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PROFINETオープンセミナー
Ethernet Switch
日本プロフィバス協会
PROFINET WG小栗 英人
(フエニックス・コンタクト株式会社)
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PROFINET Open Seminar 2011
AGENDA
・ Ethernet Switchの役割
・産業用Ethernet Switchの特長
・産業用Ethernet Switchの適用範囲
・PROFINETに有効な機能
・選定ポイント
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PROFINET Open Seminar 2011
Ethernet Switchの役割
ノード間を接続する集線機器
�パケットを送信先ノードのみに転送(スイッチ機能)�パケットの衝突(コリジョンエラー)を回避� Auto-Negotiation機能 (伝送速度、Duplexの自動判別)
� Auto-MDI/MDIX機能(クロス・ストレートの自動反転)
�異なる伝送速度(例: 10/100/1000Mbps)の接続が可能
� スイッチ間接続(カスケード)段数に制限がない�自由度の高いトポロジ(敷設制限の低減)
Node B
Node A Node C
Node D
A→→→→C
B→→→→C B←←←←D
100Mbps
100Mbps
100Mbps
10Mbps
Ethernet Switch
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PROFINET Open Seminar 2011
産業用Ethernet Switchの特長
産業現場環境に対応した機能
別途ラック施工が必要取付方法DINレール取付AC100V (商用電源)動作電源DC24V (制御電源)
定義なし(FAには不向き)振動・衝撃IEC 60068-2準拠
I/Oデータ、アライドテレシス、コレガ、シスコ、バッファローなど
メーカー
シーメンス、フエニックス・コンタクト、
ワイドミュラー、ワゴ、タークなど
0~40℃(FAには不向き)動作温度(MIN)0~55℃(FA機器同等)定義なし(弱い)ノイズ特性EMC指令準拠(産業用)
OA用Ethernet Switch産業用Ethernet Switch
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PROFINET Open Seminar 2011
産業用Ethernet Switchの特長
機能により2種類に大別
×
効率の良いデータ転送
(Multicast Filtering)◎
×
ネットワークの管理・監視・診断
(WBM、LLDP、SNMP)◎
×
ネットワークの冗長化
(RSTP、MRP)◎
×
仮想的複数のネットワーク構成
(VLAN)◎
△
データの優先転送識別
(QoS)◎
アンマネージドスイッチマネージドスイッチ
上記機能はTCP/IPで使用されるものですが、PROFINETでも有効です
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PROFINET Open Seminar 2011
産業用Ethernet Switchの特長
保護等級 IP67タイプやリモートI/Oに実装されたものもあり
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PROFINET Open Seminar 2011
産業用Ethernet Switchの適用範囲
R-IO PNDevice R-IO R-IO Safety
DeviceR-IO
Router Internet
旧旧旧旧 情報系情報系情報系情報系ネットワークネットワークネットワークネットワーク
旧旧旧旧 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
旧旧旧旧 コントローラネットワークコントローラネットワークコントローラネットワークコントローラネットワーク
マネージドスイッチマネージドスイッチマネージドスイッチマネージドスイッチ
アンマネージドスイッチアンマネージドスイッチアンマネージドスイッチアンマネージドスイッチ
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PROFINET Open Seminar 2011
PROFINETに有効な機能①
QoS (Quality of Service)Switch内でのパケット転送優先機能。IEEE 802.1pで定義されている優先度情報に従ってパケット転送を行う機能。制御データを優先的に転送し、転送遅延を最小化。
AB
Switch
AB
A
B
BA
SwitchA
B
B優先度高
A優先度低
QoS
A B低優先(管理データ等) 高優先(制御データ等)
QoSなしSwitchに届いた順番で転送
QoSあり優先度に従い、後から
Switchに届いた「B」を先に転送
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PROFINET Open Seminar 2011
PROFINETに有効な機能②
