Echtzeit – Ethernet

Universität Siegen

Anna Litwin Sylwia Karolina Polak

Betreuer : Dipl.-Inform. Frank Dopatka, M.S.

1. Einführung

In unseres Projekt wollen wir verschiedene Arten von Echtzeitbusen vorstellen. Die Grundlage von allen Technologien sind ähnlich. Die Busen arbeiten fast gleich, das heißt sie benutzen von dem Echtzeitsystem aber die Anwendung realisiert ist durch verschiedenen Protokollen , Topologien und Andere Sachen, die wir am Ende unserer Arbeit vergleichen werden. Allgemein Echtzeit - Ethernet handelt sich um den synchronischen Datenaustausch in der echten Zeit. Diese Technologie benutzt man in der Industrie um die Arbeit von allen Roboten zu automatisieren. Unten beschreiben wir 6 verschiedene Technologien. 2. Technologien – Überblick

2.1 PROFInet

Einführung Ethernet in der industriellen Automatisierung spielt sehr große Rolle. Es ist verständlich, dass auch die besondere Anforderungen an die verwandten Komponenten gestellt werden müssen, die z.B.

Schnelle Reaktionszeiten beim Austausch von Prozessdaten ( das ist mit der Echtzeitfähigkeit verbunden)

Anlagenweites, herstellerübergreifendes Engineering Hohe Verfügbarkeit der Maschinen und Anlagen Industriegerechte Installationstechnik Einfache Netzadministration und Diagnose

Jeder Ingenieur denkt daran, damit man in der Zukunft ein System ausbauen kann. Das ist möglich dann, wenn wir ein Anlagetreiber besitzen. Dann können wir die bestehende Komponenten bzw. Applikationen in die neuen Anlagen integrieren. In Automatisierungstechnik ist Profinet der ethernet-basierte Automatisierungsstandard der Profibus Nutzerorganisation. Diese Technologie wurde von Siemens und der Profibus Nutzerorganisation entwickelt. Mit dieser Technologie ist es möglich schnelle Datenkommunikation. Das ist wegen der Profibus Technologie, die Profinet ergänzt. Bei der Profinet benutzt man auch von IT – Funktionen, die in der Automatisierungstechnik sehr gefordert sind. Solcher Dienst wie Ethernet ermöglicht, dass Profinet in verteilten Automatisierungsstrukturen realisiert werden kann. Profinet können wir in verschiedenen treffen, wie z.B. :

Verpackungsanlage Fertigungsanlage Montageanlage

Und natürlich alle andere.

Mit dieser Technologie sind verschiedene Vorteile verknüpft : Ihre Vorteile als Anlagen- und Maschinenbauer

Höhere Verfügbarkeit durch autonom laufende Module

Vorab-Test einzelner Anlagenteile Reduzierung der Inbetriebnahmezeit

durch Parallelinbetriebnahme Wiederverwendbarkeit von

Anwendersoftware Vereinfachte Diagnose in überschaubaren Teilapplikationen

mit gerätespezifischen Detailinformationen – schneller von der Planung bis zum Betrieb Ihre Vorteile als Anlagenbetreiber

Durchgängigkeit von der Feldbis zur Unternehmensleitebene Freie Auswahl des Lieferanten durch standardisierte Kommunikation und

herstellerunabhängiges Engineering Leichte Anlagenerweiterbarkeit durch Modularisierung Hohe Anlagenverfügbarkeit durch autonom laufende Teilanlagen Investitionsschutz durch Integration bestehender Anlagen und Geräte Hoher Qualitätsstandard durch zertifizierte Geräte

Ihre Vorteile als Gerätehersteller

Schnellere Implementierung durch vorgetestete PROFInet Runtime-Software Unterstützung bei Geräteimplementierung durch Competence- Center Bereitstellung von Werkzeugen/ Tools, z. B. Komponenteneditor Herstellerunabhängige Technologieentwicklung in Arbeitskreisen der PROFIBUS

Nutzerorganisation Profinet realisiert die ganzheitliche Automatisierungslösung von der Netzwerkinstallation bis hin zur web – basierten Diagnose. Alles ist möglich natürlich mit den Funktionen, die Profinet auch spezifiziert. In der Zukunft ist es möglich System zu erweitern, weil das Struktur von Profinet garantiert. Profinet stellt eine standardisierte herstellerunabhängige Engineering – Schnittstelle dar. Dank ihr ist es so einfach , andere Geräte in der Anlage , verschiedenen Hersteller im System integrieren. Bei der Projektierung der Kommunikationsverbindung benutzt man von den grafischen Form , nicht von der Programmierung.

