Introduction to ETHERNET Powerlink - All

ETHERNET Powerlink Überblick
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Fakten
Das einzige exisitierende µs-Real-Time Ethernet
Am Markt seit November 2001
Mehr als 50,000 Knoten in Serienmaschinen
Offene Techologie und Betreibergruppe
Integriert mit CANopen Profilen
Safety Erweiterung bis IEC 61508 SIL4
Geräte und Dienstleistungen
verfügbar
Erfolgsgeschichte
Nov 2001
Apr 2002
Feb 2003
Jun 2003
Nov 2003
Mar 2004
Apr 2004
Sep 2004
Oct 2004
Jan 2005
ETHERNET Powerlink von B&R vorgestellt
Technologie geöffnet
Dienstleistungen verfügbar
EPSG gegründet
Kooperation mit CiA CANopen
ETHERNET Powerlink Spezifikation veröffentlicht
ELEKTRONIK Produkt des Jahres 2003
Multi-vendor Installation auf Hannover Messe
EPLsafety vorgestellt
>50,000 Knoten in Anwendungen
Control Engineering Editor‘s Choice Award
Die EPSG
Ethernet Powerlink Standardization Group
Offene Expertengruppe
Standard für Real-time Industrial Ethernet
Lizenz- und patentfreie Technologie
Standardisierung und Spezifizierung
Zertifizierte Produkte
Verbreitung
Einige Mitglieder und
Anwender
Strategische Kooperationen
CiA/CANopen:
Kommunikations- und Geräteprofile
EN50325-4 Standard
Joint Task Force CiA-EPSG for
- Communication Profile Harmonization
- CANopen/Powerlink Gateway Specification
- Other Work Items
IAONA
Harmonisierung
IEC Standardisierung IEC 61784-2
Konform zu Standards
IEEE 802.3 – Ethernet
Frame Formate – No tricks!
IP Protokolle – Ohne Limits
Chips – Jeder Ethernet Chip/Keine ASICs
CANopen – Komplett integriert
IEC RTE Norm 61784-2 und ISO 15745
IEEE 1588 – in Zukunft
Antworten auf den
VDMA Fragenkatalog
Diagnose
Alle IP Protokolle unterstützt (TCP, UDP,
http,...)
Alle Standardmethoden der IT Welt
Modem, Internet,...
Web Server
CANopen komplett integriert
Zugangssicherheit berücksichtigt
ISO/OSI Schichtenmodell
Durchgängigkeit (1)
Alle IP-basierten Protokolle unterstützt
Daher TCP, UDP, ftp, http etc. auf höherer
Ebene möglich
Minimalsystem spezifiziert
CANopen Mechanismen
PDOs, SDOs, Objektverzeichnisse
Durchgängigkeit (2)
ftp ist möglich
http ist möglich
SNMP ist möglich
DHCP ist möglich (nicht empfohlen)
DNS ist möglich
SMTP ist möglich
Durchgängigkeit (3)
Standards der Automatisierungstechnik
CANopen
IEC 61784-2
ISO 15745
Das Echtzeitverhalten wird durch
Standardprotokolle nicht beeinflusst
Durchgängigkeit (4)
Netzwerkstruktur (1)
Keine Überlast durch Zeitscheibenverfahren
Keine Kollisionen
Keine Verzögerungen
Systemverhalten überall sichtbar
Gesichert von nicht-deterministischen Geräten
Beliebige Topologie
Baum, Stern, Linie,...
Cycle i
1 2 3 4 5
Isochronous data
Asynchronous data
Cycle i+1
n a 1 2 3 4 5
Nodes
Netzwerkstruktur (2)
Redundanz
Netzwerk- und Geräteredundanz zur Zeit in
Projektphase
Switching Hubs
Komplexität bei Konfiguration
Verzögerungen implementierungsabhängig
Sichtbarkeit des Verkehrs beschränkt
Erlaubt aber nicht empfohlen
Netzwerkstruktur (3)
Stecker und Kabel
Verweis auf IAONA Empfehlungen
Standard Glasfaser Repeater natürlich möglich
RJ45 für IP20
M12 für IP67
Netzwerkstruktur (4)
Ausdehnung
Non-Real-Time Domain
B
B
Real-Time Domains
Security (1)
Non-Real-Time Domain
B
B
Real-Time Domains
Security (2)
Klare Trennung
Real-time und non-Real-time Domain
Imun gegen überhöhtes Verkehrsaufkommen
z.B. DoS Attacken
Firewall spezifiziert
Weitere Sicherheitsmechanismen möglich
IPsec
Authentifizierung
Projektierung (1)
CANopen Kommunikationsprofile
PDOs
SDOs
Objektverzeichnis
CANopen Geräteprofile
Für Antriebe, I/Os, PLCs etc.
