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EtherNet/IP

Enric FbregasZaragoza 21 de mayo de 2009

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Evolucin de Ethernet

Diseada por Bob Metcalf en el PARC en el ao 1973


Evolucin de Ethernet

Ethernet hoy no es el mismo que el que fue inventado hace 35 aos. Las mejoras han consistido en :

Mayor ancho de banda

Comunicacin Half / Full duplex

Medios fsicos de comunicacin

Conmutacin (switches)

Priorizacin

VLANs

Es por ello que hoy en da la tecnologa permite que Ethernet cumpla tanto con la misin de comunicacin de datos entre los sistemas de control y los sistemas de produccin como que realice el control en tiempo real, con el beneficio de emplear una nica red en planta.


Qu es EtherNet/IP?

EtherNet/IP es la implantacin del Protocolo Industrial Comn (CIP) en Ethernet

Solucin industrial completa sobre red Ethernet para la automatizacin de procesos de fabricacin que incluye control, seguridad, sincronizacin, movimiento, configuracin e informacin

CIP es utilizado por otras redes industriales como DeviceNet y ControlNet

Mantenido por un organismo independiente denominado ODVA (www.odva.org)


Common Industrial Protocol (CIP)


CIP sobre EtherNet

Se utiliza TCP/IP para : Configurar un dispositivo Carga/descarga de una aplicacin

MSG entre dos equipos Diagnosticos

Se utiliza UDP/IP para: Control de E/S en tiempo real Modelo productor-consumidor

CIP = Common Industrial Protocol

TCP = Trasmision Control Protocol

UDP = User Datagram Protocol

IP = InterNet Protocol


Por qu utilizar EtherNet/IP?

EtherNet/IP -- Principales elementos de diferenciacin

Establecida

Estndar

Ms que un bus de campo


Ethernet/IP - Diferenciador #1

EtherNet/IP

Diferenciador n. 1

Establecida


Ethernet se utiliz por primera vez en aplicaciones industriales en la dcada de los setentaEthernet se utiliz por primera vez en aplicaciones industriales en la dcada de los setenta

EtherNet/IP es la red del presente y del futuro para la automatizacin industrial EtherNet/IP es la red del presente y del futuro para la automatizacin industrial

EstablecidaEthernet/IP - Diferenciador #1


>240 Fabricantes de Productos para

Ethernet/IP

>240 Fabricantes de Productos para

Ethernet/IP

Ethernet/IP - Diferenciador #1Establecida


Productos disponibles en EtherNet/IP

Controllers

Drives

I/O Devices Instruments

Robots

Business System

Programming TerminalsHMI

Valves

Switches

Media

RFID

Weigh Scales

Establecida


Productos homologados Los productos que superan de forma

satisfactoria las pruebas reciben una Declaracin de conformidad de la ODVA

Los proveedores obtienen el derecho a utilizar en sus productos la marca de certificacin Prueba de Conformidad con EtherNet/IP Superada

Consulte el sitio web de ODVA para obtener informacin sobre poltica de conformidad y homologacin de productos

Productos que cumplen el estndar de EtherNet/IP


Referencia mundial Ethernet/IP

General MotorsGeneral Motors

General Motors ha hecho pblico su plan de normalizacin en EtherNet/IP para acceso a redes de Ethernet industrial en todas sus operaciones mundiales de fabricacin de vehculos. Esta decisin se extiende a ms de 60 plantas ubicadas en frica, Europa, Latinoamrica, Norteamrica y Oriente Prximo.

Para satisfacer nuestras necesidades, nuestro deseo era disponer de una implantacin de Ethernet que sea abierta, fcilmente disponible, capaz de realizar el envo de datos en tiempo real y que utilice dispositivos de infraestructura estndar. La solucin de operativa de red de EtherNet/IP cumple con claridad todos estos criterios.

Gary Workman, Ingeniero de desarrollo de personal, General Motors



EtherNet/IP

Diferenciador n. 2

Estandar


Ethernet/IP - Diferenciador #2Estandar

EtherNet/IP Es un protocolo de red abierta establecido y mantenido por un organismo

independiente denominado ODVA

Utiliza componentes electrnicos comerciales estndares para fabricar productos

Utiliza Hubs y Swichs estndares y otros productos de infraestructura de red

Se adhiere a las organizaciones de estndares internacionales

IEEE 802.3

ISO/IEC 8802-3

IEC 61158

IEC 61784-1

ISO 15745


Capa Fsica

CSMA / CD

IP

TCP UDP

FTP SMTP HTTP VOIP DNS SNMP

Ficheros

Email

Web

Voz/Video

Gestin

Servidores

Implementacinde Ethernet

estandar segnel modelo OSI

CIP

EtherNet/IP

STAN

DARD

Capa de aplicacin




Physical Layer

CSMA / CD

IP

TCP/UDP

Application Layer

STAN

DARD

From IONA Handbook 2005

Estandar

Otras redes estn basadas en Ethernet pero modifican el standard

IRT H/W Support w/

Switching Technology

IP

TCP / UDP

RT Stack

Application Layer

Non RT PROFInet V3

Switch

Standard Ethernet

Controller

IP

TCP / UDP

RT Stack

Application Layer

Non RT PROFInet V2

NON -

STANDARD

NON -

STANDARD


Estndar frente a Estndares modificados

Estndar

Utiliza conmutadores estndar

Se integra con facilidad en las instalaciones existentes de Ethernet y redes corporativas

