Diseño de Red en Anillo DLR Ethernet/IP 2 (Direccionamiento IP y Configuración FL SWITCH 7008-EIP)

NoejucomLOGO          logo_v1

Para comenzar, debemos realizar la asignación de direcciones IP’s de los dispositivos de la Red de Control, para ello hay que tener en cuenta que el anillo DLR lo hemos conectado a la red existente doméstica, y que el rango de mi subred es de Clase C (privado).

Red Doméstica:

Subred 192.168.1.0/24

Calculadora IP (www.aprendaredes.com)

CalculadoraIP

Teniendo en cuenta las direcciones IP’s ocupadas en la red y el direccionamiento máximo, las direcciones asignadas a los equipos son las siguientes:

DireccionesIP

En principio, aunque tenemos identificada la puerta de enlace (“gateway”), no vamos a asignárselo a los equipos de la Red en Anillo, ya que no tenemos previsto, de momento, acceder a ellos desde fuera de la red doméstica.

Por supuesto, todas las direcciones IP’s de los equipos de control serán estáticas, deshabilitando los protocolos DHCP (protocolo de configuración dinámica de host) y BOOTP (Bootstrap Protocol).

1. Puesta en servicio del Switch (FL SWITCH 7008-EIP).

Switch

Cuando recibimos este equipo y lo desembalamos, lo primero que debemos revisar es si la revisión de firmware de éste es la correcta, es decir, la versión en cuestión debe implementar las funcionalidades requeridas y no tener ningún “bug”, y si fuera necesario actualizar el equipo, según procedimiento del fabricante.

switch_caja

switch_encaja

switch_fueracaja

Descargaremos el manual del equipo del siguiente enlace:

Enlace web FL SWITCH 7008-EIP

manual_switch

En este caso la revisión de firmware es correcta y aunque tenemos disponible la V1.20, valoramos y decidimos que no lo actualizamos.

firm_switch

IPAssign_download

1.1 Asignación de IP al equipo.

Este equipo soporta los protocolos estándar DHCP y BOOTP, y las herramientas software gratuitas que pone a nuestra disposición el fabricante son:

  • “IPAssign_v1.1.2.exe”
  • EtherNet-IP Made Easy_1_0_4_89.exe”

EthernetIPMadeEasy

Ninguna de las dos necesita instalación, ya que son aplicaciones autoejecutables.

Nosotros utilizaremos la primera, ya que es la que está disponible para descargar en la página web de este switch.

Enlace web FL SWITCH 7008-EIP

IPAssign_download

Ejecutamos “IPAssign_v1.1.2”.

IPAssign

IPAssign1

Pulsamos en “siguiente”.

IPAssign2

Si no aparece la dirección MAC del dispositivo, lo apagaremos o desconectaremos y volveremos a conectar el latiguillo ethernet.

IPAssign3

Pinchamos dos veces sobre la dirección MAC del dispositivo al que le queremos asignar la IP y rellenamos los campos.

IPAssign4

Pulsamos en “siguiente”.

IPAssign5

IPAssign11

Con la dirección IP asignada y mediante un navegador web terminamos su configuración.

IPAssign6

Accedemos a la página de “login”, por defecto Usuario: “admin” y Contraseña: “private”.

IPAssign7

A continuación nos aparecerá el menú completo.

IPAssign8

Accedemos al submenú “Network” para deshabilitar el protocolo BOOTP.

IPAssign9

Seleccionamos en el campo “IP adress assignement” “STATIC” y por último “Apply&Save”.

IPAssign10Ya tenemos el equipo listo, a falta de la configuración de redundancias de red.

1.2 Configuración de puertos de Switch en Anillo DLR.

Seleccionamos en el menú “Network Redundancy”. En este submenú podemos configurar tanto el protocolo “Spanning-tree”, como el que nos interesa para este manual, que es el “Device Level Ring”.

switch_dlr1

Seleccionamos en el campo “DLR Device Mode”, “Supervisor”, habilitándose el resto de campos de configuración. Podríamos seleccionarlo como “Nodo”, no obstante en esta arquitectura el supervisor principal será el PAC (PLC) y el de respaldo el Switch. Y según la arquitectura se usarán los puertos X4 y X8 para el anillo DLR en el switch.

