Industrieautomation mit Ethernet-TCP/IP und Web-Technologie:
Gespeichert in:
| Vorheriger Titel: | Furrer, Frank J. Ethernet-TCP-IP für die Industrieautomation |
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| 1. Verfasser: | |
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg
Hüthig
2003
|
| Ausgabe: | 3., neu bearb. und erw. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Praxis
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XIV, 349 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3778528602 |
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|---|---|
| adam_text | FRANK J. FURRER
INDUSTRIEAUTOMATION
MIT ETHERNET-TCP/IP
UND WEB-TECHNOLOGIE
3., NEU BEARBEITETE UND ERWEITERTE AUFLAGE
HUETHIG VERLAG HEIDELBERG
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINFUEHRUNG
1.1 INDUSTRIEAUTOMATION.
1.2 DIE DREI ZEITALTER DER INDUSTRIEAUTOMATION
.2.1 VORZEIT: PROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN
ERSTES ZEITALTER: PROPRIETAERE KOMMUNIKATION.
ZWEITES ZEITALTER: BUS-HIERARCHIEN
DRITTES ZEITALTER: SYSTEM WEITE MIDDLEWARE ....
DIE ROLLE VON ETHERNET-TCP/IP
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6 SACHZWAENGE AUS DER KOMMERZIELLEN INFORMATIONSTECHNOLOGIE 10
1.3 ELEMENTE DER INDUSTRIELLEN AUTOMATION 10
3
3
3
4
6
9
1.4 ABGRENZUNG DES BEGRIFFES *INDUSTRIEAUTOMATION 12
1.4.1 BETRIEB UND MANAGEMENT DER ANLAGE 12
1.4.2 WARTUNG UND EVOLUTION DER ANLAGE 13
1.4.3 PROZESS- UND FERTIGUNGSENGINEERING 13
1.4.4 PRODUKT-ENGINEERING 14
DEZENTRALE STEUERUNG 15
2.1 GRUNDIDEE DER DEZENTRALEN STEUERUNG 15
2.2 KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN 16
2.3 DER BEGRIFF *ECHTZEIT 17
2.3.1 ECHTZEITANFORDERUNGEN 18
2.3.2 ECHTZEITVERHALTEN 19
2.3.3 ECHTZEITMODELL 19
2.4 DEZENTRALE SOFTWARE
21
2.5
2.6
2.7
STEUERUNGSARCHITEKTUR 22
BUSSYSTEME FUER DIE INDUSTRIEAUTOMATION 25
2.6.1 ANFORDERUNGEN AN EINEN FELDBUS 25
FELDBUSSE 26
AUSWAHL DER INDUSTRIELLEN KOMMUNIKATIONSSYSTEME 29
MIDDLEWARE FUER DIE INDUSTRIEAUTOMATION 30
2.6.2
2.6.3
2.8 INTERNET UND INDUSTRIEAUTOMATION 32
NETZWERKE UND DIENSTQUALITAET 33
3.1 NETZWERKGRUNDLAGEN 33
3.1.1 DER BEGRIFF *NETZWERK 33
3.1.2 INTRANETS, EXTRANETS, INTERNET UND VPNS 34
3.1.3 OSI-MODELL 35
3.1.4 TUNNELPROTOKOLLE 37
VIII
INHALTSVERZEICHNIS
3.1.5 REPEATER, HUBS, BRIDGES, ROUTERUND GATEWAYS 37
3.1.6 SWITCHES 42
3.2 DIENSTQUALITAET (QUALITY OF SERVICE) 42
