Ethernet Powerlink es un protocolo en tiempo real para Ethernet estándar . Es un protocolo abierto administrado por Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). Fue introducido por la empresa de automatización austriaca B&R en 2001.
Este protocolo no tiene nada que ver con la distribución de energía a través de cableado Ethernet o alimentación a través de Ethernet (PoE), comunicación de línea de energía o el cable PowerLink de Bang & Olufsen .
Descripción general
Ethernet Powerlink expande Ethernet con un mecanismo mixto de sondeo y distribución de tiempo. Esto proporciona:
- Transferencia garantizada de datos críticos en el tiempo en ciclos isócronos muy cortos con tiempo de respuesta configurable
- Sincronización de tiempo de todos los nodos de la red con muy alta precisión de sub-microsegundos
- Transmisión de datos menos críticos en el tiempo en un canal asíncrono reservado
Las implementaciones modernas alcanzan tiempos de ciclo por debajo de 200 µs y una precisión de tiempo ( jitter ) de menos de 1 µs.
Estandarización
Powerlink fue estandarizado por Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG) y se fundó en junio de 2003 como una asociación independiente. Los grupos de trabajo se centran en tareas como seguridad, tecnología, marketing, certificación y usuarios finales. La EPSG colabora con los organismos y asociaciones de normalización, como el Grupo CAN in Automation ( CiA ) y la IEC.
Capa fisica
La capa física original especificada era 100BASE-TX Fast Ethernet . Desde finales de 2006, Ethernet Powerlink con Gigabit Ethernet admitía una velocidad de transmisión diez veces mayor (1.000 Mbit / s).
Se recomienda repetir concentradores en lugar de conmutadores dentro del dominio de tiempo real para minimizar el retraso y la fluctuación. [1] Ethernet Powerlink utiliza la Guía de instalación y planificación de Ethernet industrial de IAONA para un cableado limpio de redes industriales y se aceptan los conectores Ethernet industriales 8P8C (comúnmente conocidos como RJ45) y M12.
Capa de enlace de datos
La capa de enlace de datos Ethernet estándar se amplía mediante un mecanismo de programación de bus adicional, que asegura que a la vez solo un nodo acceda a la red. El horario se divide en una fase isócrona y una fase asincrónica. Durante la fase isócrona, se transfieren datos de tiempo crítico, mientras que la fase asíncrona proporciona ancho de banda para la transmisión de datos que no son de tiempo crítico. El Managing Node (MN) otorga acceso al medio físico a través de mensajes de solicitud de sondeo dedicados. Como resultado, solo un único nodo (CN) tiene acceso a la red a la vez, lo que evita colisiones, presentes en los concentradores Ethernet más antiguos antes que los conmutadores. El mecanismo de programación CSMA / CD de Ethernet no conmutada, que provocó un comportamiento de Ethernet no determinista, se evita mediante el mecanismo de programación Ethernet Powerlink.
Ciclo básico
Una vez finalizada la puesta en marcha del sistema, el dominio de tiempo real está funcionando en condiciones de tiempo real. La programación del ciclo básico está controlada por el Nodo de Gestión (MN). El tiempo total del ciclo depende de la cantidad de datos isócronos, datos asíncronos y el número de nodos que se sondearán durante cada ciclo.
El ciclo básico consta de las siguientes fases:
- Fase de inicio : el nodo de gestión envía un mensaje de sincronización a todos los nodos. La trama se llama SoC: inicio de ciclo.
- Fase isócrona : El nodo de gestión llama a cada nodo para transferir datos críticos en el tiempo para el control de procesos o movimiento mediante el envío de la trama Preq - Solicitud de encuesta. El nodo direccionado responde con la trama Pres-Poll Response. Dado que todos los demás nodos están escuchando todos los datos durante esta fase, el sistema de comunicación proporciona una relación productor-consumidor.
El marco de tiempo que incluye Preq-n y Pres-n se denomina intervalo de tiempo para el nodo direccionado.
