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Andere Feldbusse - DHBW Stuttgart

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Inhalt
•  Profinet
Kommunikationstechnik B
Andere Industrielle Bussysteme
•  Ethernet Powerlink
Dr. Leonhard Stiegler
Nachrichtentechnik
•  Train Communication Network – TCN
•  Avionics Full Duplex Swiched Ethernet – AFDX
www.dhbw-stuttgart.de
Industrielle Bussysteme L. Stiegler
5. Semester, Automation, 2014
Profinet,
Industrielle Bussysteme L. Stiegler
2
5. Semester, Automation, 2014
Geräte und Rollen
•  Controller-basierte Architektur
•  Kommunikation von IO-Devices über industrielles Ethernet
•  Standard Ethernet, drahtgebunden oder drahtlos
•  Echtzeitfähig (motion control Anwendungen)
•  Unterstützt OPC Schnittstelle zur Mensch-Maschine Kommunikation
•  Kommunikation mit Vorgängersystemen wie z.B. Profibus
•  Übertragungsraten: FE (100Mbit/s) GE (1000Mbit/s)
•  Full-Duplex Übertragung
© Siemens AG
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5. Semester, Automation, 2014
Industrielle Bussysteme L. Stiegler
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5. Semester, Automation, 2014
Gerätemodell
Protokolle
Subadressierungseinheit
PROFINET
TCP / UDP
DCP
IP
(LLDP, MRP, SNMP)
ARP (MAC - IP – Adressenauflösung)
Ethernet
ARP:
LLDP:
MRP:
Datenidentifikation durch:
Slot / Subslot / Index
Steckplatz einer
Peripherie-Baugruppe
5
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5. Semester, Automation, 2014
Profinet – Klassen und Zeitmultiplex
standard
IRT
Cycle 1
standard
Cycle 2
IRT
standard
Cycle 3
DCP:
Dynamic Configuration Protocol
SNMP: Simple Network Management Protocol
IP:
Internet Protocol
6
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Inhalt
Bestandteil von IEC 61158 und IEC 61784-2
IRT
Address Resolution Protocol
Link Layer Discovery Protocol
Media Redundancy Protocol
•  Profinet
IRT
standard
…
•  Ethernet Powerlink
Cycle 4
•  Avionics Full Duplex Swiched Ethernet – AFDX
H
IRT Data
TCP/IP & RT
•  Train Communication Network – TCN
Betriebsart RT (Real-Time)
" Prozessdaten reisen erster Klasse
Betriebsart IRT (Isochroneous Real-Time)
"
"
Zeitmultiplex für Prozessdaten
Zeitmultiplex erfordert spezielle Switch-Hardware
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Ethernet Powerlink
Ethernet POWERLINK
•  Software-basierte industrial Ethernet Lösung
•  Client – Server Prinzip : Managing Node (MN); Controlled
Nodes (CN)
Orchestrierung in Schicht 3
Nachricht:
! 
Ethernet Rahmen (Frame)
! 
IP Packet (im Ethernet
Rahmen)
•  Topologie: Stern, Baum, Kette, Ring und Kombinationen
•  Zyklus:
R
Message
Type
Header
Nutzdaten
Header
Zielknoten
PL-Header
Quellknoten
Nutzdaten
Nutzdaten
deterministic asynch deterministic asynch deterministic asynch deterministic asynch
Message Types:
Reguläre Ethernet Frames
…
Master
SoC
SoC: Start of Cycle; Preq: PollRequest-Nachricht; Pres: PollResponse-Nachricht
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Inhalt
Req1
Slaves
…
Req2
Res1
SoA
ReqN
Res2
SoC (Start of Cycle)
SoA (Start of Asynchronous)
Polling Request/Response
Asynchronous Send
SoC
ASnd
ResN
1 Zyklus
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Avionics Full Duplex Swiched Ethernet - AFDX
•  Profinet
•  Bezeichnung für den ARINC-Standard 664
•  Ethernet Powerlink
•  AFDX bezeichnet ein Schicht-2 Netz und das dazu gehörige Protokoll
•  Avionics Full Duplex Swiched Ethernet – AFDX
für die Kommunikation zwischen Flugzeugsystemen
•  Erfüllt spezielle Anforderungen der Luftfahrtindustrie:
•  Train Communication Network – TCN
–  Hohe Datenrate, geringes Gewicht der Baugruppen und Module
Eingesetzt in A380, B787
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AFDX
AFDX Switch Architektur
Avionics Full-Duplex Switched Ethernet
-  ARINC 664 Standard
Switches
-  Evolutionär
-  Statische Konfiguration der
Netzwerke (VL)
-  Redundanter Betrieb zweier
Netzwerke (full-duplex) ohne
Umschaltzeiten
ES
ES
ES: End
System
ES
Netzwerk
VL: Virtueller Link
Netzwerk B
ES
ES
Redundanz
Management
Netzwerk A
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AFDX Datentransfer
Mit Hilfe eines AFDX-Swiches werden Endsysteme (ES) miteinander verbunden.
Das Switch-ES enthält z.B. Netzmanagement Funktionen
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AFDX Protokollstack
AFDX Nutzdaten
UDP
IP
Ethernet
BAG:
BAG-Dauer:
Jitter:
ist ein Zeitschlitz in einer VL-Verbindung
1 – 128 ms (als Zweierpotenz-Wert : 1, 2, 8, 16, 32, 64, 128)
Rahmen-Zeitoffset
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Inhalt
Train Communication Network – TCN
•  Hierarchisch aufgebautes Feldbussystem für die zeit- und
sicherheitskritische Datenübertragung in Schinenfahrzeugen
•  Profinet
•  TCN - Aufbau:
•  Ethernet Powerlink
–  Zugbus (WTB) zur Verbindung von max. 32 Fahrzeugen
Hardware: TP; Datenrate: 1,0Mbit/s; Länge: max. 860m
•  Avionics Full Duplex Swiched Ethernet – AFDX
–  Fahrzeugbus (MVB) zur Kommunikation von max. 4096
I/O-Geräten oder intelligenter Steuerungen
•  Train Communication Network – TCN
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5. Semester, Automation, 2014
TCN – Train Communication Network
IEC Norm 61375-1, Erweiterung auf 61375-4 (Ethernet Consist Network)
und 61375-2-5 (Ethernet Train Backbone) in Arbeit, evolutionär
Consist (Zugabschnitt)
ETBN
CS
CS
ED
ED
ETBN
Ethernet Train Backbone (ETB)
CS
Ethernet Consist Network (ECN)
CS
CS
ED
CS
ED
ED
ED
Besonderheit: dynamische Netzkonfiguration auf L3 basierend auf URIs
ETBN: Ethernet Train Backbone Node (Router)
ED: End Device
CS: Car Switch, Consist Switch (Ethernet Switch)
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