3.2.1 DER BEGRIFF *QOS 43
3.2.2 QOS IM OSI-MODELL 45
3.2.3 SERVICEKLASSEN (COS) 46
3.2.4 QOS-IMPLEMENTATION 46
3.3 QOS-NETZWERKE 48
3.3.1 QOS-ARCHITEKTUR UND MANAGEMENT 49
3.3.2 QOS IN NETZWERKEN FUER DIE INDUSTRIEAUTOMATION 50
3.4 IPQOS 51
3.4.1 IP INTEGRATED SERVICES ARCHITECTURE 51
3.4.2 IP DIFFERENTIATED SERVICES FRAMEWORK 52
3.4.3 IP QOS-IMPLEMENTATION 53
3.4.4 IEEE 802.1P 54
3.5 WEITERENTWICKLUNGEN 55
4 ETHERNET 57
4.1 ETHERNET-ENTWICKLUNGSGESCHICHTE 57
4.2 KLASSISCHES ETHERNET (10 MBIT/S) 58
4.2.1 ETHERNET-STRUKTUR UND -TOPOLOGIE 58
4.2.2 ZUGRIFFSVERFAHREN CSMA/CD 60
4.2.3 BEWAELTIGUNG VON KOLLISIONEN 62
4.2.4 UEBERGEORDNETE KOMMUNIKATIONSSOFTWARE 65
4.2.5 ETHERNET PAKET 65
4.2.6 ETHERNET-ADRESSE 67
4.3 ETHERNET STANDARDS 68
4.4 FAST ETHERNET (100 MBIT/S) 70
4.4.1 FAST ETHERNET TOPOLOGIE 70
4.4.2 FULL-DUPLEX BETRIEB 72
4.4.3 AUTONEGOTIATION 72
4.4.4 FLUSSSTEUERUNG (FLOW CONTROL) 72
4.4.5 TRUNKING 73
4.5 GIGABIT-ETHERNET (1000 MBIT/S) 73
4.5.1 GIGABIT-ETHERNET TOPOLOGIE 73
4.5.2 MAC ERWEITERUNGEN 74
4.6 10 GBIT/S ETHERNET 75
5 IP, UDP UND TCP 77
5.1 TCP/IP-PROTOKOLLFAMILIE 77
5.1.1 VERGLEICH MIT OSI-ARCHITEKTUR 79
5.1.2 GESCHACHTELTE PROTOKOLLE 80
5.2 PAKET-DRIVER 80
5.3 INTERNET-PROTOKOLL IPV4 81
5.3.1 INTERNET-FUNKTIONEN 82
5.3.2 IPV4 INTERNET-PAKET (IPV4 DATAGRAMM) 82
INHALTSVERZEICHNIS IX
5.3.3 IPV4 INTERNET-ADRESSEN 84
5.3.4 ADRESS RESOLUTION PROTOCOL ARP 85
5.3.5 INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL ICMP 85
5.4 INTERNET-PROTOKOLL IPV6 86
5.4.1 NEUE EIGENSCHAFTEN VON IPV6 86
5.4.2 IPV6 INTERNET-PAKET (IPV6 DATAGRAMM) 87
5.4.3 IPV6 INTERNET-ADRESSEN 89
5.4.4 IPV6 EINFLUSS AUF UEBERGEORDNETE PROTOKOLLE 90
5.4.5 IPV6 QOS UND SICHERHEIT 90
5.5 TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL TCP 90
5.5.1 TCP-EIGENSCHAFTEN 91
5.5.2 TCP-SEGMENT 92
5.5.3 TCP-SICHERUNGSMECHANISMEN 92
5.5.4 ZUGRIFF AUF DIE TCP-FUNKTIONEN 95
5.6 UEBERGEORDNETE FUNKTIONEN UND PROGRAMMINTERFACES 97
5.7 USER DATAGRAM PROTOCOL UDP 97
5.7.1 UDP EIGENSCHAFTEN 97
5.7.2 UDP-SEGMENT 98
5.8 UDP - TCP VERGLEICH 99
SOCKET-INTERFACE 103
6.1 SOCKET-INTERFACE BETRIEBSPHILOSOPHIE 103
6.2 CLIENWSERVER-BEZIEHUNGEN 105
6.3 SOCKET-LIBRARY FUNKTIONEN 108
6.3.1 SOCKET LIBRARY 108
6.3.2 VERBINDUNGSAUFBAU 108
6.3.3 BLOCKIERUNG 109
6.3.4 PROGRAMMIERUNG DER SOCKET-LIBRARY 111
6.3.5 SOCKET-LIBRARY FUER IPV6 112
