Ethernet Powerlink

Ethernet Powerlink es un protocolo en tiempo real para Ethernet estándar . Es un protocolo abierto gestionado por B&R desde la disolución del Grupo de Estandarización Ethernet POWERLINK (EPSG) en 2023. ^{[ 1 ]} Fue introducido por la empresa austriaca de automatización 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 por línea eléctrica o el cable PowerLink de Bang & Olufsen .

Ethernet Powerlink amplía Ethernet con un mecanismo mixto de sondeo y división de tiempo. Esto proporciona:

• Transferencia garantizada de datos críticos en tiempo real en ciclos isocrónicos muy cortos con tiempo de respuesta configurable.
• Sincronización horaria de todos los nodos de la red con una precisión muy alta, de submicrosegundos.
• Transmisión de datos menos críticos en un canal asíncrono reservado.

Las implementaciones modernas alcanzan tiempos de ciclo inferiores a 200 μs y una precisión temporal ( fluctuación ) inferior a 1 μs.

Powerlink fue estandarizado por el Grupo de Estandarización de Ethernet Powerlink (EPSG), fundado en junio de 2003 como una asociación independiente. Sus grupos de trabajo se centran en aspectos como la seguridad, la tecnología, el marketing, la certificación y los usuarios finales. El EPSG colabora con organismos y asociaciones de estandarización, como el Grupo CAN in Automation (CiA) y la IEC.

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 ( 1000 Mbit/s ).

Se recomienda utilizar concentradores repetidores en lugar de conmutadores dentro del dominio en tiempo real para minimizar el retardo y la fluctuación. ^{[ 2 ]} Ethernet Powerlink utiliza la Guía de planificación e instalación de Ethernet industrial de IAONA para el cableado limpio de redes industriales y se aceptan tanto los conectores Ethernet industriales 8P8C (conocidos comúnmente como RJ45) como M12.

La capa de enlace de datos Ethernet estándar se amplía mediante un mecanismo de programación de bus adicional, que garantiza que solo un nodo acceda a la red a la vez. La programación se divide en una fase isócrona y una fase asíncrona. Durante la fase isócrona, se transfieren los datos críticos en tiempo real, mientras que la fase asíncrona proporciona ancho de banda para la transmisión de datos no críticos. El Nodo de Gestión (MN) concede acceso al medio físico mediante mensajes de solicitud de sondeo específicos. Como resultado, solo un nodo (CN) tiene acceso a la red a la vez, lo que evita las colisiones presentes en los antiguos concentradores Ethernet anteriores a los conmutadores. El mecanismo de programación Ethernet Powerlink evita el mecanismo CSMA /CD de Ethernet sin conmutación, que provocaba un comportamiento no determinista de Ethernet.

Una vez finalizado el arranque del sistema, el dominio en tiempo real opera bajo 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 consultan durante cada ciclo.

El ciclo básico consta de las siguientes fases:

• Fase de inicio : El nodo gestor envía un mensaje de sincronización a todos los nodos. El marco se denomina SoC (Inicio de ciclo).
• Fase isócrona : El nodo gestor solicita a cada nodo la transferencia de datos críticos para el control de procesos o movimiento mediante el envío de la trama Preq (Solicitud de sondeo). El nodo receptor responde con la trama Pres (Respuesta de sondeo). Dado que todos los demás nodos están a la escucha de todos los datos durante esta fase, el sistema de comunicación establece una relación productor-consumidor.

El intervalo de tiempo que incluye Preq-n y Pres-n se denomina ranura de tiempo para el nodo direccionado.

• Fase asíncrona : El nodo gestor otorga a un nodo específico el derecho a enviar datos ad hoc mediante el envío de la trama SoA (Inicio de la comunicación asíncrona). El nodo destinatario responderá con ASnd. Durante esta fase se pueden utilizar protocolos y direccionamientos 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 la suma de todas las fases se mantenga dentro de los límites del tiempo de ciclo básico. El nodo de gestión supervisa el cumplimiento del tiempo de ciclo básico. La duración de las fases isócrona y asíncrona puede configurarse.

Actualmente, las máquinas, las plantas y los sistemas de seguridad están estancados en un esquema rígido basado en funciones de seguridad por hardware. Esto conlleva un cableado costoso y opciones de diagnóstico limitadas. La solución consiste en integrar los datos de aplicación relevantes para la seguridad en el protocolo de control serie estándar. OpenSAFETY permite la comunicación tanto de publicación/suscripción como de cliente/servidor. Los datos relevantes para la seguridad se transmiten mediante una trama de datos integrada en los mensajes de comunicación estándar. Las medidas para evitar fallos no detectados debidos a errores sistemáticos o estocásticos son parte integral de un protocolo de seguridad funcional . OpenSAFETY cumple con la norma IEC 61508. El protocolo cumple con los requisitos de SIL 3. Las técnicas de detección de errores no afectan a las capas de transporte existentes.

• Informe táctico sobre seguridad de máquinas (2012), "Seguridad de máquinas" (PDF) , Automation World , archivado del original (PDF) el 7 de septiembre de 2012 , consultado el 23 de agosto de 2012.

• Humphrey, David (2012), La iniciativa openSAFETY busca unificar los protocolos de seguridad industrial , EE. UU.: ARC Advisory Group, archivado del original el 17 de agosto de 2012.

• "POWERLINK recibe el premio al estándar nacional en China" , Control Engineering Asia , 2012{{citation}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )

• "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

• ¿Cuál es el sistema Ethernet adecuado? , Control Engineering Europe, 2009

• ethernet-powerlink.org Sitio web del Grupo de Estandarización Ethernet POWERLINK. Archivado el 25/11/2019 en Wayback Machine.
• sourceforge.net/projects/openpowerlink Pila de código abierto

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