Switch1

Por lo anteriormente comentado, seleccionamos:

  • DLR Device Mode: “Supervisor”
  • DLR Ring/IEEE 1588 Port 1: “port-4”
  • DLR Ring/IEEE 1588 Port 2: “port-8”
  • DLR VLAN: “1” (valor por defecto)
  • Beacon Interval: “400” (valor por defecto)
  • Beacon Timeout: “1960” (valor por defecto)
  • Supervisor Precedence: “0” (así el PAC será el supervisor, ya que le asignaremos el valor “1”)

switch_dlr2

Por último “Apply&Save”.

Continuaremos en la siguiente entrada “Diseño de Red en Anillo DLR Ethernet/IP 3 (Configuración de PAC CompactLogix 1769-L24ER QB1B)″.

Saludos!!!.

Fuentes:

www.odva.org

Rockwell Automation
Phoenix Contact

Diseño de Red en Anillo DLR Ethernet/IP 1(Arquitectura de Control y Elección de Equipos)

NoejucomLOGO        logo_v1

Con la introducción y los conceptos básicos, que hemos adquirido en las anteriores entradas del blog, ahora vamos a proceder a realizar el diseño de una Arquitectura de Control basada en una Red de Anillo DLR.

Aunque lo veremos en otra entrada con más profundidad (Diseño de Sistemas de Control), deberíamos comentar que en el flujo de trabajo habitual en el diseño de un Sistema de Control, lo primero es definir un Esquema Funcional, en el que definamos las tareas a realizar por los equipos/máquinas a automatizar, y además tendremos en cuenta otros factores, como pueden ser la estandarización del cliente, el número de señales a implementar….y de todo esto surge la Arquitectura de Control, precisamente de esto último trata este post, siendo la arquitectura diseñada la siguiente:

Arquitectura_DLR1

Como se puede observar, hemos elegido una Red en Anillo DLR basada en Ethernet/IP, con un PAC con periferia de E/S descentralizada.

Para empezar y resumiendo, nuestro Sistema de Control pretende automatizar y monitorizar una instalación que dispone de cinco zonas:

  • Zona 1. Se realizará el control de toda la instalación mediante un PAC (PLC) CompactLogix 1769-L24ER QB1B que dispone de 16 ED y 16 SD. Además en esta zona se equipará un switch FL SWITCH 7008-EIP que interconectará el anillo DLR con la Red Local, pudiendo así a través de él, realizar el mantenimiento de la red DLR, sin necesidad de abrirla.
  • Zona 2. Periferia Descentralizada, mediante cabecera de doble puerto con 8 ED.
  • Zona 3. Periferia Descentralizada, mediante cabecera de doble puerto con 8 ED.
  • Zona 4. Periferia Descentralizada, mediante cabecera de doble puerto con 8 ED.
  • Zona 5. Periferia Descentralizada, mediante cabecera de doble puerto con 8 SD.

1. Elección de Equipos Ethernet/IP.

Podemos realizarlo de varias formas:

  • Eligiendo equipos que por nuestra experiencia en proyectos anteriores reúnan los requisitos necesarios.
  • Consultas a fabricantes.
  • Búsqueda en la página web de la ODVA (Organización que gestiona el protocolo CIP y DLR, además de la red Ethernet/IP).

Nos vamos a centrar en este último método, para así adquirir conocimientos de la ODVA y de la información que podemos obtener de esta organización, necesario esto para redes basadas en protocolo CIP y DLR.

Un tema a tener en cuenta, son las prestaciones que deben reunir los dispositivos que elijamos, siendo las más importantes:

  • Al menos uno de los dispositivos debe disponer de la funcionalidad de supervisor de anillo.
  • Todos deben disponer de doble puerto (Tecnología de interruptor incorporado EtherNet/IP).