Kommunikation von Profinet

Für die Kommunikation verwendet Profinet Ethernet in drei Leistungsstufen:

Protokolle wie TCP/IP und DCOM ermöglichen die Übertragung der zeitunkritischen Daten von Engineeringund . Mit dieser Struktur könnten wir uns in verteilten Automatisierungsstrukturen treffen, wo eine Kommunikation zwischen intelligenten Feldgeräten stattfindet.

Mit der Übertragung von zeitkritischen Prozessdaten ist Echtzeitkanal Soft Realtime (SRT) verbunden. Er wird als Software auf Basis vorhandener Controller realisiert.

Isochrone Realtime – Kommunikation (IRT) wird für Motion Control – Anwendungen verabreicht. Sie ermöglicht bei einer Taktrate von 1ms eine Jitter – Genauigkeit von 1 µs. Die Kommunikation von Feldbusgeräten wird mit dem Proxy - Konzept realisiert.

Profinet – Installation und Administration

Im industriellen Umfeld müssen die spezifische Anforderungen an Ethernet - Netzwerke erfüllt werden, wie z.B.:

Kabelführung, die mit spezifischer Anlage verbunden ist Vernetzungsgrad für jede Anlage Netzstruktur, die in der Linie formiert wird Spezielle und industrielle Kabel, Steckverbinder ,die notwendige Anforderungen an

EMT und Temperatur erfüllen.

Man unterscheidet bei der Profinet zwei Funktionsklassen : 1. Profinet CBA (Component based Automation ) – das sind die sehr netwendige,

unsprüngliche Variante, auf denen der Automatisierungsgerät bei der Kommunikation basiert.

2. Profinet IO (Decentrale Peripherie) – beschriebt die Technologie, die auf die Kommunikation zwischen einer Steuerung und den dezentralen Feldgeräten zugeschnitten ist

Profinet und IT – Funktionen:

Man weiß, dass bei der Prozessdatenübertragung nicht nur die Funktionsklassen und Leistungsstufen benutzbar sind. Solche Dienste, wie die informationstechnische Funktionen : Webserver, E-Mail, FTP – Filetransfer dafür vorgesehen sind.

Profinet CBA – Diese Komponente arbeitet mit der verteilten Automatisierung. Wie früher geschrieben wurde, sind die Geräte in der Automatisierungstechnik verteilt. Sie sind über Ethernet - TCP/IP miteinender verbunden und deshalb lösen sie die Automatisierungsaufgaben. Also diese Variante ist ein sehr zukunftsorientierter Ansatz.

Profinet IO - Diese Variante benutzt von der Fast Ethernet Technologie, die natürlich eine physikalische Übertragungsmedien ist. Sie baut auf dem bewährten Funktionsmodell von Profibus – DP. Die Anwendung von dieser Technologie ist für schnelle zyklische Übertragung von Daten, die im Prozess verwendet sind. Sie bietet in der selben Zeit eine Übertragungsmöglichkeit für IT – Funktionen, Parameter und Bedarfsdaten. Davon besteht ein Profibus – DP Anwender – Know-how , der weiter benutzt werden kann. Bei Profinet IO werden alle dezentrale Feldgeräte in der Geräte – und Netzprojektierung der SPS zugeordnet. Die Arbeit von den Geräten sieht so aus, dass die Peripheriesignale der Feldgeräte zyklisch in die SPS eingelesen werden. Dort sind sie verarbeitet und dann an die Feldgeräte ausgegeben. Hier bei Profinet IO wird ein Provider - Consumer – Modell verwendet. Diese Situation findet nicht bei Master – Slave – Verfahren von Profibus statt. Dieser Provider garantiert, dass die Kommunikationsbeziehungen zwischen den gleichberechtigten Teilnehmer am Ethernet unterstützt wird. Sehr wichtig ist, dass der Provider nicht den Kommunikationspartners auffordert ,um die Daten zu senden. Es gibt von Profinet zusätzliche Funktionen bieten, die für Übertragung von Diagnosen, Parametrierung und Alarmen benutzt sind. Es gibt die Geräte bei Profinet IO , die auch im Profibus – DP bekannt sind, und unten stelle ich ihre Aufgaben vor.

