PROFINET

規格規格規格規格

認証試験認証試験認証試験認証試験

2013年3月

日本プロフィバス協会

元吉伸一

PROFINETとは？

PROFINETは産業用Ethernetの規格PROFIBUSは1989年に発表され、RS-485ベースの通信規格Ethernetを通信のベースとすることで、より高いパフォーマンスの通信が実現できる。

RTとIRTについて従来フィールドバスが使用されていた範囲のアプリケーション(制御機器と現場機器間の通信)をサポートする規格をPROFINET IOという。PROFINET IOでは制御で求められるリアルタイム性を実現するためにRTとIRTの2種類の技術が使われる。RTとIRTの違いは、Deterministic性の違い。必ずある時間に通信を実行する確実性がIRTの方が高い。IRTはIRTに対応する機能を持つハードウェアが必要RTは汎用のEthernetカードで実現可能

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PROFINETで何が通信できるか？

リアルタイムデータ

フィールドバス相当のリアルタイム性を持つRTモーションコントロールの同期制御までをカバーするIRT最速周期 31.25μ秒

アラーム・診断データ

パラメータデータ

I&Mデータ (Identification & Maintenance Data)

安全システム用通信

PROFIsafe

汎用IT通信（TCP/IP通信）無線

現在のフィールドバスとシームレスな通信を行う統合通信

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日本日本日本日本プロフィバスプロフィバスプロフィバスプロフィバス協会協会協会協会 2012

PROFINETシステム

I/O

Wireless

リアルタイムIO

Controller Controller

コントローラ間接続

モーション制御

Drives

Office NetworkController

垂直統合

Firewall

セキュリティ

フィールドバス統合

Allen-Bradley

XX55

CE

DeviceNetProxy

安全

OPC

Switch

Controller

I/O

Proxy

PROFIBUS PA

PROFIBUS DP

無線無線無線無線センサーセンサーセンサーセンサー

WSANゲートウェイゲートウェイゲートウェイゲートウェイ

AS-interface

HMIOPC

FF, Interbus ,HART,CANAS-I, etc

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IRTの原理

IRTのラインIRT用通信に専用レーンを用意するネットワークの負荷に係わらず、IRTデータのリアルタイム性は保障される他のTCP/IPデータ等も、自由に使用できる

Line for IRTIR

T

TCP/IP TCP/IP

TCP/IP TCP/IPTCP/IP

TCP/IP

TCP/IP

RT

RT

RTRT TC

P/IP

Traffic Jam

IRTIRTIRTIRTIRTIRTIRTIRTIRTIRT

6リアルタイム通信とアイソクロノス・モード

Cycle 1 Cycle 2 Cycle n

IRT チャンネル

オープン

チャンネル

(TCP/IP)IRT

チャンネル

オープン

チャンネル

(TCP/IP)

E.g. 1 ms ポジションコントロールサイクルポジションコントロールサイクルポジションコントロールサイクルポジションコントロールサイクル

TCP/IP dataIRT data

周期周期周期周期データデータデータデータオープンオープンオープンオープン通信通信通信通信

同期同期同期同期

モーションコントロールモーションコントロールモーションコントロールモーションコントロールののののアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションではではではでは、、、、1サイクルサイクルサイクルサイクルのののの中中中中でででで、、、、

リアルタイムデータリアルタイムデータリアルタイムデータリアルタイムデータとととと非非非非リアルタイムデータリアルタイムデータリアルタイムデータリアルタイムデータのののの時分割時分割時分割時分割をををを行行行行うううう

PROFINET内部内部内部内部でででで帯域制御帯域制御帯域制御帯域制御をするをするをするをする。。。。ネットワークネットワークネットワークネットワーク機器機器機器機器にににに依存依存依存依存しないしないしないしない

Tool Model “B”

Tool Model “C”

Tool Model “A”

Robot

PROFINET IO

RobotController

Main ControlCPU End of Arm Tooling

CP 1616I/O ロボットはアームのツールを交

交換したら、すぐに作業に

入らなければならない

電源ON後、500ｍ秒以内でのスタートが可能

Tool Docking system

ファストスタートアップ

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Media Redundancy Protocol (MRP)