- Fase asincrónica : El nodo de administración otorga el derecho a un nodo en particular para enviar datos ad-hoc mediante el envío de la trama SoA (Inicio de asincrónica). El nodo direccionado responderá con ASnd. Durante esta fase se pueden utilizar protocolos y direccionamiento basados en IP estándar.
La calidad del comportamiento en tiempo real depende de la precisión del tiempo de ciclo básico general. La duración de las fases individuales puede variar siempre que el total de todas las fases permanezca dentro de los límites del tiempo de ciclo básico. El Nodo de Gestión supervisa el cumplimiento del tiempo de ciclo básico. Se puede configurar la duración de la fase isócrona y asíncrona.
Imagen 1: Los cuadros por encima de la línea de tiempo son enviados por el MN, por debajo de la línea de tiempo por diferentes CN.
Imagen 2: Franjas horarias para nodos y franja horaria asincrónica
Multiplex para la optimización del ancho de banda
Además de transferir datos isócronos durante cada ciclo básico, algunos nodos también pueden compartir ranuras de transferencia para una mejor utilización del ancho de banda. Por esa razón, la fase isócrona puede distinguir entre slots de transferencia dedicados a nodos particulares, que tienen que enviar sus datos en cada ciclo básico, y slots compartidos por nodos para transferir sus datos uno tras otro en diferentes ciclos. Por lo tanto, los datos menos importantes pero aún críticos en el tiempo se pueden transferir en ciclos más largos que el ciclo básico. La asignación de las ranuras durante cada ciclo queda a discreción del Nodo de gestión.
Imagen 3: Franjas horarias en modo multiplexado EPL.
Encadenamiento de respuestas de encuestas
Modo utilizado principalmente para aplicaciones robóticas y grandes superestructuras. La clave es un menor número de fotogramas y una mejor distribución de datos.
Seguridad abierta
Hoy en día, las máquinas, las plantas y los sistemas de seguridad están atrapados en un esquema rígido compuesto por funciones de seguridad basadas en hardware. Las consecuencias de esto son un cableado costoso y opciones de diagnóstico limitadas. La solución es la integración de datos de aplicaciones relevantes para la seguridad en el protocolo de control en serie estándar. OpenSAFETY permite la comunicación tanto de publicación / suscriptor como de cliente / servidor. Los datos relevantes para la seguridad se transmiten a través de un marco de datos integrado dentro de los mensajes de comunicación estándar. Las medidas para evitar fallas no detectadas debido a errores sistemáticos o estocásticos son una parte integral de un protocolo de seguridad funcional . OpenSAFETY cumple con IEC 61508 . El protocolo cumple los requisitos de SIL 3. Las técnicas de detección de errores no tienen ningún impacto en las capas de transporte existentes.
Notas
- ^ "Especificación del perfil de comunicación POWERLINK" . 2013: 35. Cite journal requiere
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( ayuda )
Referencias
- Informe táctico de seguridad de la máquina (2012), "Seguridad de la máquina" ( PDF ) , Automation World
- Humphrey, David (2012), openSAFETY Initiative tiene como objetivo unificar los protocolos de seguridad industrial , EE. UU .: ARC Advisory Group, archivado desde el original el 17 de agosto de 2012
- "POWERLINK galardonado como estándar nacional en China" , Control Engineering Asia , 2012, archivado desde el original el 19 de enero de 2013
- "El Consorcio DDASCA define openSAFETY como estándar" , Automation.com , 2012
- Zezulka, F .; Hyncica, o. (2008), "Průmyslový Ethernet VIII: Ethernet Powerlink, Profinet" ( PDF ) , Automa , 5 : 62–66
- ¿Qué sistema Ethernet es el correcto? , Control Engineering Europe, 2009
enlaces externos
- ethernet-powerlink.org Sitio web del grupo de estandarización Ethernet POWERLINK
- sourceforge.net/projects/openpowerlink Pila de código abierto
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