POWERLINK

Kommunikationslösungen für POWERLINK Netzwerke

  • POWERLINK Embedded Modul KUNBUS-COM

    KUNBUS-COM

    Leistungsfähiges Kommunikationsmodul für POWERLINK Netzwerke

  • Modulares Gateway

    Modulares Gateway

    Gateway zur Anbindung eines POWERLINK Netzes an andere Netzwerkprotokolle

  • KUNBUS-TAP 2100 für POWERLINK

    TAP 2100

    Handlicher Netzwerkmonitor für alle gängigen Real-Time Ethernet Netze

Ethernet POWERLINK ist eine Protokollerweiterung zum Ethernet-Standard nach IEEE 802.3, um Echtzeitdaten im Mikrosekundenbereich zu übertragen. Ethernet Powerlink hat seine größte Verbreitung bei der Übertragung von Prozessdaten in der Automatisierungstechnik. Mit unserem KUNBUS-COM POWERLINK Slave Kommunikationsmodule bieten wir Ihnen eine ideale Lösung für die rasche Anbindung Ihrer Applikation an ein POWERLINK Netzwerk. Durch das gleiche PIN-Out mit den anderen Aufsteckplatinen übernehmen sie sogleich die Funktion einer Optionsplatine.

Die Anbindung der Applikation erfolgt wahlweise über:

  • SPI (Schieberegister Schnittstelle) zum Anschluß prozessorloser Endgeräte
  • Dual Port RAM (Nur COM-Module)
  • RS 485, RS 232, UART
  • Modbus-RTU
  • Protokollskripter

Selbstverständlich finden wir im Falle besonderer Anforderungen auch eine kundenspezifische Lösung.

POWERLINK Grundlagen

Die Besonderheiten von POWERLINK sind:

  • eine garantierte Übertragung von zeitkritischen Daten isochronen Zyklen mit konfigurierbarem Zeitverhalten
  • eine zeitliche Synchronisation aller Netzwerkknoten mit sehr hoher Präzision im Sub-Mikrosekundenbereich
  • eine Übertragung des weniger zeitkritischen Datenaufkommens (Status, Diagnose,...) im reservierten asynchronen Kanal.

Aktuell erreicht POWERLINK Zykluszeiten von < 200µs und eine zeitliche Präzision (Jitter) von weniger als 1µs.

Ethernet POWERLINK ermöglicht auch einen Nutzdatenaustausch über ein an CANopen angelehntes Kommunikationsprotokoll zwischen den einzelnen Netzwerkknoten. Verantwortlich hierfür ist der POWERLINK Protokollstack. Für diesen Stack wird keine spezielle Hardware benötigt, sodass sich sowohl Master- als auch Slaveknoten mit handelsüblichen Ethernetbausteinen realisieren lassen. Es existieren daher auch quelloffene Master- und Slave-Stacks für verschiedene Betriebssysteme. Ganz vereinfacht gesagt, ist POWERLINK ein "CANopen over Ethernet".

POWERLINK basiert auf einer Industrial Ethernet Lösung auf dem Standard nach IEEE 802.3. Sowohl die Prozessindustrie als auch der Anlagen- und Maschinenbau nutzen POWERLINK für die Echtzeit-Kommunikation.

Folgende Komponenten werden in einem POWERLINK Netzwerk integriert:

  • Sensoren
  • SPS
  • Motion-Control
  • I/O-Module
  • Safety-Sensoren/-Aktoren
  • Visualisierungssysteme
  • Safety-Controls

Dabei macht ein POWERLINK Zyklus nicht nur die Übertragung von Nutzdaten möglich. Aufgrund eines fest reservierten Zeitabschnittes für Anwenderdaten in seiner asynchronen Phase ist ebenfalls die Übertragung von Servicedaten für die Konfiguration oder Fernwartung gegeben. Darüber hinaus können zum Beispiel Videokameras zur Sicherheitsüberwachung in das POWERLINK Netzwerk integriert werden. Ein weiterer Vorteil von POWERLINK ist die Möglichkeit, unterschiedliche Netzwerke zu integrieren. Auf Basis des asynchronen Zyklusabschnittes können somit Daten aus anderen Feldbussen über Gateways ausgetauscht werden. Aufgrund des oben erwähnten Standards IEEE 802.3 ist das POWERLINK Protokoll zur Nutzung von harter Echtzeit befähigt und bringt dennoch Standard-Ethernet Vorteile mit sich, die im Querverkehr bei der Datenübertragung, in der freien Wahl der Netzwerktopologie, der Hot-Plug-Fähigkeit und einer einfachen Diagnosemöglichkeit begründet sind.

