 66 最後 100のクリティカルイベントのアラームリスト表示 最後 8 のクリティカルイベントの 500 テレグラムのスナップショット 付属のプロトコルアナライザのソフトを使用して 解析を Web インターフェイスから PC にダウンロード
PROFIBUS 診断ツール BC-600-PB 67 All-in-one: 物理レイヤと通信レイヤを同時にテスト可能 フィールドバスの全ての問題を検知する高い信頼性のツール ケーブルまたはコネクタのような物理的な障害の検知 または PLC やバスデバイスのような通信の問題を 迅速に明確に表示 PC と接続しても スタンドアロンとしても使用可能 ボーレート PB-DP セグメントとの接続上の電圧の自動検知 DP 信号解析 トポロジースキャン : 正確なテスト結果を提供 USB インターフェイスガルバニックアイソレーション
PROFIBUS 診断ツール BC-600-PB アプリケーションエリアリア 68 バスへの影響を最小限に抑えて PB-DP セグメントをフルにテスト 特発的に発生するような劣化の問題も検知 マスターシミュレータ搭載により PLC が準備されていない状況でもバスのテストと疑わしいデバイスの個別チェックが可能 ユニバーサルツールとして : システムの設定と始動 検収テスト 故障予防の保守ツール トラブルシューティング フィールドのデバイステスト
PROFIBUS 診断ツール BC-600-PB 69 フィールドでもすぐに使えるように パッケージとして用意
PROFIBUS 診断ツール BC-600-PB スタンドアロンモードンド 70 全てのバスデバイスのライブステイタス マスタシミュレータ 全てのバスデバイスのクイックテスト 全てのバスデバイスの長期間の傾向のチェック PROFIBUS Diagnostics Suite を使って PC 上でテスト結果の詳細な解析を表示可能
PROFIBUS 診断ツール BC-600-PB PC モード PROFIBUS Diagnostics Suite の全機能を対応 Standard tests Expert tests Network status Trend Trigger Test functions 71 Stand-alone operation Permanent bus status Quick and long-term test Overview phys. & comm. Protocol Analysis Signal Analysis Topology Master simulator Signal quality Critical events Test report Oscillogram analysis Frame analysis Input Output PROFIBUS Tester 4 ip i.p. BC-600-PB
PROFIBUS 診断ツール BC-600-PB 利点 72 始動時間の短縮 ライブバス上の定期的予防テストにより プラントの有用性とオペレーションの信頼性を拡張可能 システムのダウンタイムを最少にする助けとなる