Formation Bus de Terrain _Partie 3_3 _EthernetIP

F-FR/W.Gomolka Réseaux et Bus de Terrain : P3 : Solutions Ethernet Industriel pour VT Festo

EtherNet/IP : Ethernet Industrial Protocol

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EtherNet/IP les données basiques

• EtherNet / IP est une implémentation « Ethernet Industriel » du protocole CIP (DeviceNet !!)

• Les extensions de CIP sur Ethernet/IP - CIP Safety : pour les applications de sécurité jusqu’à SIL 3

- implémenté sur Ethernet/IP et DeviceNet- conforme à IEC 61784-3 FSCP-2/1 (Functional Safety Communication

Profiles)- certifié par TÜV (IEC 61508, EN 954-1)- non implémenté sur le CPX !

- CIP-Sync : pour des applications qui demande une synchronisation (horloges synchronisées)

- 100% compatible à IEEE-1588 Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked

Measurement and Control Systems,

- CIP Motion : pour des application Motion Control, propose 2 spécifications

- Motion Drive Device Profile - Motion Axis Object

• La norme et les spécifications sont gérées par l'ODVA (dont Festo est un membre).

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Les implémentation du protocole CIP : Control and Information Protocol

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Ethernet/IP, DeviceNet, ControlNet et CompoNet partage la même couche applicative de CIP


EtherNet/IP : Les caractéristiques techniques essentielles • EtherNet/IP est basé sur l’Ethernet standard TCP / IP. D’où sa compatibilité élevée et l’intégration facile dans une infrastructure d’un réseau standard

• Peut être implémenté sur 10/100/1000 Mbits Ethernet mais demande l’utilisation de switches (commutateurs)

• Le fichier de configuration EDS recommandé, bien que l‘auto-identification d’équipement est possible

• Topologies flexibles (Star, Arbre, Line, Ring)

•Le temps de cycle minimum : 1 ms

• EtherNet/IP n’est pas trop adapté le Temps Réel « dur » (utilisation de swiches, une forte gigue)

• CIP Motion est un flop, d’où la cohabitation, sur le même câble, avec SERCOS III

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Ethernet/IP : les modes de transmission

Ethernet/IP propose 3 modes de transmission 1. Information.

Le transfert des données non-critiques, p.ex. les données de configuration, paramètresLes connexions sont courte durée et se font par la messagerie explicite, en utilisant le protocole TCP

2. I/O Data. Le transfert des données « temps réel », p.ex. l’état E/S, alarmesLes échanges se font par la messagerie implicite, type producteur-consommateur, en utilisant le protocole UDP.

3. Real-time Interlocking. L’échange cyclique et synchronisée entre le processeur « producteur » et plusieurs « consommateurs »Les échanges se font par la messagerie implicite, type producteur-consommateur, en utilisant le protocole UDP.

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Le type d’équipement d’Ethernet/IP

1. Explicit Message ServerRépond aux requêtes envoyées par Explicit Message Clients.Exemple : lecteur CAB

2. Explicit Message Client: Initialise la communication (envoie de requête) avec les autres participants (Servers)Exemple : IHM, les outils de configurations, application sur PC (acquisition de données)

3. I/O Adapter: Reçoit les demandes de connexion implicite de la part de I/O Scanner« Produit » et envoie les données E/S conformément aux demandes de scannerUn I/O Adapter est aussi un Explicit Message ServerExemple : un module E/S, un Terminal Distributeur, …

4. I/O Scanner: Initialise une communication implicite avec I/O AdapterLe Scanner doit aussi supporter les différentes services proposés

par Ethernet/IP comme la configuration du réseau, l’initiation des connexions, le diagnostic d’équipement connecté,…

Les Scanners supportent aussi les messages explicitsUn API est un exemple type de I/O Scanner

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Device Level Ring (DLR) – le principe

• La fonctionnalité DLR propose un mécanisme de gestion des topologie ANNEAU (ring) sur EtherNet/IP Devices

• La topologie ANNEAU permet d’avoir une redondance basique sur le réseau.En cas d’un problème sur une liaison, il est possible de communiquer avec les autres par autre voie.Il faut donc 2 coupures de liaisons pour arrêter la communication.

• La fonctionnalité DLR exige :- l’intégration d’un switch avec 2 ports externes- le support du protocole DLR par le firmware d’équipement

• Le réseaux Ethernet/IP avec DLR doit contenir dans sa structure :

- un module avec le fonctionnalité DLR-Ring Supervisor- plusieurs modules/participants « Ring Node » : DLR devices

Note : tous les nœuds doivent supporter DLR, les nœud « non-DLR » ne sont pas autorisés


Le marché d’automatisme : Host-Systems Rockwell / Allen Bradley

- Le fournisseur principal des API avec les scanners EtherNet/IP - EtherNet/IP est toujours proposé comme un réseau « par défaut » sur l’ensemble des API

Omron- Plusieurs API et passerelles vers DeviceNet et CompoNet- Le plus répandu sur le marché asiatique

Schneider Electric- Schneider propose EtherNet/IP et Modbus TCP sur les nouveaux API Mxxx - Mais pour Motion Control, Schneider propose des contrôleurs SERCOS II/III

Hilscher/HMS- Les cartes et modules pour PC avec les scanners EtherNet/IP intégrés- Les configurateurs (p.ex. Sycon.net) nécessitent les fichiers EDS (paramétrage)

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Festo CPX-FB36 : le nœud EtherNet/IP

FB36 Les donnés essentielles :• 2 ports Ethernet avec le Switch intégré• Le support de DLR – Device Level Ring• Le fonctionnalité Quick-Connect• Très performant (RPI 1ms) (Request Packet Interval)

• Les formats de donnés SINT/ UINT pour I/O Connection

• Les objets CIP et le mapping I/O les mêmes que CPX-FB32

• Le support du protocole Modbus TCP (optionnel)

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Ancienne génération : CPX-FB32


CPX-FB36 : Topologie Anneau (ring) : DLR

• CPX-FB36 intègre un switch 2 portsIl peut être alors, directement intégré dans une structure Anneau d’EtherNet/IP.