Diese Vorteile gestatten es dem POWERLINK Netzwerk, sowohl für dezentrale, als auch für zentrale Automatisierungsabläufe eingesetzt zu werden. Die Open-Source-Lizenz sowie die mögliche Integration von CANopen sind ein weiterer offensichtlicher Nutzen.

Die POWERLINK Netzwerk-Kommunikation und der Stack

In einem POWERLINK Netzwerk kann ein Netzteil nur dann Informationen senden, wenn eine eindeutige Aufforderung gegeben ist. Dies bedingt das Polling-Verfahren mit fest definierten Zeitpunkten für die Datenübertragung. Den auf Basis von TCP/IP und UDP/IP definierten Übertragungsschichten wurde für die "aufgeforderte Kommunikation" ein sogenannter Stack hinzugefügt. Die Planung und Gestaltung des Datenaustausches wird im Stack durch das Slot Communication Network Management - kurz SCNM - bedingt. Auf diese Weise kann es zu keinerlei Datenkollisionen beim Datenaustausch kommen. Aufgrund der Beibehaltung des Ethernet-Standards - trotz der Implementierung des Stacks - bietet POWERLINK auch weiterhin auf jedweder Ethernet-Hardware die gewohnt hohe Flexibilität.

Der POWERLINK Mechanismus innerhalb der zyklischen Datenkommunikation

Innerhalb eines POWERLINK Netzwerkes kann es zu keiner gleichzeitigen Datensendung oder Datenkollision kommen. Zu diesem Zweck wird ein Master mit der Bezeichnung Managing Node (MN) definiert (z.B.: SPS, Controller, Industrie-PC). Dem MN steht die Aufgabe zu, die zyklische Kommunikation sowie Synchronisation sämtlicher Geräte in einem spezifischen Zeittakt vorzugeben. Die Controlled Nodes (CN) dürfen demnach erst dann Daten versenden, wenn eine entsprechende MN-Aufforderung vorliegt. In diesem Zusammenhang steht das Roll-Request-Verfahren, welches die Abfragung der Daten durch den MN in einem Taktzyklus meint. Hierauf folgend finden die Roll-Requests statt, also die Antworten der Controlled-Nodes im Broadcast-Modus, welche die Informationsvermittlung an alle Teilnehmer ermöglicht.

Das POWERLINK Objektverzeichnis

Im POWERLINK Objektverzeichnis findet die Zusammenfassung sämtlicher Anwender- und Kommunikationsobjekte statt, wie beim Feldbusstandard CANopen. Das Objektverzeichnis kann als Verbindung zwischen dem Kommunikationsgerät und der jeweiligen Anwendung verstanden werden. Pro Objektverzeichnis-Eintrag wird ein 16-bit Index angelegt. Da maximal 256 Subindizes pro Index existieren können, ist die Unterscheidung von 65536 x 254 Einträgen pro Gerät möglich, wobei eine freie Verwendung der Subindizes 0 und 255 nicht möglich ist. Ein eindeutiger Vorteil des POWERLINK Objektverzeichnisses ist die hohe Herstellerunabhängigkeit, da verschiedene Geräte immer einem bestimmten, einheitlichen Profil entsprechen. Hier wird das CANopen Geräteprofil verwendet und eine Transformationsregel festgelegt. Auf diese Weise stellt auch die größere Länge der Nutzerdatenprofile bei POWERLINK kein Problem dar.

POWERLINK Geräte und Datasheets

  • elektronische Datenblätter als Grundlage für die Nutzung von POWERLINK Geräten
  • in Form von XDD-Dateien (XML Device Description) nach ISO 15745-4
  • Beschreibung der Parameter aus Objektverzeichnis und Kommunikationsdienst durch XDD
  • Datasheets werden durch Konfigurationstools eingelesen/ parametrisiert

POWERLINK Datenübertragung

POWERLINK eröffnet auch bei der Kommunikation sicherheitskritischer Daten eindeutige Vorteile. Es kann durch ein offenes Sicherheitsprotokoll namens openSAFETY ergänzt werden. Mit openSAFETY findet die Übertragung sicherheitskritischer Daten bei Aufteilung in zwei Subframes statt, wobei Prüfsummen zum Einsatz kommen. Hierbei bedingt die eigene Sicherheitssteuerung die entsprechende Sicherheitsfunktion des Netzwerkes. Damit ist eine parallele Koexistenz sowohl nichtsicherer als auch sicherer Teilnehmer im POWERLINK Netzwerk möglich. Diese beiden Teilnehmer können Daten austauschen, die für die Sicherheitsfunktion nicht relevant sind.

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