Ethernet Powerlink

Ethernet Powerlink — это реального времени протокол для стандартного Ethernet . Это открытый протокол, управляемый Группой стандартизации Ethernet POWERLINK (EPSG). Он был представлен австрийской компанией по автоматизации B&R в 2001 году.

Этот протокол не имеет ничего общего с распределением мощности через кабель Ethernet или питание через Ethernet (PoE), связь по линии электропередачи или Bang & Olufsen кабель PowerLink от .

Обзор

Ethernet Powerlink расширяет возможности Ethernet за счет смешанного механизма опроса и временного разделения. Это обеспечивает:

• Гарантированная передача срочных данных за очень короткие изохронные циклы с настраиваемым временем отклика
• Синхронизация времени всех узлов сети с очень высокой точностью до субмикросекунд.
• Передача менее критичных ко времени данных в зарезервированном асинхронном канале

Современные реализации достигают времени цикла менее 200 мкс и точности времени ( дрожания ) менее 1 мкс.

Стандартизация

Powerlink был стандартизирован Группой стандартизации Ethernet Powerlink (EPSG) и основан в июне 2003 года как независимая ассоциация. Рабочие группы сосредоточены на таких задачах, как безопасность, технологии, маркетинг, сертификация и конечные пользователи. EPSG сотрудничает с органами и ассоциациями по стандартизации, такими как группа CAN в автоматизации ( CiA ) и IEC.

Физический уровень

Исходным указанным физическим уровнем был 100BASE-TX Fast Ethernet . С конца 2006 года Ethernet Powerlink с Gigabit Ethernet поддерживает скорость передачи данных в десять раз выше (1000 Мбит/с).

В домене реального времени рекомендуется использовать повторяющиеся концентраторы вместо коммутаторов, чтобы минимизировать задержку и дрожание. Ethernet Powerlink использует Руководство по планированию и установке промышленного Ethernet IAONA для чистой кабельной разводки промышленных сетей, и оба разъема промышленного Ethernet 8P8C принимаются (широко известный как RJ45) и M12.

Канальный уровень передачи данных

Стандартный уровень канала передачи данных Ethernet расширен дополнительным механизмом планирования шины, который гарантирует, что одновременно только один узел имеет доступ к сети. График разделен на изохронную фазу и асинхронную фазу. Во время изохронной фазы передаются критичные ко времени данные, а асинхронная фаза обеспечивает полосу пропускания для передачи некритичных ко времени данных. Управляющий узел (MN) предоставляет доступ к физической среде посредством выделенных сообщений запроса опроса. В результате только один единственный узел (CN) имеет доступ к сети одновременно, что позволяет избежать коллизий, возникающих в старых концентраторах Ethernet до коммутаторов. Механизм CSMA /CD некоммутируемого Ethernet, который вызывает недетерминированное поведение Ethernet, устраняется с помощью механизма планирования Ethernet Powerlink.

Базовый цикл

После завершения запуска системы домен реального времени работает в условиях реального времени. Планирование основного цикла контролируется Управляющим узлом (УУ). Общее время цикла зависит от количества изохронных данных, асинхронных данных и количества узлов, которые будут опрашиваться в течение каждого цикла.

Базовый цикл состоит из следующих этапов:

• Начальная фаза : Управляющий узел отправляет сообщение синхронизации всем узлам. Этот кадр называется SoC — начало цикла.
• Изохронная фаза : Управляющий узел вызывает каждый узел для передачи критичных ко времени данных для процесса или управления движением, отправляя кадр Preq — Poll Request. Адресуемый узел отвечает кадром Pres — Poll Response. Поскольку все остальные узлы прослушивают все данные на этом этапе, система связи обеспечивает отношения производитель-потребитель.

Временной кадр, который включает в себя Preq-n и Pres-n, называется временным интервалом для адресуемого узла.

• Асинхронная фаза : управляющий узел предоставляет право одному конкретному узлу на отправку специальных данных путем отправки кадра SoA — начала асинхронного режима. Адресуемый узел ответит ASnd. На этом этапе можно использовать стандартные протоколы и адресацию на основе IP.

Качество поведения в реальном времени зависит от точности общего базового времени цикла. Продолжительность отдельных фаз может варьироваться при условии, что сумма всех фаз остается в пределах времени основного цикла. Соблюдение основного времени цикла контролируется Управляющим узлом. Продолжительность изохронной и асинхронной фазы можно настроить.

Рисунок 1: Кадры выше временной шкалы отправляются MN, ниже временной шкалы - разными CN.

Рисунок 2: Временные интервалы для узлов и асинхронный временной интервал

Мультиплекс для оптимизации пропускной способности

Помимо передачи изохронных данных в течение каждого базового цикла, некоторые узлы также могут совместно использовать слоты передачи для лучшего использования полосы пропускания. По этой причине изохронная фаза может различать слоты передачи, выделенные для конкретных узлов, которые должны отправлять свои данные в каждом базовом цикле, и слоты, совместно используемые узлами для передачи своих данных один за другим в разных циклах. Таким образом, менее важные, но все же критичные по времени данные могут передаваться за более длинные циклы, чем базовый цикл. Назначение слотов в течение каждого цикла осуществляется по усмотрению Управляющего узла.

Рисунок 3: Временные интервалы в мультиплексном режиме EPL.

Цепочка ответов на опрос

Режим используется в основном для робототехники и больших надстроек. Ключевым моментом является меньшее количество кадров и лучшее распределение данных.

OpenSAFETY

Сегодня машины, установки и системы безопасности застряли в жесткой схеме, состоящей из аппаратных функций безопасности. Последствиями этого являются дорогостоящие кабели и ограниченные возможности диагностики. Решением является интеграция данных приложений, важных для безопасности, в стандартный протокол последовательного управления. OpenSAFETY обеспечивает связь как публикации/подписчика, так и клиента/сервера. Данные, важные для безопасности, передаются через встроенный фрейм данных внутри стандартных коммуникационных сообщений. Меры по предотвращению любых необнаруженных отказов из-за систематических или стохастических ошибок являются неотъемлемой частью протокола функциональной безопасности . OpenSAFETY соответствует стандарту IEC 61508 . Протокол соответствует требованиям SIL 3. Методы обнаружения ошибок не влияют на существующие транспортные уровни.

Ссылки

• Тактическое краткое описание безопасности машин (2012 г.), «Безопасность машин» (PDF) , Automation World , заархивировано из оригинала (PDF) 7 сентября 2012 г. , получено 23 августа 2012 г.

• Хамфри, Дэвид (2012), Инициатива openSAFETY направлена ​​на унификацию протоколов промышленной безопасности , США: Консультативная группа ARC, заархивировано из оригинала 17 августа 2012 г.

• «POWERLINK награжден национальным стандартом в Китае» , Control Engineering Asia , 2012 г., заархивировано из оригинала 19 января 2013 г.

• «Консорциум DDASCA определяет openSAFETY как стандарт» , Automation.com , 2012 г.

• Зезулька, Ф.; Хинцика, о. (2008), «Промышленный Ethernet VIII: Ethernet Powerlink, Profinet» (PDF) , Automa , 5 : 62–66.

• Какая система Ethernet является подходящей? , Техника управления, Европа, 2009 г.

Внешние ссылки

• ethernet-powerlink.org Веб-сайт группы стандартизации Ethernet POWERLINK
• sourceforge.net/projects/openpowerlink Стек с открытым исходным кодом

Форумы Ethernet Powerlink и OpenSafety в LinkedIn

• Группа Ethernet Powerlink
• Группа OpenSafety