No precisa una formacin o conocimientos especiales del personal de informtica

Utiliza componentes comercialescomunes

Mantiene el ritmo de la evolucin continua de la tecnologa

Estndares modificados

Precisa la utilizacin de conmutadores especiales o segmentos protegidos

Potenciales problemas de integracin con las instalaciones de Ethernet existentes

Exige conocimientos y formacin adicionales del personal de informtica

A menudo utilizan ASIC semi-exclusivos y pilas de protocolos

Los protocolos estn configurados segn la tecnologa actual


CIPCIP

EtherNet/IP

ControlNet

DeviceNet

ControlNet

CIP

Principal beneficio: Acceso a todos los dispositivos desde un nico punto El mismo mensaje independientemente de la red utilizada No requiere programacin




EtherNet/IP

Diferenciador n. 3

Ms que un fieldbus


Ethernet/IP - Diferenciador #3Ms que un fieldbus

Aplicaciones de control en tiemporeal

Aplicaciones de control en tiemporeal

I/O Devices

Drives

Robots

Instrumentation

Bar CodeRFID

Otras tecnologascomerciales

Otras tecnologascomerciales

FTP

Wireless

RemoteAccess

Mobile Phones

Video/VoiceOver IP

Webpage

Aplicaciones de control clsicas

Aplicaciones de control clsicas

Business System

HMI

Controllers

ProgrammingTerminals

Weigh Scale

Mezcle tecnologas de control clsicas, con control en tiempo real y aplicaciones comerciales para solucionar cualquier necesidad de plantacon UNA sola red de comunicaciones !!!



Arbol

Estrella

Troncal/Bajante

Topologas de EtherNet/IP: Nmero ilimitado de nodos

100Mb

Cada nodo requiere unaconexin punto a punto con el switch

Amplia disponibilidad de repetidores y fibra ptica para aumentar sus prestaciones

Distancias:

100m para cobre

20Km para fibra

Anillo

Medio fsico


3 port tap

Other Devices

switch


Nueva topologa con switches integrados

Productos con 2-puertos EtherNet/IP para implementar topologas en bus o en anillo sin necesidad de repetidores o fibra ptica

Mnima configuracin requerida

Anillo de altas prestaciones (tiempo conmutacin < 1ms para 50 nodos)

Minimiza el coste de instalacin de cables

Mdulo de 3 puertos para conexin de dispositivos estndar

Tecnologa abierta a otros fabricantes


Extensin de CIP Safety a EtherNet/IP EtherNet/IP continuar mejorando las capacidades de integracin de informacin entre el rea de planta y la empresa

Integracin con ITSeguridad de personas

Los sistemas EtherNet/IP continuarn evolucionando y aadiendo medidas de seguridad

Seguridad de accesos

EtherNet/IP: el estndar de sincronizacin de tiempo y control de movimiento

Sincronizacin de tiempo y movimiento



Seguridad en EtherNet/IP

GuardPLC 1600/1800 EtherNet/IP Enabled

GuardLogix Controller

Standard EtherNet/IP I/O

CompactLogix Controller

EtherNet/IP Safety I/O*

Network for Standard and Safety Messaging

* = 4QCY2007

GuardLogix Controller

GuardPLC I/O on EtherNet/IP


EtherNet/IP - CIP Motion (Futuro)


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Consideraciones de diseo red EtherNet/IP


Los DIEZ MANDAMIENTOS que aseguran la adecuada implementacin de EtherNet/IP

I. Comprender los requisitos del sistema

II. Entender el entorno

III. Involucrar a IT

IV. Segmentar adecuadamente las redes

V. Evitar el uso de Hubs

VI. Seleccionar el switch adecuado

VII. Seleccionar e instalar el mediofsico adecuado

VIII.Conocer laslimitaciones de losdispositivos

IX. Ser consciente de los aspectos de seguridad de accesos

X. No dudar en pedirayuda


I) Comprender los requisitos del sistema

Entorno del sistema Desde control de E/S en planta hasta integracin con IT

Requerimientos futuros de expansin

Seguridad de accesos

Rendimiento Cuntos datos? Con qu frecuencia? Entre cuntos dispositivos?