IO – Controller – Er spielt sehr große Rolle in den dezentralen Geräten. Seine Hauptaufgabe sieht so aus, dass er die Masterfunktion für die E/A – Datenkommunikation übernimmt. Typischerweise ist der IO Controller die Kommunikationsschnittstelle einer SPS. Die Funktion ist vergleichbar einem Profibus - DP Master Klasse 1.

IO – Device – Alle dezentrale Feldgeräte, wie z.B. E/A , Bedienterminal, Antriebe oder Ventilblöcke werden als IO – Device bezeichnet.

IO Supervisor – So nennt man die Bezeichnung von der Engineering und Diagnosetool. So ähnliche Funktion findet bei Profibus – DP in einem Master Klasse 2 statt. Der IO Supervisor hat den Zugriff zu den Prozess – und Parameterdaten. Dank es kann er die Diagnose – und Alarmmeldungen verarbeiten.

Profinet IO Kommunikationsmodell – dieses Modell ermöglich die Übertragung von Nutzdaten und Standard TCP/IP bzw. von UDP/IP – Telegrammen auf einer Leitung. Zwischen zwei Geräten also: IO – Controller und IO – Device werden die Daten übertragen. Alles findet in unten vorlegenden Kanälen statt.

zyklische Nutzdaten und Alarme über den Echtzeit-Kanal

Parametrierung, Konfigurierung und Diagnose über UDP/IP im Standard-Kanal

Projektierung bei Profinet IO - In das Projektierungs-Tool werden die Gerätebeschreibungsdateien der IO-Devices importiert. Bei der Verwendung in der Projektierung werden den einzelnen E/A- Kanälen der dezentralen Feldgeräte Peripherieadressen zugeordnet. Die Peripherieeingangsadressen enthalten die empfangenen Prozesswerte, die im Anwenderprogramm ausgewertet und verarbeitet werden. Die Peripherieausgangswerte werden im Anwenderprogramm gebildet und an den Prozess ausgegeben . Hier werden zusätzlich die einzelne Peripheriemodule bzw. Kanäle, wie der Spannungsbereich von Analogeingabekanal oder Ersatzwert von Ausgangskanal bei Kommunikationsunterbrechung zwischen IO – Device und IO – Controller parametriert. Alle Daten, die bei der Projektierung und der Konfiguration teilgenommen haben, werden in den IO – Controller heruntergeladen. Nach dem Abschluss der Download werden die IO – Device automatisch vom IO – Controller konfiguriert und gehen dann in den Nutzdatenaustausch über.

Integration von Profinet mit Web – Funktionen

Es gibt solche Möglichkeit, dass zu Profinet Geräten man auch einen Zugriff über das Internet hat. Dazu setzt Profinet auf die bewährten Standardtechnologien , wie Z.B. HTML, XML. Durch diese Webseiten können wir die Geräteinformationen bekommen, Fehler suchen, Diagnose feststelen und natürlich Inbetriebnahme auch ohne Engineeringwerkzeug ermöglich. Es ist klar, dass den Zugriff auf die Geräten über Standard – Browser, wie Internet Explorer erfolgt.

Verteilte Automatisierung mit Profinet

Maschinen und Anlagen, die einen Automatisierungsprojekt schaffen, werden in technologische Module aufgeteilt. Sie können aus Mechanik , Elektrik/Elektronik und Software bestehen. Die Funktionalität der technologischen Module wird in Form von Profinet – Komponenten gekapselt. Von außen sind die Profinet - Komponenten über definierte Interface erreichbar. Man kann mit ihnen beliebig Kombinationen machen und leicht wieder verwenden. 2.2 JetSync Einführung

