Post on 07-Jan-2016
description
Ethernet Powerlink
Ethernet Powerlink
• Protocole temps réel• Déterministe• Pour Ethernet standard• Protocole ouvert• Exempt de licence
• Régi par l'Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG)• Introduit pour la première fois sur le marché par la société B&R en 2001
http://www.br-automation.com
1Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Powerlink est un standard géré par l'EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group), une association indépendante regroupant aussi bien des utilisateurs que des fabricants.
L'EPSG compte aujourd'hui plus de 400 membres dont Alstom Power, B&R, Lenze...
L'association comprend différents groupes de travail : sécurité, technologie, marketing, certification, utilisateurs finaux.
L'EPSG collabore avec d'autres organismes et associations de standardisation comme le CAN in Automation (CiA) et l'IEC.
http://www.ethernet-powerlink.org/
Standardisation :
2Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Principe de fonctionnement :
Extension d’Ethernet
Mécanisme
• Scrutation (pooling)• Découpage temporel
Données critiques : cycles isochrones très courts Temps de réponse configurable
Données moins critiques : Phase asynchrone réservée
Tous les nœuds du réseau sont synchronisés avec une très grande précision
Entièrement conforme à la norme 802.3 de l’IEEE
S’implémente sur les composants Ethernet standard du commerce Aucun composant propriétaire
Institute of Electrical and Electronics Engineers http://standards.ieee.org http://www.ieee.org 3Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Couche physique :
100Base-X Fast Ethernet (IEEE 802.3)Gigabit Ethernet
• Application complète du concept Ethernet• S’exécute avec des modules standard• Connecteur RJ45 et M1 acceptés• Aucun changement majeur systèmes, composants, câblages• Temps réel : Hubs répéteurs à la place de Switchs
Couche liaison de données :
• Mécanisme d’ordonnancement• Accès au réseau de manière cyclique
• Mécanisme additionnel• Un seul nœud accède au réseau à la fois
• Phase isochrone• Phase asynchrone
CSMA/CD
Pas de collisions
Basé sur le modèle ISO
4Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Couche liaison de données :
• Données temporelles critiques : phase isochrone• Données non critiques : phase asynchrone• Le CSMA/CD n’est plus activé• Pas de collisions
Un Nœud gestionnaire – Managing Node - MN
• Emet des messages de scrutation (pool request)• Un seul nœud à la fois a accès au réseau• Evite les collisions propres à l’Ethernet standard
Le nœud qui a accès au réseau à un moment donné est le CN – Controlled Node
CSMA/CD
Pas de collisionsLe mécanisme d’ordonnancement
empêche l’apparition de collision
Basé sur le modèle ISO
5Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Cycle de base :
Phase de Start Phase isochrone
Phase asynchrone
Nœud MN
Ordonne la communication au cours du cycle de base
La durée totale du cycle dépend de la quantité de données isochrones et asynchrones ainsi que du nombre de nœuds à scruter au cours de chaque cycle
Fonctionnement en conditions Temps Réel
Phase de Start • Le nœud MN émet un message de synchronisation à tous les nœuds du réseau• La trame correspondante est appelée SoC – Start of Cycle
Phase Isochrone • Le nœud MN appelle chaque nœud à transmettre ses données critiques• Pour cela il émet une trame dite Preq – Pool Request• Le nœud appelé répond avec une trame dite Pres – Pool Response• Tous les nœuds restent à l’écoute des données véhiculées sur le réseau• La communication est du type Producteur/Consommateur• L’intervalle de temps Preq-n – Pres-n est appelé Tranche de Temps pour le nœud
6Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Phase Asynchrone
Cycle de base :
• Le nœud MN donne droit à un nœud en particulier d’émettre ses données• Pour cela il émet une trame dite SoA – Start of Asynchronous• Le nœud destinataire répond avec un trame Asnd• Les protocoles et adressages basés sur IP peuvent être utilisés au cours de cette phase
Les trames au-dessus de l'axe des temps sont émises par le MN, celles au-dessous par les différents CNs.
7Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Cycle de base :
La qualité du comportement temps réel :• Dépend de la précision du temps de cycle. • La longueur des différentes phases peut varier tant que la durée totale des phases réunies ne dépasse pas la limite de temps du cycle de base. • Le nœud MN surveille si cette limite n'est pas dépassée. • La durée des phases isochrone et asynchrone est configurable.
Tranches de temps pour les nœuds et tranche de temps asynchrone
8Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Optimisation de la bande passante par multiplexageLa phase isochrone peut comporter deux types de tranches de temps :
Celles attribuées aux mêmes nœuds d'un cycle à l'autre permet à ces derniers d'émettre leurs données à chaque cycle de base.
Celles partagées par plusieurs nœuds émettant leur données à tour de rôle en l'espace de plusieurs cycles. Peut être utilisé pour des données moins importantes mais néanmoins toujours critiques.
L'attribution des tranches au cours de chaque cycle revient au nœud MN.
Cycle de base :
9Patrick Monassier - Powerlink - 2009
Patrick Monassier - Powerlink - 2009 10
Le Slot Communication Network Management (SCNM) organise l’échange temporel des données. Le standard Ethernet n’est pas touché par l’implémentation de la pile Powerlink. Les fabricants peuvent ainsi garantir que Powerlink tourne sur des matériels Ethernet classiques.
Les implémentations récentes de Powerlink atteignent des temps de cycle inférieurs à 200 µs et une précision (jitter) de 40 ns.
Patrick Monassier - Powerlink - 2009 11
Powerlink Safety est un protocole temps réel basé sur Ethernet et destiné à la remontée des informations de sécurité.
CANOpen est une couche applicative (couche 7 du modèle OSI), originellement pour les bus de terrain du type CAN (Controller area network) fonctionnant en temps réel.
D'autres bus intègrent depuis peu CANopen, tel EtherCat, Powerlink démontrant par là l'intérêt de l'industrie pour ce mode de communication.
Il est utilisé dans de nombreux domaines : automobile, agricole, industriel (ascenseurs, escaliers roulants, motion control) et médical (rayons X, salles d'opérations).
Ce bus de terrain est connu pour être une solution de communication économique et efficace.
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