Para comenzar, en el siguiente enlace disponemos de una herramienta de búsqueda por tipo de dispositivo:

Búsqueda Productos Ethernet/IP ODVA

Arquitectura_DLR5

1.1 Búsqueda de switch que soporte DLR.

Buscamos en el apartado “Communications” un switch que soporte protocolo DLR y nos decidimos por un equipo de la marcha Phoenix Contact (FL SWITCH 7008-EIP).

Arquitectura_DLR4

Switch Ethernet/IP DLR

Arquitectura_DLR6

En la página anterior podemos consultar todos los datos principales del equipo y si fuera necesario ampliar la información, lo podremos realizar en la propia web del fabricante, pudiendo obtener el manual de instalación, configuración y fichero CAD entre otros.

Web fabricante FL SWITCH 7008-EIP

1.2 Búsqueda de PAC (PLC) con Doble Puerto.

Entre los PAC que encajan en nuestro Sistema de Control y que soportan DLR, nos decidimos por un CompactLogix 1769-L24ER QB1B de la familia 1769-L2 de Allen Bradley.

Arquitectura_DLR3

PAC (PLC) Doble Puerto

Arquitectura_DLR7

1.3 Búsqueda de Cabecera de Comunicaciones de Periferia de E/S Descentralizada con Doble Puerto.

Para este dispositivo, podemos buscar en dos categorías:

  • “Communications Adapter”.

Arquitectura_DLR4

  • “I/O”.

Arquitectura_DLR9

 Para la periferia descentralizada, nos decidimos por la familia POINT I/O de Rockwell Automation.

Cabecera Periferia E/S Doble Puerto

Arquitectura_DLR11

2. EDS (Electronic Data Sheet) de los dispositivos.

Para terminar, debemos indicar que es necesario disponer de las EDS (Electronic Data Sheet) de los dispositivos que vayamos a implementar en nuestro Sistema de Control, las “EDS” las veremos con mayor profundidad en futuras entradas. Las podemos obtener de tres maneras:

  • Descargándonos el fichero comprimido con todas las certificadas por la ODVA en el siguiente enlace. EDS ODVA.
  • Búsqueda selectiva por fabricante y referencia de producto. Búsqueda EDS ODVA.
  • Descarga en web del fabricante.

 3. Equipos Supervisores del Anillo.

Como comentamos más arriba, en el diseño del anillo y elección de dispositivos, debemos tener en cuenta que al menos uno de ellos debe disponer de la funcionalidad de supervisor de anillo, en este caso tanto el switch como el PAC disponen de ella.

Continuaremos en la siguiente entrada “Diseño Red en Anillo DLR Ethernet/IP 2 (Direccionamiento IP y Configuración FL SWITCH 7008-EIP)”.

Saludos!!!.

Documentación de interés

Guía Ethernet/IP ODVA

Fuentes:

www.odva.org

Rockwell Automation
Phoenix Contact

Conceptos Básicos 2 Protocolo DLR (Device Level Ring) Anillo a Nivel de Dispositivo.

NoejucomLOGO        logo_v1

Una vez que hemos identificado los elementos de una red en anillo DLR, vamos a conocer como trabaja.

1. Funcionamiento Anillo DLR.

Para vigilar el anillo, el supervisor usa una baliza (“beacon”) y otras estructuras del protocolo DLR para monitorizar el estado de la red, no obstante, tanto el supervisor activo como el de respaldo monitorizan las tramas de baliza, para hacer un seguimiento de las transiciones del anillo, de modo normal a fallo.

  • Modo normal. Todos los nodos funcionando.
  • Modo Fallo. Anillo abierto en al menos un punto.

Los parámetros que se pueden configurar y que afectan a la baliza son:

  • “BEACON INTERVAL”. Intervalo de tiempo en la que el supervisor del anillo transmite una trama de baliza a través de sus dos puertos. Valor por defecto 400 µs.
  • “BEACON TIMEOUT”. Tiempo máximo de espera de recepción de la trama de baliza, tanto por parte del supervisor como de un nodo de anillo, antes de pasar a fallo. Valor por defecto 1960 µs.