6.4 REMOTE PROCEDURE CALLS 112
6.4.1 DER BEGRIFF *RPC 112
6.4.2 RPCS UEBER ETHERNET-TCP/IP 112
6.4.3 PROBLEME MIT RPCS 113
6.4.4 RPC-IMPLEMENTATIONEN 114
6.5 ISO TRANSPROTPROTOKOLL UEBER TCP/IP 114
ETHERNET MIT LASTBESCHRAENKUNG 117
7.1 QOS PARAMETER FUER DIE INDUSTRIEAUTOMATION 117
7.2 ETHERNET KOLLISIONSBEREICHE (COLLISION DOMAINS) 118
7.2.1 KOLLISIONSBEREICHE 118
7.2.2 GROESSE EINES KOLLISIONSBEREICHS 118
7.2.3 KOLLISIONSHAEUFIGKEIT 120
7.3 KOLLISIONSVERMEIDUNG 120
7.4 ETHERNET-THEORIE: MITTELWERTE 120
7.5 ETHERNET-THEORIE: WORST-CASE 127
X INHALTSVERZEICHNIS
7.6 ETHERNET-SIMULATION: LASTBESCHRAENKUNG 128
7.6.1 SIMULATIONSMODELL FUER DAS ETHERNET 129
7.6.2 SIMULATIONSMODELL FUER DIE NETZWERKTOPOLOGIE 129
7.6.3 VERIFIKATION DER THEORETISCHEN MITTELWERTE 131
7.6.4 *PREDICTABLE ETHERNET 132
7.6.5 DETERMINISTISCHES ANWENDUNGSPROTOKOLL 132
7.6.6 LASTBESCHRAENKUNG 133
7.6.7 DIE BEZEICHNUNG *PREDICTABLE ETHERNET 135
7.7 SIMULATION MIT LASTBESCHRAENKUNG (10 MBIT/S) 135
7.7.1 SIMULATIONSMODELL FUER DIE EINZELNEN STATIONEN 136
7.7.2 POISSON-PROZESSE 136
7.7.3 MELDUNGSLAENGENGENERATOR 138
7.7.4 WARTEZEITGENERATOR 138
7.7.5 RESULTIERENDE MELDUNGSRATE DER NETZWERKSTATION 138
7.7.6 SIMULATIONSUMGEBUNG 139
7.7.7 SIMULATIONSPARAMETER 140
7.8 SIMULATIONSRESULTATE: EINFACHES QUELLENMODELL 141
7.8.1 SIMULATIONSREIHEN 141
7.8.2 SIMULATIONSRESULTATE FUER DAS EINFACHE QUELLENMODELL 141
7.8.3 ZUSAMMENFASSUNG DER SIMULATIONSRESULTATE 159
7.8.4 SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS DEN SIMULATIONSRESULTATEN MIT DEM
EINFACHEN QUELLENMODELL 160
7.9 SIMULATIONSRESULTATE: ERWEITERTES QUELLENMODELL 160
7.9.1 STATUS-/CONTROL-MELDUNGEN 161
7.9.2 DATENMELDUNGEN 161
7.9.3 KOEXISTENZ VON STATUS-/CONTROL- UND VON DATENMELDUNGEN 161
7.9.4 ERWEITERTES QUELLENMODELL 162
7.9.5 NETZWERKTOPOLOGIE UND STATIONSTYPEN 163
7.9.6 SIMULATIONSUMGEBUNG 164
7.9.7 SIMULATIONSREIHEN 165
7.9.8 SIMULATIONSRESULTATE 165
7.9.9 SCHLUSSFOLGERUNGEN AUS DEN SIMULATIONSRESULTATEN 175
7.10 EINFLUSS DES TCP/IP-TRANSPORTPROTOKOLLES 176
7.10.1 POSITIVE EINFLUESSE VON TCP/IP 176
7.10.2 NEGATIVE EINFLUESSE VON TCP/IP 176
7.10.3 LASTBESCHRAENKUNG 177
8 ETHERNET MIT SWITCHING 179
8.1 SWITCHING 179
8.2 SWITCH-ARCHITEKTUREN 181
8.2.1 BLOCKIERUNG 183
8.2.2 SWITCH-STEUERUNGSSOFRWARE 183
8.2.3 SWITCH-MANAGEMENTSOFTWARE 184
8.2.4 ZEITVERHALTEN EINES SWITCHES 185