Es ist klar, dass bei Ethernet eine synchrone Kommunikation ohne TCP/IP zu implementieren, stelle kein großes Problem dar. Er hat aber ein großes Nachteil und zwar, ist keine standardisierte TCP/IP – Kommunikation möglich. Deshalb hat Firm Jetter AG JetSync für die Synchronisation über Ethernet und TCP/IP entwickelt. Damit bleibt Ethernet offen und durchgängig, auch bei den beschriebenen synchronisierten Antriebsapplikationen. Ethernet Synchranisation über TCP/IP Für die Netzwerktechnologie ist die Synchronisation hochdynamischer Servoantriebe eine der anspruchvollsten Anwendungen . Um diese Anwendung zu realisieren, hat die Technologie ihre Feuertaufe in der Automatisierungstechnik bestanden. Zum einen hat sie damit die Tauglichkeit in Sachen Echtzeit bewiesen, zum anderen ist es das erklärte Ziel, mit möglichst wenigen unterschiedlichen Netzwerktechnologien innerhalb einer Maschine oder Anlage zu arbeiten. Es ist wichtig, dass die Kommunikation transparent sein muss. Alle solche Sachen führen, um den gestiegenen Anwendungen an die Datenverarbeitung und – verwaltung in der Automatisierungstechnik gerecht zu werden. Auf diese Art und Weise realisiert man die Verwaltung, dass die Schnittstellen und Technologiebrüche an dieser Stalle mit Kommunikationsbrüche und verlorener Zeit sind. Durch diese Entwicklung der Technologie, die Jetter AG verfolgt mit der JetWeb – Technologie das Ziel, um ,mit Ethernet und TCP/IP in der Automatisierungstechnik zu kommunizieren. War es bisher bereits möglich, dass die unterschiedlichsten Geräte wie Steuerungen, Drives, Remote-I/O und Bedienstationen frei miteinander kommunizieren, so konnten bis dato noch keine komplexen Achsfunktionen wie Kurvenscheiben oder Bahnsteuerungsfunktionen über Ethernet TCP/IP realisiert werden. Die Geräte, die nur die Funktionalitäten über Ethernet und TCP/IP realisieren , können das Unternehmen an den Markt bringen. Die Technologie befindet sich bereits im praktischen Einsatz an einer Verpackungsmaschine. TCP/IP ist Pflicht Unten sind 2 Möglichkeiten dargestellt, die zeigen, wie die Echtzeit – Synchronisation mit Ethernet realisiert ist :

Eine rein synchrone Kommunikation mit festgelegten Zeitrastern und festen Zeitslots für jede Information und jedes Gerät. Asynchrone Kommunikation, wie z.B. TCP/IP - Kommunikation, ist dabei nicht möglich, da sonst die Abtastzeiten nicht garantiert werden können.

Synchrone und asynchrone Kommunikation, bei der die Abweichungen erkannt und kompensiert werden. Ein Datenpaket wird einem Zeitpunkt zugeordnet, TCP/IP - Kommunikation ist möglich.

Nur dann Ethernet – Physik verwendet wird, wie in Möglichkeit 1, und in den oberen Schichten (Schicht 2 und höher) proprietäre Protokolle aufgesetzt, dann bringt dies bedeutende Nachteile mit sich. Es ist wichtig, damit kein asynchroner Datenverkehr erlaubt wird, muss ein Netzwerk vollständig separiert werden. Die Standard - Geräte, wie z.B.

Switches können genauso wenig verwendet werden wie Netzwerkanalyse Tools und Messgeräte aus der Ethernet – TCP – basiertem Welt der Office – Kommunikation. Die freie und transparent Kommunikation ist nicht mehr möglich. Unmöglicher ist auch Zugriff auf die in den Geräten befindlichen Webserver mit ihren Homepages. Es gibt also viele Vorteile, die die Verwendung von Ethernet in der Automatisierungstechnik zeigen. Die Jetter AG entwickelt aus dem Grund eine TCP/IP - basierte Lösung für die Synchronisation über Ethernet. Was wichtig ist, dass sie im Zusammenhang mit Ethernet – Standards basiert. Dies bringt gegenüber der proprietären Lösung ganz erhebliche Vorteile:

Ethernet-TCP/IP ist der Quasi-Standard der Office-Welt Kommunikation über TCP/IP ist weltweit Die Standard-Komponenten aus der Office Welt sind einsetzbar, z.B.