Media Redundancy Manager (MRM) がリングネットワークにテストフレームを送る

もし、MRM が自分が送出したフレームを受け取らなかったら

�network failure!MRMはMedia Redundancy

Clientsにnetwork failureを伝達する

MRMは自身のスイッチを閉じるネットワークはまた、通信可能な

状態となる

MediaRedundancy

Manager

MediaRedundancyClients

故障

MRPにてのにてのにてのにての回復時間回復時間回復時間回復時間はははは300ms以内以内以内以内 (50スイッチスイッチスイッチスイッチ)

!

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9

PROFINET – 国際標準

国際標準化活動国際標準化活動国際標準化活動国際標準化活動

IEC 61158 および 61784

ISO 15745

中国国家規格

IEEE 802.3がベース

仕様の公開

国際標準化国際標準化国際標準化国際標準化されているためされているためされているためされているため、、、、世界中世界中世界中世界中ののののマーケットマーケットマーケットマーケットにににに適合適合適合適合

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CA PROFIBUS

CB PROFINET

CC IO-Link

CC/PG1 テクノロジーテクノロジーテクノロジーテクノロジー

CB/PG1 パッシブネットワークパッシブネットワークパッシブネットワークパッシブネットワーク機器機器機器機器 PB & PN

CB/PG4 産業用産業用産業用産業用ワイヤレスワイヤレスワイヤレスワイヤレス

CB/PG5 アクティブネットワークアクティブネットワークアクティブネットワークアクティブネットワーク機器機器機器機器、、、、管理管理管理管理

CB/PG6 PROFINET IO

CB/PG7 PROFINET CBA

CB/PG8 PNへのへのへのへのフィールドバスフィールドバスフィールドバスフィールドバス統合統合統合統合

CB/PG3 導入導入導入導入ガイドガイドガイドガイド PB & PN

CA/PG1 HART 、、、、 Wireless HART統合統合統合統合

CB/PG9 PN for PA

CB/PG11 WSAN

PROFINET ワーキンググループ

CB/PG2 光光光光ファイバーファイバーファイバーファイバー機器機器機器機器

CB/PG10 PN セキュリティセキュリティセキュリティセキュリティ

多数の著名なベンダーが

平等の権利の元、協力

600名以上のメンバー50以上の

ワーキンググループ

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PROFINET関連規格一覧 １

Installation Guide・Wireless Networks Coexistence in PROFINET Infrastructures V1.00・Installation Guideline PROFINET Part 2: Network Components V1.01・PROFINET Cabling and Interconnection Technology (Draft) d2.90・PROFINET Conformance Class A Cabling V1.0・PROFINET Installation Guideline for Cabling and Assembly V1.0 (Free)・PROFINET Commissioning Guideline V1.01 (Free)・PROFINET Design Guideline V1.04 (Free)・PROFIsafe – Environmental Requirements V2.5

Specifications & Standards・Communication Function Blocks for PROFIBUS and PROFINET V2.0・Fieldbus Integration into PROFINET IO (V2.0)

Amendment 1: PROFIBUS Integration into PROFINET IO (d1.0)Amendment 2: INTERBUS Integration into PROFINET IO (V1.0)Amendment 3: AS-Interface Integration into PROFINET IO (V1.0)Amendment 4: HART Integration in PROFINET IO (V1.0)Amendment 5: DEVICENET Integration into PROFINET IO (Draft0.7)Amendment 6: Foundation Fieldbus (FF) Integration into PROFINET IO (V1.0)Amendment 7: CANopen Integration in PROFINET IO (V1.0)