1.1 Funcionamiento Normal.

Cuando el anillo está correcto, uno de los puertos del nodo supervisor se bloquea para las estructuras del protocolo DLR. No obstante, el nodo supervisor sigue enviando por ambos puertos las estructuras de baliza para monitorizar el estado de la red.

Funcion_normalFuncionamiento normal de anillo DLR.

 1.2 Funcionamiento ante fallo.

La red puede presentar fallos, pudiendo la red DLR proteger contra las interrupciones resultantes de un fallo único, procediendo para recuperarla como se recoge en la siguiente imagen.

Funcion_FalloReconfiguración de la red tras un fallo.

Como se observa el nodo supervisor envía tráfico por los dos puertos (topología lineal o bus), manteniendo así el tráfico en la red, y cuando se recupere la red del fallo, el supervisor vuelve a reconfigurar la red con topología de anillo. Ante el fallo procedería con la siguiente secuencia:

  1. El nodo supervisor reconoce que existe un fallo en la red.
  2. El nodo supervisor reconfigura la red apropiadamente debido al fallo.
  3. El nodo supervisor comunica a los nodos de la red que existe una condición de fallo.
  4. Los nodos de la red se reconfiguran por sí solos apropiadamente debido al fallo.

Con el valor predeterminado de intervalo de baliza de 400 µs y un valor de tiempo de espera de baliza de 1960 µs , los tiempos de recuperación de la red en el peor de los casos son:

2890 µs para una red DLR de cobre. Este tiempo de recuperación se basa en segmentos de cobre de 100 m entre nodos en la red.
3140 µs para una red DLR de fibra óptica. Este tiempo de recuperación se basa en segmentos de cable de fibra óptica de 2 km entre nodos en la red.

Tras esta explicación, cabe recordar que estos tiempos, son los que el anillo tardaría en reconfigurarse y que ante un fallo único la transmisión entre dispositivos (tráfico de red) no sufriría ninguna pérdida.

Los fallos más comunes que se presentan en una red DLR son:

  • Fallo de alimentación de uno de los nodos.
  • Apertura del anillo por rotura de cable FTP.
  • Mala conexión de conector RJ45.

 2. Monitorización y diagnósticos de red DLR.

Podemos usar varios métodos, para monitorizar el estado de la red o diagnosticar/identificar el fallo. Siendo los siguientes:

  • Servidor web de dispositivo.
  • Software específico, ya sea mediante RSLogix 5000 o RSlinx de Rockwell Automation.
  • Instrucciones de programas MSG (Message CIP Generic).

Todos estos métodos los veremos con mayor profundidad, indicando los requerimientos de versiones y como se realizan, y entre la información que podemos obtener y acciones que podemos realizar, se encuentran las siguientes:

  • Obtener toda la información de diagnóstico del anillo.
  • Obtener una lista de participantes del anillo.
  • Obtener el supervisor activo.
  • Borrar fallos de anillo rápidos.
  • Verificar la ubicación de un fallo.
  • Restablecer un contador de fallo.
  • Habilitar y configurar un supervisor de anillo

Saludos!!!.

Fuentes:

www.odva.org

Rockwell Automation

Conceptos Básicos 1 Protocolo DLR (Device Level Ring) Anillo a Nivel de Dispositivo.

NoejucomLOGO           logo_v1

En la última entrada del blog, hicimos una introducción al protocolo DLR, ahora vamos a conocer los conceptos básicos para poder poner en servicio una red Ethernet en Anillo con protocolo DLR.