Infrastrukturkomponenten wie Switches Es gibt beliebige Topologien möglich Netzwerkanalyse-Tools und Messgeräte aus der Office-Welt sind bei der Verwendung

von TCP/IP nutzbar Jederzeit ist ein beliebiger direkter Zugriff auf die einzelnen Geräte möglich, z.B. auf

deren embedded Homepage oder ein Up/Download über FTP Jeder beliebige PC kann an einem freien Port eingesteckt werden und hat

durchgängigen Zugriff auf das gesamte Netzwerk Für oben dargestellte Vorteile sollen die Voraussetzungen nicht nur für die Ethernet – Physik, sondern auch für die Anwendung von IT und Internet – Protokollen sein. Die Technologie Ein Synchronisationsverfahren ist ein technologischer Hintergrund von Ethernet – TCP/IP – basierenden Lösung (Jetter). Bei dieser Technologie werden die Uhren Pulsgenerator genau synchronisiert. Übermittlung von Nutzdaten ist dann asynchron und mit einem Zeitstempel versehen. Über die synchronisierte Uhrzeit werden diese Daten dann wieder auf den jeweiligen Abtastzeitpunkt hin synchronisiert. Die bei der Kommunikation auftretenden Abweichungen, wie zum Beispiel die Switch-Wartezeiten, werden erkannt und kompensiert. Daraus ergibt sich ein Jitter von 10 us, was für typische Anwendungen mehr als ausreichend ist.

Technologischer Hintergrund der Ethernet - TCP/IP - basierenden Lösung ist ein

Synchronisationsverfahren, bei dem Uhren pulsgeneratorgenau synchronisiert werden. In der Praxis erprobt JetSync ist die Ethernet – Synchronisations - Lösung, die Jetter AG entwickelte. Diese Technologie existiert nicht nur auf dem Papier oder im Labor. JetSync, die Ethernet-Synchronisations-Lösung von Jetter, existiert nicht nur auf dem Papier, den Köpfen von Entwicklern oder im Labor. In einer Anlage für die Herstellung von Hohlkörpern im Bereich des "Fill and Form Packaging" hat JetSync seine Bewährungsprobe bereits bestanden. Zu diesem Anlage gehören zwischen 10 oder 100 Servoachsen, die miteinander synchronisiert werden. Alles also – diese Anlage ist mit dem Netz über Ethernet verbunden, natürlich mit allen möglichen Steuerungen und Drivers. Wenn man von der Visualisierung benutzen will, kommt das Web – basierte Tool JetView – Soft zum Einsatz. Die vollständige Anlagetransparenz wird von Ethernet – TCP/IP und der Web – basierten Visualisierung ergeben. Dies bringt insbesondere für die Überwachung, die Wartung und den Service ganz massive Vorteile. Auch die Anbindung an Produktionsdatenbanken ist ein Teil des Konzeptes.

Produkte JetWeb – Technologie besteht aus vielen Bestandteilen. Eine von ihnen ist JetSync. Es erweitwert diese funktional im Bereich der Synchronisation von Servoachsen. Zur Verfügung stehen solche Geräte wie: Bei der Steuerung – JetControl 647und die Antriebsregel der JetMove – Familie. Ein leistungsfähiges Steuerungssystem erbaut JetControl, 647. Es besitzt hohes Performance und Funktionalität, die für mehr als 1000 digitale Ein – und Ausgänge und bis zu 48 Achsen. Flexible Ausbau ist das Vorteil von dem ganzen System, sowie vielfältige und leistungsfähige Funktionen im Bereich von Antriebstechnik. Die Servoregler der JetMove – Familie können auch alternativ am Systembus der Jetter – Steuerungen angeschlossen werden. Alles verfügt man über 10/100 Mbit/s Ethernet Schnittstelle. Mit den Reglern der JetMove Serie lassen sich bürstenlose Antriebe in der Leistungsklasse 0,1 bis 35 Nm steuern. Es gibt die mögliche Motorleistungen , die von 0,4 bis 8,5 kW gehen. Logik und komplette Steuerung zwischen den JetMove – Systemen und JetControl ermöglich die Integrität. Im Anwenderprogramm der Jetter – Steuerungen wird den Zugriff auf Lage-, Drehzahl- und Stromregler erfolgt. Ethernet erweitert sein Gebiet Es wurde eine Kompetenz von der Jetter AG mit JetSync im Bereich der Steuerungs – und Antriebstechnik erneut unter Beweis gestellt. Davon wurde eine neue Lösung hergestellt. Die Synchronisation über Ethernet – TCP/IP wird das Einsatzgebiet dieser Standard – Technologie nochmals erweitert. 2.3 Powerlink Einführung Diese Technologie arbeitet an der Echtzeitsysteme. Ethernet Powerlink (EPL) ist die erste verfügbare Echtzeit – Ethernet – Protokoll. Einerseits basiert es auf Standard Ethernet, andererseits erfüllt es die hohen Anforderungen an Deterministik und Zykluszeit. Die Anwendung von dieser Technologie besteht darin, dass man sie durch flexible und ausgereifte Anwendungsschnittstelle verfügen kann. Ethernet Powerlink wurde von Bernecker & Rainer Industrie – Elektronik entwickelt. Dieser Steuerungshersteller hat einige Ziele dargestellt:

