RT ISA Ethernet Industrial - isa-spain.org isa ethernet... · 2006) y más rápido de ... •...
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Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
ETHERNET INDUSTRIALJavier Snchez LobnHIRSCHMANN AUTOMATION AND CONTROL
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NDICE: Qu es Ethernet ? Modelo Osi Hardware Topologas: arquitecturas tolerantes a fallos Redes Virtuales: VLANs
Multicast Gestin de red: SNMP y OPC Protocolos industriales: Profinet, Ethernet -IP, Modbus-TCP
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Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
Qu es Ethernet?
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Qu es Ethernet?
Ethernet es un sistema para transmitir informacinentre dos o ms dispositivos empleando un mediocompartido.
Especifica el medio utilizado, la seal que se utilizay la forma que la informacin debe tener.
Desarrollada por Digital, Intel y Xerox en los 70s. Ethernet se convirti en estndar del IEEE en 1985.
La inmensa mayora de las LAN se basan en Ethernet.
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Evolucin Ethernet Ancho de banda
0 . 0 1 M b p s
1 0 M b p s
1 Mbps
100 Mbps
1 0 0 0 M b p s
1978
1988
1993
0 . 1 Mbps
A L O H An e t w o r k r u n s
i n Hawa i i
B o b M e t c a l fi n v e n t s
E t he rne t a tP A R C
D I X E t h e r n e tv2 .0
spec i f i ca t ion
I E E E 8 0 2 . 31 0 B A S E 5s tanda rd
I E E E 8 0 2 . 31 0 0 B A S E - T
s t a n d a r d
I E E E 8 0 2 . 3 z1 0 0 0 B A S E - T
s t anda rd
1968
1973
I E E E 8 0 2 . 3 c1 B A S E 5S t a r L A Ns tanda rd
I E E E 8 0 2 . 31 0 B A S E 2s tanda rd IEEE 802 . 3 i
1 0 B A S E - Ts t a n d a r d
1998
10-gigabit Ethernet (XGbEo 10GbE) es el ms reciente (ao 2006) y ms rpido de los estndares Ethernet
Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
Modelo OSI
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Physical
Data Link
Network
Transport
Session
Presentation
Application
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Physical
Data Link
Network
Transport
Session
Presentation
Application
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6
5
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ComunicacinVirtual
Agrupadas en una en el Modelo TCP/IP
Qu es Ethernet?. Modelo OSI.
ComunicacinVirtual
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Transceiver HubConversor de Medio
Physical
Data Link
Network
Transport
Session
Presentation
Application
1
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2
7
Qu es Ethernet?. Modelo OSI. Fsico
Resposable de las seales, la informacin de ms bajo nivel.
Convierte los bits en seales pticas/Elctricas Es la parte que ms problemas causa en la operacin de red
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Physical
Network
Transport
Session
Presentation
Application
1
6
5
4
3
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7
Data Link
Switches
Qu es Ethernet?. Modelo OSI. Enlace
Se encarga de el validar los trenes de pulsos recibidos(Tramas), de identificar y filtrarlos por destino, CRC y control de acceso al medio.
Maneja Tramas, las unidades mnimas de informacinen Ethernet.
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Routers
Physical
Data Link
Transport
Session
Presentation
Application
1
6
5
4
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2
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Network
Qu es Ethernet?. Modelo OSI. Red
Maneja conjuntos de tramas (paquetes) y se encarga de que sigan el camino adecuado al atravesar redes.
Bsqueda de la mejor ruta y conversin de direcciones.
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Qu es Ethernet?. Capas 1 y 2
La capa 2 (Enlace) esta dividida en dos subcapas
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Qu es Ethernet?. Ejemplo OSI.