VLAN (Virtual LAN/IEEE 802.1Q)1つのスイッチに接続されていても、仮想的に分けられた異なるネットワークを形成する機能。異なるネットワークは相互に通信することはない。IEEE 802.1Qは、VLANの規格の1つで、パケット内にTag(タグ)を付与し、そこへVLAN IDを含めることにより、スイッチを経由した複数のネットワーク構築が可能となる。スイッチ間は、全てのVLAN IDのパケットを転送するが、転送されたパケットを受信したスイッチはVLAN IDを読み取り、当該のVLAN IDグループのノードのみにパケットを転送する。
Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node Node
VLAN ID-1 VLAN ID-2 VLAN ID-3
Node
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PROFINET Open Seminar 2011
MRP (Media Redundancy Protocol)IEC 62439として定義されている高速冗長化(二重化)プロトコル。IEEE 802.1wで定義されているRSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)の相違は、①障害検知⇒回線切替までを0.2秒内で実現 (RSTPは最大3秒)②純粋なリングトポロジのみ(メッシュトポロジは不可)
③MRP マネージャとクライアントに分けられ、MRPマネージャがネットワークを監視
MRP ManagerSwitch
MRP ClientSwitch
MRP ClientSwitch
MRP ClientSwitch
PROFINETに有効な機能③
コントローラ
リモートI/O
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PROFINET Open Seminar 2011
LLDP (Link Layer Discovery Protocol)
IEEE 802.1abで定義されている隣接する機器間で情報を交換・管理するプロトコル。このプロトコルが実装されている機器がネットワーク内あれば、その機器がどのような
機器で、その機器のどのポートに、どのような機器が接続されているかを簡単に管理する
ことが可能となり、ネットワークの敷設状況・状態監視をすることができる。
PROFINETに有効な機能④
Ethernet Topology
SW-2192.168.0.40
Port7Port1
SW-1192.168.0.200
Port7Port1
SW-5192.168.0.160
Port7Port1
SW-4192.168.0.120
Port7Port1
SW-3192.168.0.80
Port7Port1
SW-1192.168.0.10
Port1Port7
Port3
PC-1192.168.0.1PC-1
192.168.0.1
Production Line
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PROFINET Open Seminar 2011
PROFINET IO機能スイッチにGSDMLファイルがあり、スイッチがPROFINETのノードとして、コントローラーのツール上で認識される。これによりツール上からスイッチの各ポートからネットワークの
状態監視・管理・診断等が可能となり、システムの一元化・簡易化を実現。
PROFINETに有効な機能⑤
EngineeringTool
コントローラ
Switch
リモートI/O
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PROFINET Open Seminar 2011
PROFINETに有効な機能⑥
ミラーリング機能
他のポートのトラフィックをコピーして、ネットワークアナライザ等へ転送しトラフィック状況
を解析が可能(ただし、ミラーポートは実通信には使用できない)
Node1 Node2 Node3 Node4
COPY
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PROFINET Open Seminar 2011
選定ポイント
• PROFINETネットワークの適用範囲の決定⇒ネットワークデバイスの種類と数量
• 何をどれくらい通信させるのか
⇒ネットワークセグメントの定義(VLAN等の使用可否)⇒通信相手、通信頻度、通信量等 (QoS、RT/IRT等の使用可否)
• サービスレベルの決定(許容されるネットワーク単位の許容ダウンタイム)
⇒ 冗長化技術(MRP)の使用可否、保守用ネットワークの使用可否
• 運用ツールの決定
⇒ リアルタイムでのネットワーク状態の把握が必要か否か
⇒SNMP(&MIB)によるネットワーク状態監視の使用可否⇒ミラーリングによる特定箇所の通信状態の監視の使用可否
(マネージド or アンマネージドスイッチ)
• 産業現場での使用に適している製品か(産業用スイッチの使用)
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PROFINET Open Seminar 2011
ご清聴ありがとうございましたご清聴ありがとうございました
Thank Thank you for your attention.you for your attention.
資料提供
シーメンスジャパン株式会社
フエニックス・コンタクト株式会社
日本ワイドミュラー株式会社
ワゴジャパン株式会社
タークジャパン株式会社