Die Übertragungsmedium ist hier Fast Ethernet (IEEE 802.3u) Anwendung von Standard – Hubs und Standards – Kabeln Übertragung von zyklischen, deterministischen Daten mit minimalen Zykluszeiten

bis zu 200µs Synchronitätsjitter aller Stationen kleiner als 1µs Übertragung von nicht deterministischen und zeitdeterministischen Daten Verwendung von konventioneller Hardware ist möglich Parallele Übertragung von IP – basierten Protokollen

Bei dieser Technologie wird der Datenaustausch zwischen den Geräten in der Zeit organisiert. Der Ziel von dieser Verwendung kann man so darstellen, dass das die Kollisionen vermeidet sind und führt das auch zur optimalen Ausnutzung der vorhandenen Bandbreite. Im EPL – Verbund ist ein Gerät, der die Funktion des "Managers" übernimmt. Er steuert die Kommunikation ,feststellt den Zeittakt zur Synchronisierung aller Teilnehmer und teilt den einzelnen Geräten das Senderecht zu. Die Geräte ("Controller") senden nur, wenn sie vom Manager dazu aufgefordert werden. Unten wird ein EPL – Zyklus in vier Zeitbereiche dargestellt :

Start Period : Der Manager sendet einen "Start of Cyclic Frame" (SoC) . Das ist wie ein Broadcastnachricht an alle Controller. Hier führt zur Synchronisierung alle Geröte Im EPL – Netzwerk.

Cyclic Period : Hier gibt es der zyklische isochrone Datenaustausch. Der Manager sendet jedem Controller sequenziell ein "Poll Request Frame" (PollReq) – das ist eine Unicastnachricht. Der adressierte Controller sendet dann die Antwort - "Poll Response Frame" (PollRes), der als Multicastnachricht versendet wird. Somit können alle Teilnehmer, die an diesen Daten interessiert sind diese empfangen, womit ein Querverkehr zwischen den Stationen ähnlich CAN realisiert ist.

Asynchronous Period : Zeitintervall für den asynchronen, nicht zeitkritischen Datenaustausch. Ein Controller bekommt von dem Manager das Senderecht. Das ist eine Unicastnachricht mit einem "Invite Frame". Danach kann dieser Controller IP – Frame senden.

Idle Period : Das ist Restzeit bis zum Beginn des neuen EPL – Zyklus.

Bei dieser Technologie sind durch Verwendung von Hubs beliebige Topologien realisierbar. Wie man weißt, dass in der selben Zeit nur ein Gerät sendet kann, um keine Kollision aufzutreten, die Anzahl von Hubs ist nicht mehr wie bei Fast Ethernet auf 2 begrenzt. Wenn EPL – Geräte bereits über einen integrierten 2 – Port Hub verfügen, dann können die Leistungsstrukturen sehr einfach realisiert werden. Im Grund ist die Anwendung von Switches in einem EPL – Segment nicht verboten, aber abgeraten. Es ist so, dass die Switches wesentlich höhere Latenzzeiten und Jitter bei der Weiterleitung von Nachrichten haben als Hubs und somit die Performance und den Synchronitätsjitter eines EPL-Systems beeinträchtigen.