WorldFip 1Mbps
WorldFip
X-Way
Uni-Te
RS-485 19,2Kbps
Uni-Telway
X-Way
Uni-Te
1
6
5
4
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802.3 10Mbps
802.3
X-Way
Uni-Te
802.3
802.3
IP
TCP
ModBus
Uni-Telway FipIO/FipWay EthWay ModBus/TCP
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Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
Hardware
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Hardware Industrial
Entorno IndustrialAutomatizacin en Fbrica
OficinaAutomatizacin en Oficina
Voltaje 24V DC 115V AC / 230V AC
InstalacinCarri DIN 19"Montaje en pared
Mdulo de sobremesaMontaje en Pared, Rack 19"
Temperatura 0C - 60C -20C - 75C
5C - 40C
Vibracin/Impactodurante Funcionamiento
2 g / 15 g -
Sistema de Refrigeracin Conveccion natural Ventilador
Tipo de Proteccin IP20 / IP30 / IP67 IP20 / IP30
Resistencia Polvo, Aceite, Disolventes, etc. Polvo
Approvaciones EN60950 (Seguridad) EN50081-2 (EMC, Industria) EN50082-2 (EMC, Industria)
EN60950 (Seguridad) EN50081-1 (EMC, Oficina) EN50082-1 (EMC, Oficina)
Tiempo de reconfiguracin < 0.5 seg > 30 seg aceptable
Operatividad > 7 Aos > 3 Aos
Disponibilidad 15 Aos (Repuestos) 4 Aos (Repuestos)
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Hardware Ethernet. Conversores de medio
Conversin del nivel fsico. Transparentes Half / Full Duplex Se utilizanpara aumentar distancias de alcance Capa 1
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A
B C
D
Hardware Ethernet. Hubs o repetidores
Conecta varios equipos a un punto comn. Entorno de colisin
Half Duplex only Repite elctrica u pticamente todo lo que recibe Capa 1
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A
B C
D
Hardware Ethernet. Switches
Cada enlace es un entorno de colisin. Definen dominios de difusin
Half / Full Duplex Capa 2
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Hardware Ethernet. Routers o encaminadores
Cada puerto puede ser una red diferente Enlazandominios de difusin Capa 3
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Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
TOPOLOGAS
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ARQUITECTURA EN BUS
cc
ER-14
ER-06
ER-15
ER-05
ER-04
ER-03
ER-13
ER-09
ER-08
ER-16
ER-07
ER-17
ER-12
ER-11
ER-10
ER-18
100 BASE FX. Fibra Multimodo2 unid. RS2 4TX/FX
15 unid. RS2 3TX/2FX
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ARQUITECTURA EN ESTRELLA/RBOL
cc
ER-14
ER-06
ER-15
ER-05
ER-04ER-03
ER-13
ER-09
ER-08
ER-16
ER-07
ER-17
ER-12
ER-11
ER-10
ER-18
100 BASE FX. Fibra Multimodo4unid. RS2 4TX/FX (ER14,15,16,18)
12 unid. RS2 3TX/2FX
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cc
1000 BASE LH+. Fibra Monomodo
ER-14
ER-13
ER-03
ER-04
ER-05
ER-06
ER-15
ER-07 ER-08
ER-16
ER-09
ER-10
ER-11
ER-12
ER-17
ER-18
ARQUITECTURA EN ANILLO HIPER-RING MRP
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SOLUCIN OFIMTICA ESTNDAR SPANNING TREE Se eliminan los Bucles de forma automtica Los enlaces redundantes se quedan dormidos a la espera de rotura de otros Mensajera de control de redundancia Lento, apropiado para redes ofimticas Tamao de red pequeo
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C.C.
ER-17
ER-18
ER-09ER-10
ER-11
ER-12
DOBLE ACOPLAMIENTO
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ER-09 ER-11
ER-12
ACOPLAMIENTO ENTRE ANILLOSER-13
ER-14
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ENLACE AADIDO
Dos modos de funcionamiento:
Esttico: Manualmente se definen los puertos que pertenecen al enlace.
Dinmico: Mediante LACP (link Aggregation Control Protocol) se configuran automticamente los puertos asociados al enlace dinmico.
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VRRP. ENRUTAMIENTO REDUNDANTE
Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
Redes Virtuales: VLAN
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Redes Compartidas. Dominios de Colisin
Tan solo un equipo final puede transmitir a la vez
- Mal rendimiento- Prdida de ancho de banda
Las tramas defectuosas son retransmitidas
Dimensiones limitadas
Shared MediaLAN
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Solucin: Redes Conmutadas
Todos hablan a la vez Mejor rendimiento Menor tiempo de respuesta
Los errores no son difundidos
Enlaces redundantes
Puede crecer con facilidad
SwitchedLAN
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Redes Conmutadas. Problema Broadcast
AB
DC
Ethernet A:Datos_A=15%Broadcast _A=2%
Ethernet B:Datos_B=35%Broadcast_B=4%
Ethernet C:Datos_C=45%Broadcast _C=5%
Ethernet D:Datos_D=25%Broadcast _D=3%
Ancho de banda de la red: 4 x 10 Mbit/s = 40 Mbit/sCarga media por enlace: 120 / 4= 30%Ancho de banda ocupado por broadcast: 14 %
Switch
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Redes Conmutadas. Broadcast. Efecto en CPU
0
10
20
30
40
50
60
70
80
100 1000 3000
SPARC 2SPARC 5Pentium 120MHz
CPU %
Broadcast/sec
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Redes Conmutadas. VLANs
Definido en estndar: 802.1Q. Compatibilidad Aislamiento del trfico entre redes virtuales Manejado por switches, no por routers Aislamiento de problemas en VLANs Fcil de configurar Menores costes que los routers
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Redes Conmutadas. VLANs (Basadas en Puerto)
VLAN 3
VLAN
3
VLAN 3VLAN
3
VLAN 2
VLAN 2
VLAN 1
VLAN 1
Port1
Port2Port3
Port4
Port5
Port6
Port7
Port8
Switch
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Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
Multicast
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Multicast. Comunicaciones 1 a varios
Sistemas de control: Arquitecturas productor-consumidor, marter-slave
Mdulos I/O
Video sobre IP Automatizacin de Procesos y Fbricas: Videovigilancia de
fbricas, centrales elctricas, centrales nucleares, plantassolares, parques elicos
Automatizacin del transporte: Autopistas, tneles, peajes, puntos de acceso
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Multicast. Tipos de direcciones IP
Unicast Destinatario nico
Broadcast Destinado a todos
Multicast Destinado a unos pocos
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Multicast. Por qu preocuparse por el Multicast?