Infraestructura Medio fsico, Switch, Router, Firewall, Acceso Remoto, etc.

Cuanto mejor conozcamos los requisitos del sistema,

tendremos mayores posibilidades de xito en la

implementacin

Cuanto mejor conozcamos los requisitos del sistema,

tendremos mayores posibilidades de xito en la

implementacin


II) Entender el entorno

Debes escoger si quieres y cmo quieres conectar tu

sistema de control con tu red corporativa

Debes escoger si quieres y cmo quieres conectar tu

sistema de control con tu red corporativa

Sistema Integrado Sistema Integrado

Sistema Conectado por CIP Sistema Conectado por CIP

Sistema Aislado Sistema Aislado Mayor impactoen las

consideracionesde diseo

Decisin Crtica de Diseo:

O

O

con/desde la red corporativa


II) Entender el entornoSistema Aislado

Enterprise Network

Router

Nivel IT

Nivel de Control

Red Corporativa

Impactos de diseo: Puedes escoger las direcciones IP

Menos consideraciones de rendimiento al haber menos trfico

Mnimas consideraciones de seguridad de acceso

Impactos de diseo: Puedes escoger las direcciones IP

Menos consideraciones de rendimiento al haber menos trfico

Mnimas consideraciones de seguridad de acceso

TCP/IP

CIP


II) Entender el entornoSlo conexiones CIP

Enterprise Network

Router

Nivel IT

Nivel de Control

Red Corporativa

La red de IT y la de control estn separadas por el

backplane del procesador

Logix

Los mensajes CIP se enrutana travs del Gateway

El resto de trfico quedabloqueado (HTTP, FTP, etc.).

ENBT

ENBT

Impactos de diseo: Algunas direcciones IP deben

coordinarse con IT

Consideraciones de rendimientoadicionales

Contemplar consideraciones de seguridad de accesos

Impactos de diseo: Algunas direcciones IP deben

coordinarse con IT

Consideraciones de rendimientoadicionales

Contemplar consideraciones de seguridad de accesos

TCP/IP

CIP


II) Entender el entornoSistema Integrado

Enterprise Network

Nivel IT

Nivel de Control

Red Corporativa

TCP/IP

CIP

Router

Impactos de diseo: Un alto nivel de direcciones IP

deben coordinarse con IT

Elevadas consideraciones de rendimiento total de red

La seguridad de accesos se convierte en un elemento crtico

Impactos de diseo: Un alto nivel de direcciones IP

deben coordinarse con IT

Elevadas consideraciones de rendimiento total de red

La seguridad de accesos se convierte en un elemento crtico


II) Entender el entornoArquitecturas de Referencia

Better Data FlowSafety and Security

Productivity and EfficiencyEconomies of Scale

Ente

rpris

eM

anufacturing

Trminologa estndar empleadapor personal de IT

Proporciona guas de diseomediante metodologa, recomendaciones, parmetros de configuracin, y mejores prcticasdesarrolladas sobre arquitecturasprobadas y validadas

Desarrolladas junto con Cisco


III) Involucrar a IT

Impacto del trfico de control de E/S sobre la red de IT El trfico EtherNet/IP (E/S

mensajes implicitos vs. mensajes explcitos)

El trfico de E/S es multicast

Ahora que EtherNet/IP correen la red de planta, quin se responsabiliza de la red? Personal de IT vs. Personal de

Ingeniera/Mantenimiento

Mantenimiento, actualizacin, resolucin de averas

Asignacin de direcciones IP

Trabajar junto con los responsables de IT

para establecer las polticas de gestin de red

ms adecuadas

Trabajar junto con los responsables de IT

para establecer las polticas de gestin de red

ms adecuadas


III) Involucrar a ITDiferentes polticas de gestin

DisponibilidadIntegridad

Confidencialidad

ConfidencialidadIntegridad

DisponibilidadPrioridadess

Especficos a la aplicacinConvergencia de datos, voz & video con diferentes prioridades

Tipo de datosTrfico

Mantener la produccindentro de lo posible

Cerrar el acceso a la amenazadetectada

Proteccin ante amenazas

Programado durante un paroLo antes posibleUpgrades

Puede parar la produccinContina la operacinImplicaciones de fallo en dispositivo

Permitir acceso sencillo a losdispositivos

Mtodos estrictos de autentificacin y accesoControl de acceso

Red de ControlRed CorporativaPolticas


IV) Segmentar adecuadamente las redes

Por qu es necesario segmentar las redes? Simplificar la gestin de la red

Mejorar la seguridad de accesos

Independizar trfico (CIP vs TCP/IP, I/O vs MSG)

Maximizar la disponibilidad de la red

Herramientas de segmentacin Por segmentos fsicos : mediante el Switch

Por segmentos lgicos: mediante VLAN y IP Subnets

Una segmentacin adecuada del trfico mejora

notablemente el rendimiento general de la red

Una segmentacin adecuada del trfico mejora

notablemente el rendimiento general de la red


V) Evitar el uso de hubs

Hubs vs. Switches vs. Router Hubs (repetidores)

Permiten colisiones

Envan mensajes de broadcast a todos los puertos

Switches

Eliminan las colisiones (bsico para el nivel de control !!)

