Ethernet Powerlink - Ethernet Powerlink

Ethernet Powerlink je protokol v reálném čase pro standardní ethernet . Jedná se o otevřený protokol spravovaný skupinou Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). Byl představen rakouskou automatizační společností B&R v roce 2001.

Tento protokol nemá nic společného s rozvodem energie prostřednictvím ethernetové kabeláže nebo napájení přes ethernet (PoE), komunikací po elektrické síti nebo kabelem PowerLink společnosti Bang & Olufsen .

Přehled

Ethernet Powerlink rozšiřuje ethernet o smíšený mechanismus dotazování a časového rozvrhu. To poskytuje:

  • Zaručený přenos časově kritických dat ve velmi krátkých izochronických cyklech s konfigurovatelnou dobou odezvy
  • Časová synchronizace všech uzlů v síti s velmi vysokou přesností submikrosekund
  • Přenos méně časově kritických dat ve vyhrazeném asynchronním kanálu

Moderní implementace dosahují doby cyklu pod 200 µs a časovou přesností ( jitter ) méně než 1 µs.

Standardizace

Powerlink byl standardizován skupinou Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG) a založen v červnu 2003 jako nezávislé sdružení. Pracovní skupiny se zaměřují na úkoly, jako je bezpečnost, technologie, marketing, certifikace a koncoví uživatelé. EPSG spolupracuje s normalizačními orgány a asociacemi, jako je skupina CAN in Automation ( CiA ) a IEC.

Fyzická vrstva

Původní specifikovaná fyzická vrstva byla 100BASE-TX Fast Ethernet . Od konce roku 2006 podporoval Ethernet Powerlink s gigabitovým ethernetem přenosovou rychlost desetkrát vyšší (1 000 Mbit/s).

Doporučuje se opakovat rozbočovače namísto přepínačů v rámci domény v reálném čase, aby se minimalizovalo zpoždění a chvění. Ethernet Powerlink používá příručku IAONA pro plánování a instalaci průmyslového ethernetu pro čistou kabeláž průmyslových sítí a akceptovány jsou jak průmyslové ethernetové konektory 8P8C (běžně známé jako RJ45), tak M12.

Datová vrstva

Standardní vrstva ethernetových datových linek je rozšířena o další mechanismus plánování sběrnice, který zajišťuje, že v současné době má přístup k síti pouze jeden uzel. Plán je rozdělen na isochronní fázi a asynchronní fázi. Během isochronní fáze jsou přenášena časově kritická data, zatímco asynchronní fáze poskytuje šířku pásma pro přenos dat, která nejsou časově kritická. Managing Node (MN) uděluje přístup k fyzickému médiu prostřednictvím vyhrazených zpráv s požadavkem hlasování. Výsledkem je, že k síti má současně přístup pouze jeden jediný uzel (CN), což zabraňuje kolizím, které jsou na starších ethernetových rozbočovačích před přepínači. Mechanismu CSMA /CD nepřepínaného ethernetu, který způsoboval nedeterministické chování ethernetu, se vyhýbá plánovací mechanismus Ethernet Powerlink.

Základní cyklus

Po dokončení spouštění systému pracuje doména Real-Time za podmínek Real-Time. Plánování základního cyklu je řízeno řídícím uzlem (MN). Celková doba cyklu závisí na množství isochronních dat, asynchronních dat a počtu uzlů, které mají být během každého cyklu dotazovány.

Základní cyklus se skládá z následujících fází:

  • Start Phase : Managing Node is send out a synchronization message to all nodes. Rámec se nazývá SoC - začátek cyklu.
  • Isochronní fáze : Řídicí uzel volá každý uzel k přenosu časově důležitých dat pro řízení procesu nebo pohybu odesláním rámce Preq - Poll Request -. Adresovaný uzel odpovídá rámcem Pres - Poll Response -. Protože všechny ostatní uzly během této fáze naslouchají všem datům, komunikační systém poskytuje vztah výrobce a spotřebitele.

Časový rámec, který zahrnuje Preq-n a Pres-n, se nazývá časový slot pro adresovaný uzel.

  • Asynchronní fáze : Řídící uzel uděluje právo jednomu konkrétnímu uzlu pro odesílání ad-hoc dat odesláním rámce SoA-začátek asynchronního-. Adresovaný uzel odpoví pomocí ASnd. Během této fáze lze použít standardní protokoly založené na IP a adresování.

Kvalita chování v reálném čase závisí na přesnosti celkové doby základního cyklu. Délka jednotlivých fází se může lišit, pokud součet všech fází zůstane v základních časových hranicích cyklu. Dodržování základní doby cyklu je sledováno řídícím uzlem. Lze nakonfigurovat trvání isochronní a asynchronní fáze.

Cyklus ethernetového připojení Powerlink

Obrázek 1: Snímky nad časovou osou odesílá MN, pod časovou linii různé CN.

Epl cyklus-2.png

Obrázek 2: Časové úseky pro uzly a asynchronní časový úsek

Multiplex pro optimalizaci šířky pásma

Kromě přenosu izochronních dat během každého základního cyklu jsou některé uzly také schopné sdílet přenosové sloty pro lepší využití šířky pásma. Z tohoto důvodu může izochronní fáze rozlišovat mezi přenosovými sloty vyhrazenými konkrétním uzlům, které musí odesílat svá data v každém základním cyklu, a sloty sdílenými uzly pro přenos jejich dat jeden po druhém v různých cyklech. Méně důležitá, ale stále časově kritická data lze proto přenášet v delších cyklech, než je základní cyklus. Přiřazení slotů během každého cyklu je na uvážení řídícího uzlu.

Cyklus EPL-1.png

Obrázek 3: Časové intervaly v multiplexovaném režimu EPL.

Zřetězení odpovědí na hlasování

Režim používaný hlavně pro robotické aplikace a velké nástavby. Klíčem je nižší počet snímků a lepší distribuce dat.

Otevřená BEZPEČNOST

Stroje, závody a bezpečnostní systémy dnes uvízly v přísném schématu složeném z hardwarových bezpečnostních funkcí. Důsledkem je nákladná kabeláž a omezené možnosti diagnostiky. Řešením je integrace dat aplikací relevantních z hlediska bezpečnosti do standardního sériového řídicího protokolu. OpenSAFETY umožňuje komunikaci publikování/odběru i klienta/serveru. Bezpečnostní data jsou přenášena prostřednictvím integrovaného datového rámce uvnitř standardních komunikačních zpráv. Opatření k zamezení jakýchkoli nezjištěných poruch způsobených systematickými nebo stochastickými chybami jsou nedílnou součástí protokolu o funkční bezpečnosti . OpenSAFETY je v souladu s IEC 61508 . Protokol splňuje požadavky SIL 3. Techniky detekce chyb nemají žádný vliv na stávající transportní vrstvy.

Poznámky

Reference

externí odkazy

Fóra ethernetového napájení a OpenSafety na LinkedIn