1. Protocolo DLR.

Según wikipedia, la definición de protocolo es:

En informática y telecomunicación, un protocolo de comunicaciones es un conjunto de reglas y normas que permiten que dos o más entidades de un sistema de comunicación se comuniquen entre ellos para transmitir información por medio de cualquier tipo de variación de una magnitud física. Se trata de las reglas o el estándar que define la sintaxis, semántica y sincronización de la comunicación, así como posibles métodos de recuperación de errores. Los protocolos pueden ser implementados por hardware, software, o una combinación de ambos.

Resumiendo, el protocolo DLR define los marcos y comportamientos asociados a un grupo de dispositivos en una red de control en anillo DLR.

2. Elementos de una red DLR.

Los elementos que encontraremos serán:

topologias3Elementos en una red DLR

 2.1 Nodo Supervisor.

Una red DLR requiere por lo menos que un nodo se configure como supervisor del anillo.

Sus funciones principales son:

  • Fijar las condiciones para la comunicación entre los nodos.
  • Recolecta información del anillo para diagnóstico.
  • Detecta rotura/apertura del anillo y reconfigura a una red lineal.
  • Detecta la restauración del anillo y reconfigura el anillo.

Por defecto los equipos, traen la función de supervisor deshabilitada y es fundamental habilitarla antes de poner la red en marcha, ya que si no existe al menos un supervisor en la red, ésta no funcionará correctamente.

No todos los dispositivos pueden ser supervisores del anillo, por ejemplo de los fabricantes Phoenix Contact y Rockwell Automation (miembros de la ODVA) pueden ser supervisores:

Rockwell Automation.

  • Tarjetas de Control Logix, 1756-EN2TR y 1756-EN3TR.
  • Tarjeta de Compact Logix, 1769-AENTR.
  • Controladores Compact Logix 5730.
  • Adaptadores 1783-ETAP, estos equipos permiten conectar dispositivos no compatibles con la tecnología de interruptor incorporado a una red lineal o DLR. Además las referencias 1783-ETAP1F y 1783-ETAP2F  además realizan conversión de medios (F.O.- cobre).

Phoenix Contact.

  • Switches de la serie 7000.

Cuando existen varios nodos habilitados como supervisor, el nodo con el más alto valor numérico de precedencia (“Supervisor Precedence”) se convierte en el supervisor del anillo DLR, quedando el resto como supervisores de respaldo.

En las siguientes capturas podemos observar como en una red DLR con dos supervisores habilitados, un PAC Compact Logix L24ERQB1B y un Switch FL Switch 7008-EIP, el que adquiere el rol de supervisor es el switch al tener configurado el valor de precedencia mayor.

  supervisor1Switch en modo supervisor. “Supervisor Precedence” = 1

supervisor2PAC en modo supervisor de respaldo (“Backup”). “Supervisor Precedence” = 0

 2.2 Nodo Supervisor de Respaldo.

En la red DLR, sólo habrá un supervisor activo, no obstante se recomienda configurar al menos un nodo supervisor de respaldo, para que en caso de fallo del supervisor activo la red siga en funcionamiento, ya que el supervisor de respaldo asumiría las funciones de supervisión del anillo, de esta manera conseguimos más robustez de la red ante fallos.

Si existen varios supervisores configurados, con el mismo valor de precedencia (valor predeterminado de fábrica es cero), el nodo con la dirección MAC numéricamente más alta se convierte en el supervisor activo.

En el caso anterior, cuando los configuramos con el mismo valor, el que asume la supervisión es el PAC, ya que dispone de una dirección MAC mayor.

2.3 Nodo Anillo.

Es cualquier nodo que opera en la red, para procesar datos que se transmiten mediante la red o para pasar los datos al siguiente nodo de la red. Cuando se produce un fallo en la red DLR, éstos se reconfiguran por si solos y vuelven a aprender la topología de la red, además reportan las ubicaciones de los fallos al supervisor de anillo activo.

Manual Tecnología de switch incorporado.

Saludos!!!!!.

Fuentes:

www.odva.org

Rockwell Automation
Phoenix Contact

Introducción Protocolo DLR (Device Level Ring) Anillo a Nivel de Dispositivo.