CANopen Anwendungsprofile
Z.B. Euromap Extruder Downstream Devices
Projektierung (2)
Genormte XML Beschreibungssprache
ISO 15745
Auch für Modbus, CAN-Bus usw. verwendet
Projektierungswerkzeug
Demnächst Softwarekomponenten verfügbar
Synergien mit CANopen Produkten
Projektierung (3)
Beispiel
Komponente
von infoteam
Projektierung (4)
Adressierung
Einstellbare Knotenadresse - mandatory
Eindeutige MAC Adresse - mandatory
Einstellbare IP Adresse – optional
Bis zu 240 Knoten je Real-time Domain
Ein Knoten kann 1000e I/Os haben
Derzeitig keine µs Echtzeit Applikationen mit
höherem Bedarf
Zukünftig Domain-Sync mit IEEE 1588
Projektierung (5)
IEEE 1588
Non-Real-Time Domain
B
B
Real-Time Domains
Projektierung (5)
IP Adressvorrat
Lokale Class C Adressen
NAT Mechanismus ins globale Netz
Vorteilhaft bei Serienproduktion
IPv6 prinzipiell möglich
Wann kommt‘s wirklich?
Automatische Adressvergabe
möglich
Leistungsdaten (1)
Zeitscheibenmechanismus
Zeitfenster, Zyklus und Datenumfang konfigurierbar
Zykluszeiten um 100µs implementiert
Synchronität besser als 1µs implementiert
Dauerhaft Querverkehr
Publish/Subscribe ohne Umweg über Master
Asynchrone Daten = IP frames
CycleTime
SoC = Start of Cycle
EoC = End of Cycle
PRq = Poll Request
SoC
PRs = Poll Response
MN = Managing Node
CN = Controlled Node
Ix = Isochron. data
PRq
MN
EoC
I1
I2
PRs
Time Slot
I3
I7
I8
async
CN
Leistungsdaten (2)
Latenzzeiten, Antwortzeiten etc.
Implementierungsabhängig
In der Gerätebeschreibung hinterlegt
Asynchrone Bandbreite
Konfigurierbar
Leistungsfähigstes Protokoll
Auf Standard Ethernet Physik
Mit Standard Ethernet Chips
Mit Standard Ethernet Frames
Mit Standard IP-Protokollen
Leistungsdaten (3)
Number of Devices
53
Drives
32
IO nodes
16
Number of analog I/O data points
(a 2 Byte)
320 (160 IN, 160 OUT)
Number of digital I/O data points
4096 (2048 IN, 2048 OUT)
Remote Visualizations
3 (async only mode)
Camera
1 (async only mode)
Data Logger
1
EPL cycle time
992 µs
Asynchronous Bandwidth
1.5 MByte/sec (= 12.0 Mbps)
Migration (1)
CANopen komplett integriert
Einheitliche Anwenderschnittstelle (API)
Integration in existierende Geräte
Beliebige Ethernet Bausteine
Keine ASICs
Dienstleister
Referenz-Kits
Migration (2)
Alter
a,
Hype ARM, F
rees
rston
cale
e, In
Intel
f
ineo ,
, Net
n
Silic
on,.. ,
.
Stack
Zukunftssicher
Jetzt verfügbar
Kosten = Standard Ethernet Chip +
Flexibel: Standard Hardware unterstützt andere Industrial
Ethernet Standards (E/IP, Modbus TCP, PN SRT,...)
Geringer Lernaufwand
Breite Unterstützung durch HL Hersteller und Dienstleister
No
ASIC
needed!
Migration (3)
Einfacher Geräteersatz
Einfache Adressierung
Jede Topologie
Einfach erweiterbar
Sicher
Non-Real-Time Domain
G
G
Real-Time Domains
Neu: EPLsafety
Protokollunabhängig
Sicher und nicht
sicher auf einem Netz
IEC 61508 SIL3 bei
100µs Zyklus
SIL4 mit reduziertem
Datenvolumen
Alle ETHERNET
Powerlink Vorteile
PC
SCADA
Programming
Ethernet
Programming
Ethernet
Cabinet
PLC
Safety PLC
ETHERNET Powerlink
I/O
I/O
I/O
I/O
Sensor
Sensor
Sensor
Actor
Actor
Actor
ETHERNET Powerlink
Anwendungen
Real-life Applications
Application Example
Ferromatik Milacron
100% Electric Injection Molding Machinery
Price level equal to hydraulic version
High bandwidth control loops via ETHERNET Powerlink
Force, velocity and positioning
Full transparency for quality assurance
„ETHERNET Powerlink is an ideal vehicle for injection
molding. You can run everything on one network.“
Dr. Kalis, Head of Development/Construction
Application Example
KMK Maschinen AG
Heading Machine for Seamless Tubes
Rapid changeover times (<10mins)
120 plastic tubes/minute
Requirements
Reduced wiring effort
Dynamic of drives
Flexible visualisation
Maintenance and support via Internet
Implementation
ETHERNET Powerlink instead of CAN
800µs cycle time
Up to 15 drives
Distributed I/Os
Application Example
Brückner Maschinenbau
Simultanous Plastic Film Stretching
Flexible Stretching Patterns
Up to 400 m/min
High Data Volume
>1000 Temperature points
Managed with
ETHERNET Powerlink
Predictive Maintenance
Zusammenfassung
Standardkonform
9
IEEE 802.3, IP Protocols, EN50325-4, IEEE 1588
Für härteste Echtzeitanforderungen 9
Robust und zukunftssicher 9
Transparente, durchgängige Kommunikation 9
Einfach anzuwenden9
Verfügbar und weit verbreitet 9
Weitere Informationen
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Æ www.ethernet-powerlink.org