Ethernet Powerlink - Ethernet Powerlink

Ethernet Powerlink je reálný čas protokol pro standard Ethernet. Jedná se o otevřený protokol spravovaný skupinou Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). Představila ji rakouská společnost zabývající se automatizací B&R v roce 2001.

Tento protokol nemá nic společného s distribucí energie pomocí ethernetové kabeláže nebo napájení přes Ethernet (PoE), komunikace po elektrickém vedení nebo Bang & Olufsen kabel PowerLink.

Přehled

Ethernet Powerlink rozšiřuje Ethernet o mechanismus smíšeného dotazování a časového řazení. 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 sub-mikrosekund
  • Přenos méně časově důležitých dat ve vyhrazeném asynchronní kanál

Moderní implementace dosahují doby cyklu pod 200 µs a časové přesnosti (chvění ) kratší než 1 µs.

Standardizace

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

Fyzická vrstva

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

Aby se minimalizovalo zpoždění a chvění, doporučuje se místo přepínačů v doméně reálného času opakovat rozbočovače.[1] Ethernet Powerlink používá Průvodce průmyslovým ethernetovým plánováním a instalací IAONA pro čistou kabeláž průmyslových sítí a obou průmyslových ethernetových konektorů 8P8C (běžně známé jako RJ45) a M12 jsou přijímány.

Vrstva datového spojení

Standardní Ethernet vrstva datového spojení je rozšířen o další mechanismus plánování sběrnice, který zajišťuje, že k síti přistupuje najednou pouze jeden uzel. Plán je rozdělen na izochronní fázi a asynchronní fázi. Během izochronní fáze se přenášejí časově kritická data, zatímco asynchronní fáze poskytuje šířku pásma pro přenos nekritických dat. Řídící uzel (MN) uděluje přístup k fyzickému médiu prostřednictvím vyhrazených zpráv s požadavkem na hlasování. Výsledkem je, že k síti má najednou přístup pouze jeden jediný uzel (CN), který zamezuje kolizím na starších ethernetových rozbočovačích před přepnutím. The CSMA / Mechanismu CD bez přepínání Ethernetu, který způsobil nedeterministické chování Ethernetu, se plánovací mechanismus Ethernet Powerlink vyhne.

Základní cyklus

Po dokončení spuštění systému funguje doména v reálném čase za podmínek v reálném čase. Plánování základního cyklu je řízeno řídícím uzlem (MN). Celková doba cyklu závisí na množství izochronních dat, asynchronních dat a počtu uzlů, které mají být dotazovány během každého cyklu.

Základní cyklus se skládá z následujících fází:

  • Spusťte fázi: Řídící uzel odesílá synchronizační zprávu do všech uzlů. Rámec se nazývá SoC - začátek cyklu.
  • Isochronous Phase: Řídící uzel volá každý uzel k přenosu časově kritických dat pro řízení procesu nebo pohybu zasláním rámce Preq - Poll Request -. Adresovaný uzel odpovídá rámcem Pres - Poll Response. Protože všechny ostatní uzly během této fáze poslouchají všechna data, poskytuje komunikační systém vztah producent - spotřebitel.

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 dat ad-hoc zasláním rámce SoA — Start of Asynchronous “. Adresovaný uzel odpoví ASnd. Během této fáze lze použít standardní protokoly a adresování založené na IP.

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 mezích cyklu. Dodržování základní doby cyklu je monitorováno řídícím uzlem. Lze nakonfigurovat dobu trvání izochronní a asynchronní fáze.

Epl cyklus-3.png

Obrázek 1: Rámečky nad časovou linií jsou zasílány MN, pod časovou linií různými CN.

Epl cycle-2.png

Obrázek 2: Časové intervaly pro uzly a asynchronní časový slot

Multiplex pro optimalizaci šířky pásma

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

Epl cyklus-1.png

Obrázek 3: Časové sloty v multiplexovaném režimu EPL.

Zřetězení reakce na hlasování

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

Otevřená BEZPEČNOST

Dnes jsou stroje, závody a bezpečnostní systémy zaseklé v rigidním schématu tvořeném bezpečnostními funkcemi založenými na hardwaru. Důsledkem toho je nákladná kabeláž a omezené možnosti diagnostiky. Řešením je integrace bezpečnostně relevantních aplikačních dat do standardního sériového řídicího protokolu. Otevřená BEZPEČNOST umožňuje komunikaci publikování / odběratel i klient / server. Bezpečnostní relevantní data jsou přenášena prostřednictvím zabudovaného datového rámce uvnitř standardních komunikačních zpráv. Nedílnou součástí a. Jsou opatření k zabránění nezjištěným poruchám v důsledku systematických nebo náhodných chyb funkční bezpečnost protokol. OpenSAFETY je ve shodě s IEC 61508. Protokol splňuje požadavky SIL 3. Techniky detekce chyb nemají žádný dopad na existující transportní vrstvy.

Poznámky

Reference

externí odkazy

Fóra Ethernet Powerlink a OpenSafety na LinkedIn