NoejucomLOGO          logo_v1

1. Antecedentes.

En el mundo industrial está cada vez más presente la red Ethernet, no sólo a nivel de Planta y Gestión, sino también a nivel de Célula y Campo, es decir, las redes de control y buses de campo que se usaban para garantizar el tiempo de refresco de señales entre autómatas y/o la periferia de E/S (“determinismo”, concepto del que hablaremos en otra ocasión), están siendo relegadas frente a arquitecturas con redes Ethernet.

2. Topología Lineal, Estrella y Anillo en Arquitecturas de Control.

Las topologías que se usaban en Redes de Control, han sido habitualmente la Lineal y Estrella, ya que los buses de campo y redes de control sólo soportaban este tipo, y cuando aparece Ethernet en la industria a nivel de supervisión e intercambio de información entre procesos, se empieza a usar redes en Estrella, al empezar a implementarse en instalaciones de control, un nuevo dispositivo como son los “switches”.

topologias1Descripción de Topologías de Red.

Otro motivo, por el que la topología Lineal es muy usada en la industria, es por la disposición física de los células de fabricación (procesos), adaptándose la tirada de los buses y redes de control a la disposición física de éstas, no obstante este tipo de topología es poco tolerante frente a fallos, cuando existen anomalías entre nodos, dejando fuera aquellos equipos que se encuentren “aguas abajo” de la anomalía .

topologias2Topologías de red.

La topología lineal, además de simplificar el cableado al adaptarse muy bien a la disposición física de los equipos en el sistema de control, reduce el coste en “switches”, pero tiene como desventaja la baja tolerancia frente a fallos entre nodos, no obstante si esta topología se cierra en anillo, un fallo entre dispositivos no impediría la comunicación con el resto de dispositivos en la red, ya que dispone de un camino alternativo, no obstante no es suficiente y debe apoyarse en un protocolo.

3. Introducción a la Tecnología DLR (Device Level Ring) Anillo a Nivel de Dispositivo.

Esta tecnología está desarrollada por la ODVA (https://www.odva.org/), que tras el desarrollo de pruebas de conformidad, publica las primeras especificaciones en Noviembre del 2008, estando disponibles en el mercado los primeros productos con esta tecnología, en primavera del 2009.

Esta tecnología, permite disponer de las ventajas de una topología Lineal y dar solución a la baja disponibilidad ante fallos entre nodos. La topología en anillo y el protocolo DLR, proporcionan una alta disponibilidad en la red, al implementar la detección rápida de fallos de red y reconfiguración de la misma, esencial en los sistemas de control.

El protocolo DLR está destinado principalmente a dispositivos en Ethenet/IP que equipan dos puertos con tecnología de “switch” incorporada, no obstante existen en el mercado soluciones para convertir en compatible a dispositivos con un sólo puerto. Este protocolo opera en la capa 2 (modelo OSI), por lo que es transparente a protocolos de capa superior, tales como TCP/IP y CIP, no obstante un dispositivo DLR dispone de interfaz de configuración y diagnóstico a través de CIP (Common Industrial Protocol).

Aunque entraremos en más profundidad en otras entradas del blog, comentar que una red DLR:

– Dispone de al menos un Nodo Supervisor y puede haber un Nodo Supervisor de respaldo.

– No se aconsejan más de 50 nodos, para garantizar los 3 ms de recuperación ante fallos, no obstante para un número superior de nodos, se pueden implementar una red con múltiples anillos DLR.

– Puede coexistir pero no interactuar con protocolos de red estándar IEEE Spanning Tree Protocols (STP, RSTP, MSTP) y con protocolos específicos de fabricantes.

DLR_RSTP

En la arquitectura anterior, podemos ver un ejemplo de la coexistencia de diferentes protocolos y la posibilidad de tener cuatro anillos DLR, pudiendo así aumentar el número de nodos por encima de 50 dispositivos.

Saludos!!!!!

Fuentes:

www.odva.org

Rockwell Automation
Phoenix Contact