8.3 NETZWERKTOPOLOGIE MIT SWITCHES 185
8.4 SWITCHING-HIERARCHIEN 186
8.5 DIE ZUKUNFT DES SWITCHINGS 188
INHALTSVERZEICHNIS XI
9 ETHERNET-TCP/UDP APIS 189
9.1 EINFUEHRUNG 189
9.1.1 API/ALIS 191
9.1.2 ANWENDUNGSPROTOKOLLE 192
9.2 TCP/IP INSTRUMENT PROTOCOL 192
9.2.1 GRUNDLAGEN 192
9.2.2 TCP/IP INSTRUMENT PROTOCOL 193
9.2.3 IEEE-488 FUNKTIONEN UEBER TCP/IP 194
9.3 INTERFACE FOR DISTRIBUTED AUTOMATION (IDA) 197
9.3.1 GRUNDLAGEN 197
9.3.2 IDA ARCHITEKTUR 198
9.3.3 REAL-TIME PUBLISH-SUBSCRIBE WIRE PROTOCOL 198
9.3.4 SAFETY PROTOCOL 199
9.3.5 IDA WEB-TECHNOLOGIE 200
9.3.6 IDA KOMPONENTENMODELL UND ENGINEERING 200
9.4 PROFINET 201
9.4.1 GRUNDLAGEN 201
9.4.2 PROFINET ARCHITEKTUR 202
9.4.3 PROFINET KOMPONENTENMODELL UND ENGINEERING 203
9.5 ETHERNET INDUSTRIAL PROTOCOL 204
9.5.1 GRUNDLAGEN 204
9.5.2 ETHERNET/IP ARCHITEKTUR 206
9.5.3 CONTROL AND INFORMATION PROTOCOL CIP 206
9.6 FOUNDATION FIELDBUS 207
9.6.1 GRUNDLAGEN 207
9.6.2 FOUNDATION FIELDBUS ARCHITEKTUR 208
9.7 ANSI/ISA-95 209
9.7.1 GRUNDLAGEN 209
9.7.2 BUSINESS TO MANUFACTURING MARKUP LANGUAGE 210
9.8 MARITIME INFORMATION TECHNOLOGY STANDARD (MITS) 210
9.8.1 MITS UEBERSICHT 210
9.8.2 MITS SOFTWARESTRUKTUR 212
9.8.3 MITS T-PROFILE 214
9.8.4 MITS A-PROFILE 215
9.8.5 MITS COMPANION STANDARDS 215
9.9 INDUSTRIAL CORBA 215
9.10 OPCDX 217
9.10.1 EINFUEHRUNG: OPC UND OPC DX 217
9.10.2 OPC 217
9.10.3 OPC DX 222
9.11 APIS AUF DER BASIS VON XML 224
9.11.1 XML (EXTENSIBLE MARKUP LANGUAGE) 225
9.11.2 MESSAGE-DEFINITION 226
9.12 API-STANDARDISIERUNG 227
T
XII INHALTSVERZEICHNIS
10 DEZENTRALE SOFTWAREARCHITEKTUREN 229
10.1 DEZENTRALE SOFTWARE 229
10.2 DEZENTRALE SOFTWARE-MECHANISMEN 230
10.2.1 EINFUEHRUNG 230
10.2.2 REMOTE PROCEDURE CALLS 230
10.2.3 MESSAGES 231
10.2.4 GLOBALE DATEN 232
10.2.5 GLOBALER CLOCK 233
10.3 EVENT-TRIGGERED- UND TIME-TRIGGERED-ARCHITEKTUREN 234
10.3.1 DEZENTRALE EVENT-TRIGGERED ARCHITEKTUR (ETA) 234
10.3.2 DEZENTRALE TIME-TRIGGERED ARCHITEKTUR (TTA) 235
10.4 BEISPIELE VON DEZENTRALEN SOFTWAREARCHITEKTUREN 235
10.4.1 DEZENTRALE SPS IM ASYNCHRONEM BETRIEB 235
10.4.2 DEZENTRALE SPS IM SYNCHRONEN BETRIEB 237
10.4.3 DEZENTRALES OBJEKTSYSTEM 237
10.5 INTEGRATION IN UNTERNEHMENSWEITE NETZWERKE 241
11 SICHERHEIT IN INDUSTRIELLEN NETZEN 243
11.1 SICHERHEITSBEGRIFF IN DER INDUSTRIEAUTOMATION 243
11.1.1 ABGRENZUNG DES SICHERHEITSBEGRIFFES 243
11.1.2 NETZWERK-UND RECHNERSICHERHEIT 244
