Ethernet-strömlänk

Ethernet Powerlink är ett kommunikationsprotokoll i realtid för användning i Ethernet- nätverk , öppet standardiserat av Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG). Tekniken utvecklades av det österrikiska företaget B&R 2001 [ 1] .

Översikt

Ethernet Powerlink utökar Ethernet-standarden med blandade polling-mekanismer och time slicing -teknik .

Garanterad överföring av brådskande data med mycket korta isokrona intervall med konfigurerbar svarstid
Tidssynkronisering med hög precision utförs för alla noder i nätverket (noggrannhet i storleksordningen mikrosekunder)
Överföring av icke-kritisk data, som inte kräver realtidsgarantier, utförs i en separat asynkron kanal

I moderna implementeringar kan varaktigheten av intervallen vara mindre än 200 µs, och jitter (timingsnoggrannhet) kan vara mindre än 1 µs.

Standardisering

Powerlink har standardiserats av Ethernet Powerlink Standardization Group , som grundades i juni 2003. Arbetsgrupperna fokuserade på frågor som säkerhet, teknik, marknadsföring, certifiering och slutanvändare. EPSG samarbetar med standardiseringsorganisationer och organisationer som CAN in Automation ( CiA ) och International Electrotechnical Commission ( IEC ).

Fysiskt lager

Protokollet definierades ursprungligen för det fysiska lagret baserat på 100Base-TX ( Fast Ethernet , 100 Mbps över tvinnat par). I slutet av 2006 utvecklades en Ethernet Powerlink-variant för Gigabit Ethernet (1 Gbps).

I Powerlink Ethernet-nätverk (i nätverkssegmentet som kräver ett realtidsnätverk) rekommenderas det att använda hubbar istället för switchar för att minimera latens och jitter. För att designa Powerlink Ethernet-nätverk används IAONA ( Industrial Ethernet Planning and Installation Guide ) riktlinjer angående kablage. Som kontakter används både vanliga Ethernet-kontakter 8P8C (RJ45) och M12.

Länklager

Ethernet- länkskiktet utökas med en extra mekanism för att schemalägga utbyten på bussen. Dedikerade tidsintervall införs där endast en av enheterna tillåts komma åt bussen. Hela busstiden är uppdelad i isokrona och asynkrona faser. Under den isokrona fasen sänds tidskritiska data. Den asynkrona fasen tillåter att betydande mängder data överförs, för vilka leveranstidsgarantier inte krävs. Managing Node ( MN ) distribuerar mediaåtkomsttider genom att skicka speciella kontrollmeddelanden. Som ett resultat, vid varje given tidpunkt, har endast en nod (kallad CN) åtkomst till nätverket. Detta kontrollsystem undviker kollisioner som kan inträffa på äldre Ethernet-nätverk som använder hubb snarare än switchar som i mer moderna nätverk.

Ethernet Powerlink använder inte CSMA/CD kollisionsupplösningsalgoritmen eftersom det skulle resultera i icke-deterministiska paketleveranstider.

Huvudslinga

Efter lanseringen av realtidsnätverket baserat på Ethernet Powerlink börjar garantier för leveranstid gälla. Schemaläggningen av huvudcykeln utförs av kontrollnoden. Den totala cykeltiden beror på mängden isokrona data, asynkrona data och antalet noder som tillfrågas i varje cykel.

Huvudcykeln består av följande faser:

Startfas ( startfas ): Styrnoden sänder ett synkroniseringsmeddelande till alla noder. Det kallas SoC ( Start of Cycle - början av cykeln) och har en storlek på en Ethernet-ram.
Isokron fas : Kontrollnoden efterfrågar var och en av noderna för leveranstidskritiska data genom att skicka en PREQ-begäran ( avfrågningsbegäran ). Den begärda värden svarar med ett PRES-paket ( poll response ). Det allmänna schemat implementerar "producent-konsument"-algoritmen[ specificera ] . Tidsperioden då PREQ-n- och PRES-n-meddelanden vidarebefordras för den n:e noden kallas luckan för den adresserade noden.
Asynkron fas : Kontrollnoden ger en av noderna rätt att skicka asynkron data genom att skicka den ett SoA-paket ( Start of Asynchronous ). Noden svarar med ett ASND-paket. Denna fas använder standard IP-protokollstacken.

Specifika realtidsgarantier beror på noggrannheten i utförandet av huvudslingan. Längden på var och en av faserna kan variera. Förhållandet mellan isokrona och asynkrona faser kan justeras inom vissa gränser.

Förutom att sända isokrona data kan ett multiplexeringsläge tillämpas i varje huvudram, där vissa noder kan dela sina luckor för att öka datahastigheten.

Inom robotteknik och stora system används också en speciell teknik för poll response chaining .

Anteckningar

↑ Trots likheten med namnet, gäller detta protokoll inte för överföring av elektricitet över Ethernet-kablar ( Power over Ethernet , PoE-teknologier) och kommunikation via elektriska ledningar.

Litteratur

Maskinsäkerhet Taktisk information ( PDF ) (länk ej tillgänglig) . Automation World (2012). Hämtad 23 december 2012. Arkiverad från originalet 7 september 2012. (obestämd)
Humphrey, David openSAFETY Initiative syftar till att förena industriella säkerhetsprotokoll . ARC Advisory Group (2012). Arkiverad från originalet den 17 augusti 2012. (obestämd)
POWERLINK tilldelas nationell standard i Kina (länk ej tillgänglig) (2012). Datum för åtkomst: 23 december 2012. Arkiverad från originalet 19 januari 2013. (obestämd)
DDASCA Consortium definierar openSAFETY som standard (2012). (obestämd)
F. Zezulka, O. Hyncica. Första Ethernet VIII: Ethernet Powerlink, Profinet (neopr.) // Automa. - 2008. - T. 5 . - S. 62-66 .
Vilket Ethernet-system är det rätta? . Control Engineering Europe (2009). (obestämd)