VLAN 1
VLAN 2
T
T
R
R
Las direcciones Multicast son siempre de destino, nunca de origen Los switches/routers jams aprendern dichas direcciones Dentro de cada VLAN llegarn a todos los equipos finales
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Multicast. IGMP Snooping
Permite a un switch (capa 2) cotillear un protocolo de capa 3
Cotillea todos los paquetes IGMP Report/Query/Leave que pasanpor l
As aprende (L2) qu dispositivo se apunta a qu grupo
REQUIERE DE UN EQUIPO QUE ACTE COMO QUERIER!
QuerierQueryPort
QueryPort
Grupo 1 RepuestaQuery
Query
Snooping ON Snooping ONSnooping ON
X
Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
Gestin de redes: SNMP y OPC
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Gestin de Fallos
Gestin de Prestaciones
Funcionalidades de la Gestin de Redes
Gestin de la Configuracin
Gestin de la Seguridad
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SI, si la red incorpora switches gestionables que soportenMonitorizacin Remota (RMON)
Se puede medir el rendimiento de mi red?
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GestorNMS
NMS Estacin de Gestin de Red, MIB Base de Informacin de Gestin, SNMP Protocolo Simple de Gestin de Redes, SAI Sistema de Alimentacin Interrumpida
AGENTEMIB
Equipo TerminalAGENTEMIB
Router
AGENTEMIB
Switch
AGENTEMIB
SAI
SNMP
Herramientas de Gestin. Software de Gestin de Redes - SNMP
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El sofware de Gestin puede:
Reclamar a los Agentes de Red informacin en tiempo-real del estado de la red.
Ajustar valores en los Agentes de Red.
Proporcionar un interface grfico al usuario de la red, mostrando alarmas de red, arquitectura de la red, etc.
Qu es un software de Gestin de Redes?
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NIC
PLC Communication Driver
Base de datos HMI
Historian GUI Alarmas
Supervisin de Planta
NIC
SNMP / RMON Communications Drivers
Historian GUI Alarm Log
Base de datos de Gestin
Componentes Ethernet
Componentes de Control de Planta
Gestin de Red
Tecnologa actual Distintos Cuadros de Instrumentos
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NIC
PLC Driver
HMI Base de datos
Histrico GUI ALarmas
OPC
Ethernet Components
Plant Control Components
OPC incorpora indicadores del estado de la red Ethernet en tiempo real y de administracinen el entorno de un HMI
Esto permite el control de los datos del sistema desde un nico tablero de instrumentos.
OPC. Solucin para Redes Ethernet industrialSupervisin de Planta
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Estndares
Certificaciones
Formacin
Publicaciones
Conferencias
Protocolos Industriales
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Perfiles Industriales = Protocolos Industriales
PROFINET, EtherNet/IP, Modbus/TCP
Propsito:- Herramienta de SW familiar para los dispositivos de automatizacin
(RSLOGIX, STEP 7..)- Mismo metodo para asignar direcciones IP- Recoger datos directamente desde el switch- Reducir esfuerzos para formacin- El switch pasa a formar parte de la aplicacin como un PLC o un
sensor
Perfiles Industriales
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Startup configuracin .
Status de dispositivo Status de enlace por puertos Accesos no autorizados por puerto ..
Protocolos Industriales
50
Declaracin de independencia Hirschmann
PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP,mismos switches, solo diferente software
Sin coste adicional
Posibilidad de carga a posteriori Standard profiles
Posibilidad de cambio PROFINET EtherNet/IP
Posible con equipos OpenRail Compactos y modulares
Otros PerfilesIndustriales
En resumen