Ayudan a segmentar el trfico con IP subnets

Router

Segrega el trfico entre diferentes IP subnets

Siempre usar switches & routers!!!Siempre usar switches & routers!!!


VI) Seleccionar el switch adecuado

Emplear un switch con especificaciones industriales

Los switch no gestionados pueden usarse solo cuando: Las caractersticas listadas a continuacin no son necesarias

No hay peligro de sobrecargar a un dispositivo con trfico

El rendimiento con trfico multicast en la red es adecuado

Caractersticas recomendadas de un switch gestionado: Diagnsticos permiten resolver cualquier incidencia de la red

Navegador Web permite acceso web para configuracin y diagnstico

IGMP Snooping limita el trfico multicast a puertos asociados a un grupo de IPs paramulticast concreto

VLANs Posibilidad de segmentar redes a nivel lgico .

Pasar por alto las caractersticas requeridas en un switch puede

causar problemas a corto, medio y largo plazo

Pasar por alto las caractersticas requeridas en un switch puede

causar problemas a corto, medio y largo plazo


VI) Seleccionar el switch adecuadoGama de Switches de Rockwell Automation

No gestio

nado

Gestiona

do

Embedded

Precio

Funcionalidad

Aplicaciones querequieren integracincon redes corporativas

Aplicaciones paratopologas en bus o en anillo

Aplicaciones con redesde dispositivos

distribuidos que debenser controlados y diagnosticados

Aplicaciones en redespequeas y aisladas


VI) Seleccionar el switch adecuadoGama de Switches de Rockwell Automation


VII) Seleccionar e instalar el medio fsicoadecuado

Cobre Se recomiendan cable y conectores CAT 5e y 6 para aplicaciones industriales

Generalmente se recomienda UTP

Se recomienda STP para ambientes con ruido

Conectar a tierra SOLO un extremo !!!!!!!

Fibra ptica Se recomienda por su buena inmunidad al ruido y para distancias largas

Single mode (altas prestaciones, )

Multi-mode (para propsito general)

Puesta a tierra y ruido Aplican las mismas reglas que el resto de redes industriales

Para ms informacin ver la publicacin EtherNet/IP Media Planning & Installation Guide

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/enet-in001_-en-p.pdf


VIII) Conocer los lmites de los dispositivos

Los cuellos de botella de un sistema EtherNet/IP estn siempre en losdispositivos conectados El trfico consume muy poco ancho de banda de la infraestructura @ 100Mbps

Ejemplos de prestaciones de dispositivos:

5000128641756-ENBT

5000

10000

Max Frames/Sec for I/O

20321734-AENT

256641756-EN2T

CIP ConnectionsTCP Connections

No todos los dispositivos son diseados igualesNo todos los dispositivos son diseados iguales


VIII) Conocer los lmites de los dispositivosHerramienta de Estimacin de Prestaciones

Ayuda a simplificar el clculo de conexiones y trfico de red


IX) Ser consciente de los aspectos de seguridad de accesos

Prcticas habituales: Separar a nivel lgico la red de control de la red corporativa

Limitar el acceso tanto lgico como fsico a la red de control slo a los querealmente lo necesitan (estrictas polticas de control de accesos)

Implementar procedimientos de seguridad en planta

Emplear las mismas polticas que ya est usando IT

Consultar a expertos Rockwell Automation dispone de servicios de gestin de red

Denegar el acceso por defecto,

permitirlo como excepcin

Denegar el acceso por defecto,

permitirlo como excepcin


X) No dudar en pedir ayuda

Rockwell Automation dispone de expertos que le ayudaran a definir la arquitectura y productos ms adecuados a su aplicacin

Publicaciones ENET/IP Performance and Application Guide (Pub#: ENET-AP001)

ODVA ENET/IP Media Planning and Installation Guide (ODVA site)

ENET/IP Modules in Logix5000 Control Systems User Manual (Pub#: ENET-UM001)

Stratix Website (switches) www.ab.com/networks/switches

EtherNet/IP - Take the Next Step Website:

Reference Architecture Website Includes Customer Education Series www.ab.com/networks/architectures

http://www.ab.com/networks/ethernet/next-step.html


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