11.1.3 MESSUNG DER SICHERHEIT 245
11.2 SICHERHEITSBEREICHE 246
11.3 BEDROHUNG 247
11.3.1 TECHNISCHE BEDROHUNG 247
11.3.2 WAHRSCHEINLICHKEIT EINES ANGRIFFES 248
11.4 SICHERHEITSMECHANISMEN 251
11.5 PLANUNG DER SICHERHEIT 251
11.5.1 SICHERHEITSSTRATEGIE 254
11.5.2 SICHERHEITSPERIMETER 256
11.5.3 BEDROHUNG 256
11.5.4 SICHERHEITSARCHITEKTUR UND SICHERHEITSMECHANISMEN 257
11.5.5 UEBERWACHUNG 260
11.6 IPSEC 260
12 REDUNDANZ UND FEHLERTOLERANZ 263
12.1 VERFUEGBARKEIT UND FEHLERTOLERANZ 263
12.2 NETZWERKREDUNDANZ (ETHERNET-REDUNDANZ) 264
12.2.1 FEHLERANALYSE FUER DAS AUTOMATISIERUNGSNETZWERK 264
12.2.2 REDUNDANZ 265
12.2.3 WECHSEL AUF DAS REDUNDANTE NETZWERK 267
12.3 STEUERUNGSREDUNDANZ 269
12.3.1 HARDWAREREDUNDANZ 270
12.3.2 SOFTWAREREDUNDANZ 270
INHALTSVERZEICHNIS XIII
13 ETHERNET-TCP/IP PLANUNG UND EINSATZ 273
13.1 PLANUNG 273
13.2 ZEITVERHALTEN 277
13.3 SICHERHEIT 279
13.4 NETZWERKARCHITEKTUR UND TOPOLOGIE 280
13.4.1 NETZWERKARCHITEKTUR 280
13.4.2 NETZWERKTOPOLOGIE 283
13.5 INDUSTRIETAUGLICHE INSTALLATION 284
13.5.1 INDUSTRIELLE UMGEBUNG 284
13.5.2 GALVANISCHE ISOLATION 284
13.5.3 ERDUNG 285
13.5.4 STROMVERSORGUNG 285
13.5.5 ZERSTOERUNGSSCHUTZ 285
13.5.6 UEBERTRAGUNGSMEDIEN 286
13.5.7 KABEL UND STECKER 287
13.6 IMPLEMENTIERUNG 287
13.6.1 PRODUKTE 287
13.6.2 LASTBESCHRAENKUNG 288
13.6.3 TCP/IP-TREIBERSOFTWARE 290
13.6.4 INTELLIGENTE NETZWERKADAPTER 290
13.7 BETRIEB 291
13.8 NORMEN FUER DIE INSTALLATION 292
14 INTERNET UND WEB-TECHNOLOGIE 293
14.1 INTERNET UND WORLD WIDE WEB 293
14.2 INTERNET 294
14.2.1 INTERNET GRUNDLAGEN 294
14.2.2 INTERNET-TECHNOLOGIEELEMENTE 295
14.2.3 INTERNET-SICHERHEITSMECHANISMEN 297
14.3 WORLD WIDE WEB 299
14.3.1 GRUNDLAGE DES WORLD WIDE WEB 299
14.3.2 WORLD WIDE WEB TECHNOLOGIEELEMENTE 300
14.3.3 WORLD WIDE WEB SICHERHEITSMECHANISMEN 305
14.4 WEB-TECHNOLOGIE IN DER INDUSTRIEAUTOMATION 309
14.4.1 VERTIKALE INTEGRATION 310
14.4.2 HORIZONTALE INTEGRATION 313
14.4.3 E-MANUFACTURING 314
15 INDUSTRIEAUTOMATION ALS SYSTEMINTEGRATION 317
15.1 EINFUEHRUNG 317
15.2 ZIEL DER INDUSTRIEAUTOMATION 318
15.3 ARCHITEKTUR EINER INDUSTRIELLEN AUTOMATIONSLOESUNG 318
15.4 METHODIK 319
XIV INHALTSVERZEICHNIS
LITERATURVERZEICHNIS 321
BUECHER UND ZEITSCHRIFTEN (BIBLIOGRAFIE) 321
INTERNET-ADRESSEN (CYBERGRAFIE) 332
ABKUERZUNGEN 337
SACHWOERTERVERZEICHNIS 341
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