・PROFINET IO System Redundancy V1.0・PROFINET IO Media Redundancy for Distributed Control Systems d0.9・MES and PROFINET - Maintenance Operations V1.0・Physical Layer Medium Dependent Sublayer on 650 nm Fibre Optics V1.0・PROFINET CBA Architecture Description and Specification (Draft) V2.20・Overview and guidance for PROFINET specifications (IEC 61158-1)・Application Layer services for decentralized periphery and distributed automation (Draft) d2.3・Application Layer protocol for decentralized periphery and distributed automation (Draft) d2.3・Profiles for distributed automation (IEC 61784-1 --> PROFINET CBA) V2.2・Profiles for decentralized periphery (Draft) d2.3・PROFINET Security Guideline V1.0・Specification Slave Redundancy V1.2・Time Stamp V1.0

・PROFINET IO Configure in Run for Distributed Control Systems

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PROFINET関連規格一覧 2

Profiles・Host Application Profile (draft) d0.9・Common Application Profile PROFIenergy V1.0・Guideline for Application Profiles V1.00・Identification Systems, Proxy Ident Function Block V1.9・PROFIdrive – Profile Drive Technology V4.1 Amendment PROFIsafe for PROFIdrive V2.1・Profile for Intelligent Pumps V1.0・Profile for Weighing and Dosage Systems Parts aV1.02 + bV1.02 + cV0.95・Profile Guidelines Part1: Identification&Maintenance Functions V1.2・Profile Guidelines Part 2: Data Types, ProgrammingLanguages+Platforms V1.0・Profiles for Low Voltage Switchgear (LVSG) V1.3・PROFIsafe - Profile for Safety Technology V1.30・PROFIsafe Profile for Safety Technology on PROFIBUS DP and PROFINET IO (Draft) Part a: d2.10, Part b: d2.5c・Train Profile Development Guideline for PROFINET IO V1.1・Train Profile Standard Elements for PROFINET IO V1.1・Train Profile Development Guideline WTB Gateway f. PROFINET IO V1.0

Device Integration・GSDML Specification for PROFINET IO (Draft) d2.3・IO-Link Integration Part 1 for PROFIBUS and PROFINET V1.00

Test and Certification・Test Specification and Test Cases for PROFIenergy V1.0・Framework for Testing + Certification of PROFIBUS + PROFINET Products V2.0・How to get a certificate for a PROFIBUS or PROFINET device V1.0・PROFINET - Test Specification for PROFINET IO Devices V2.2.4・PROFINET Certification - Test Specification V0.4・PROFIsafe - Test Specification V2.1・Rules and Regulations for Certified PROFIBUS & PROFINET Training V1.0・Test Specification for PROFIdrive Profile V4.1, V1.8・Test Specifications for I&M Functions V1.0.0・Testspecification for PROFINET IO Controller V2.2.1

ETC・List of patents to PI's technologies ・PROFINET IO Conformance Classes (Free)

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PROFINET認証試験を受ける前に

PROFINET対応機器の開発が決定した。次に何をすればよいか？

機器の開発方法

自社開発

ASICを使っての開発スタックの供給を受けての開発

モジュール、ボード、ゲートウェイを使っての開発

付加機能(PROFIsafe、PROFIdrive、PROFIenergy)の検討その他に

Manufacturer_IDの取得http://www.profibus.com/IM/Man_ID_Table.xml参照

デバイスIDの決定

MACアドレスどうする

PIではOUIをリザーブしており、中小ベンダーに供与可能

認証試験は必須

14認証試験のフロー

ベンダーが機器の開発ベンダーが機器の開発

EMC試験をベンダーまたは認定された試験所にて

実施

EMC試験をベンダーまたは認定された試験所にて

実施

Manufacturer_IDの取得

試験の申請

Manufacturer_IDの取得

試験の申請

PROFINETの試験PROFINETの試験

No 合格？合格？

PNOに認証の申請PNOに認証の申請

テスト合格

Yes

+

修正点修正点

認証書発行

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IOデバイスの試験

テストシステム

(IO Controller Simulation)