• Le switch de CPX-FB36 supporte les fonctionnalités IEEE1588 (clock), QoS et IGMP nécessaires pour la fonctionnalité DLR

• CPX-FB36 fonctionne comme un « Ring-Node » dans un anneau DLR

• La fonctionnalité DLR augmente la fiabilité d’un réseau EtherNet/IP et permet d’éviter les arrêts d’installation en cas d’une perte d’une connexion

• Le temps de commutation DLR (Network Recovery Times) est < à 3ms pour le réseau avec 50 nœuds

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EtherNet/IP QuickConnect

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Une connexion rapide “Quick Connect”

Dans les lignes actuelles de montage robotisé (p.ex. automobile( AMI) on a besoin d’outils interchangeables

• Le changement et le démarrage d’équipement doit être aussi rapide que possible pour avoir des cycles de production courts

La fonction « Quick Connect » sur EtherNet/IP permet de réduire le temps du démmarage et de connexion d’environ 5s à 350ms.

Pour assurer cette fonctionnalité sur CPX-FB36: Il faut un hardware et une fonctionnalité software

spécifique pour un nœud EtherNet/IP Il faut gérer le conflit de la détection de l’adresse lors du

démarrage Supprimer la fonction « Test LED” lors du démarrage Utiliser l’adressage IP Fixe seulement (non DHCP) Désactiver les fonctions de l’auto négociation Ethernet Une fonctionnalité spéciale pour le démarrage de

connexion avec le scanner de EtherNet/IP


Applications type EtherNet/IP est un réseau généralisé et peut être

utilisé dans (pratiquement) toutes applications d’automatisme

Il faut seulement prendre en compte quelques précautions pour des application :- Motion Control (temps cycle,

synchronisme,..)- Process Automations (les environnements

ATEX) CPX-FB36 est bien adapté surtout pour:

AMI avec la fonctionnalité Quick-Connect

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Situation du Marché : Concurrence

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EtherNet / IP est l'un des protocoles les plus utilisés dans l’Industrie. Presque tous les concurrents proposent les terminaux de distributeurs et

les E/S compatible EtherNet/IP.

Les principaux concurrents sont : SMC

Tous les terminaux de distributeurs avec BdT EX600 as CPX competition

Rockwell / Allen Bradley Modules E/S en IP20 et IP65

Parker En combinaison avec des Modules E/S : Turck (BL-67) ou Allen

Bradley Numatics

VT de la famille G2 et G3 Bosch Rexroth

Tous les terminaux de distributeurs avec BdT Les nouveaux terminaux avec E/S intégrées : AV-03


CPX-FB36 et Modbus TCP

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Le nœud CPX-FB36 support aussi le protocole Modbus TCP

Pour activer la fonctionnalité Modbus TCP il faut commuter le DIL1.2 sur « ON ».

L’implémentation (le mapping E/S) est la même que sur le CPX-FEC (Remote I/O).

Mais les fonctions suivantes sont les mêmes pour les deux protocoles :• L’adressage IP• Mode Diagnostic (Status Bits / STI)• Paramètres « System » du CPX• WEBserver embarqué• Intégration d’un Switch 2 ports

EtherNet/IP et Modbus TCP ne doivent pas être utilisés ensemble, puisque cela peut entraîner un comportement imprévisible lorsqu'une même sortie est contrôlée par les deux protocoles.


CPX-FB32/36 Migration

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Le CPX-FB36 remplacera l’ancien CPX-FB32 Pour la même tarif , le CPX-FB36 offre plus de fonctionnalités. Plus spécialement

un Switch intégré , QuickConnect et DLR Le CPX-FB36 résout quelques difficultés rencontrées avec le FB32 Pour la fonctionnalité basique (CIP Objects, I/O Mapping), la compatibilité est

complète. Il n’est pas prévu de phase out pour le CPX-FB32 pour l’instant. A voir

l’évaluation sur le marché du CPX-FB36

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Comparison entre le CPX-FB32 et le nouveau CPX-FB36

CPX-FB32 EtherNet/IPEtherNet/IP Product code 0x32CA1 Port EthernetNo DLRNo QuickconnectMinimum RPI : 10msI/O-Connections only in SINT

format

CPX-FB36 EtherNet/IP 2-PortEtherNet/IP Product code 0x36CA2 Ethernet Ports with integrated SwitchSupports DLR – Device Level RingSupports QuickconnectIncreased network performance (minimum

RPI 1ms) I/O Connection in SINT or UINT formatStandard CIP Objects and I/O-Mapping idem

CPX-FB32Optional Modbus/TCP support

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