被テスト機器

IO device

接続指示

I/O データアラーム

エンジニアリングシステム

診断

ステータス

パラメータ監視・設定

診断

ステータス

パラメータ監視・設定

テストエンジニア

GSD file

Action

Reaction

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IOデバイスの試験内容

ハードウェア試験

オートクロスオーバ、オートネゴシエーション等

状態遷移テスト(起動動作)アドレス割り当て

状態遷移テスト(運転時)アラーム、 異常なメッセージ受信

複数のコントローラからのリクエスト処理 等

インタオペラビリティテスト

マルチベンダーシステムでの連続運転

GSDファイルチェック負荷試験

IRT用試験その他

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PROFINET テストラボ

AIS - TU Munich (ドイツ)PROFINET コントローラ CBA、RTPROFINET デバイス RT

ANF DATA spol s.r.o. （チェコ)PROFINET デバイス RT, IRT、 PROFIdrive

ComDeC (ドイツ)PROFINET コントローラ CBA、RT、IRTPROFINET デバイス RT、IRT、PROFIsafe、PROFIdrive

ifak e.V. (ドイツ)PROFINET デバイス PROFIsafe

PHOENIX CONTACT Competence Center (ドイツ)PROFINETデバイス RT

PROFI Interface Center （アメリカ）PROFINETデバイス RT

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Tools on PI web site

www.PROFIBUS.com

19会員が無料でダウンロードできるツール

PROFINET IO Security Level 1 Tester

PROFINET IO and IRT Tester

IRT-Configuration Tool

Ethereal / Wireshark (オープンツール)

PROFINET XML-Viewer

20例：負荷試験

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例：RT tester 画面

22

例： XML Viewer

GSDファイル名称例：GSDML-V2.25-Siemens-ET200S-20100722.xml

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追加：安全プロファイル PROFIsafeの認証

F-Slave, F-Device, または F-Hostの開発F-Slave, F-Device, または F-Hostの開発

申請者は認定された

テストラボでの

EMCテストを申し込む

申請者は認定された

テストラボでの

EMCテストを申し込む

申請者はPNOからPROFIBUSのID番号または

PROFINETのVendor_IDを取得し、認可されたテストラボでの

PROFIsafe認証試験を申し込む

申請者はPNOからPROFIBUSのID番号または

PROFINETのVendor_IDを取得し、認可されたテストラボでの

PROFIsafe認証試験を申し込む

申請者は公的団体による

安全アセスメントを実施する

(PA-Devicesではオプション)

申請者は公的団体による

安全アセスメントを実施する

(PA-Devicesではオプション)

F-Slave, F-Device, またはF-Host *)のテスト

F-Slave, F-Device, またはF-Host *)のテスト

Noテスト

合格?テスト

合格?

PNOに認証の申請PNOに認証の申請

Applicant achievescertificate from"Notified Body"

Applicant achievescertificate from"Notified Body"

テスト

合格

アセスメント

OK

PNO認証

Yes

*)• Prove for CRC2 operation• DP-V1/PN-IO test• PROFIsafe layer test• Reference F-Host test

+

+

Immunity (EMC)Immunity (EMC) Conformance (PB/PN)Conformance (PB/PN) Conformance (IEC 61508)Conformance (IEC 61508)

可用性可用性可用性可用性(Availability)可用性可用性可用性可用性(Availability)安全安全安全安全(Safety)安全安全安全安全(Safety)

修正修正

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PROFIBUS・PROFINETを使うメリット24

オートメーション技術を進化させ、(より)品質の高い製品を、効率よく、低価格にまた安定的に、かつ変化に対応できるよう生産したい。

そのための1つの方法として、ネットワークのオープン化をすすめ、工場で稼働する多くのメーカの多くの機器・機械が多くのデータのやり取りを

簡単、効率的、安定して通信できるようにしたい。

たとえば、エンドユーザとしては、生産の効率を上げたい。

無駄のない運転を実現したい。機器の故障で操業の変更をしたくない。

等

現場機器そのものは多機能化を進めている。測定情報だけでなく、機器

の稼働情報も提供できる。

この情報をどのよう取り込むことができるかが問題。

アナログ通信ではできない。オープンなデジタル通信が必要。

オープンネットワークを使って、さまざまなメーカの製品とスムーズに

データ・情報伝送を実現する

PROFIBUS・PROFINETならできる