Das untere Bild zeigt die Systemstruktur von EPL – System Innerhalb eines EPL-Systems darf es nur EPL-Geräte geben, da Kollisionen sonst nicht ausgeschlossen werden können. Es ist solche Möglichkeit, dass von einem externen Ethernet-basierten System (z. B.

Intranet) aus mit IP-basierten Protokollen direkt auf EPL-Geräte zugreifen kann. Das ist möglich durch Anwendung von EPL – fähigen Routers.

Ethernet Powerlink V2 besitzt viele Applikationsschnittestelle, die auf den im CANopen Kommunikationsprofil DS301 von CAN in Automation (bzw. EN50325-4) definierten Mechanismen basiert. Dies eröffnet ETHERNET Powerlink eine breite Basis von bereits vorhandenen und einsetzbaren Geräte- und Anwendungsprofilen, ermöglicht die Durchgängigkeit von Kommunikationsdiensten zwischen CANopen- und EPL-Systemen und erleichtert eine Migration von CANopen zu ETHERNET Powerlink auf Softwareebene.

Das Bild oben stellt ein Referenzmodell dar. Er zeigt die von CANopen bekannten Kommunikationsmechanismen und -elemente wie PDO, SDO, Objektverzeichnis und Netzwerkmanagement. Das sieht so aus, dass das SDO - Protokoll wird über UDP/IP und auch über IP – Nachrichten realisiert. Solche Anwendung ermöglich den direkt Zugriff auf die

Objektverzeichnisse von EPL – Geräten auch von den Geräten und Anwendungen außerhalb des EPL – Systems über EPL – Router.

Die Merkmale für EPL V2 wird unten aufgelistet:

Bis zu 240 Geräte pro EPL – System Manager: 240 TX-PDOs, 240 RX-PDOs Controller: 1 TX-PDO, 240 RX-PDOs PDO-Mapping mit bis zu 254 Objekten Maximale PDO-Länge 1490 Byte Jedes Gerät kann mit jedem anderen Gerät gleichzeitig per SDO kommunizieren Emergency-Mechanismus mit detaillierteren Fehlerinformationen Standardisierte Bootup-Prozedur und Configuration Manager

Ethernet Powerlink ist geeignet um die Anwendungen mit harten Echtzeitbedingungen zu realisieren. Das ist seine Eigenschaft. Genauso gut ist es aber auch geeignet um Anwendungen zu realisieren, die keine so harten Echtzeitbedingungen haben, jedoch die Übertragung von größeren Datenmengen innerhalb eines definierten Zeitraums garantieren müssen und dabei auch die von CANopen bekannte Flexibilität benötigen.

Ethernet Powerlink Protokollsoftware Es wurde von IXXAT eine Protokollsoftware entwickelt. Sie garantiert die Zusammenarbeit mit Anbietern, wie Bernecker & Rainer, Lenze und Hirschmann. Diese Software implementiert solche Dienste wie: "Controlled-Nodes", "Managing-/Controlled Nodes".

Die wichtigste Sachen

Funktionsumfang basierend auf der aktuellen ETHERNET Powerlink (EPL) V2 Spezifikation Version 0.1.0

Ermöglicht eine schnelle und einfache Entwicklung von EPL-Geräten Modulare Softwarestruktur mit umfangreichen Konfigurations- und

Skalierungsmöglichkeiten Klar gegliederte Programmierschnittstelle zur Anbindung des Anwendungsprogramms "C"-Quellcode zur Portierung auf beliebige Zielplattformen Betriebssystemunabhängig - Lauffähig mit und ohne Betriebssystem Anpassbar an unterschiedliche Ethernet-Controller-Architekturen und

Hardware-Architekturen (z. B. 1-CPU, 2-CPU) durch interne Interfaces Multiinstanzfähig

Allgemeines

IXXAT hat schon seit vielen Jahren die Arbeit an den Protokollstacks speziell für CANopen angefangen. Jetzt sind diese IXXAT CANopen – Stack schon weltweit bekannt und sie wurden in vielen Geräten implementiert.

Funktionsübersicht

Wie ich mich schon früher daran erinnert habe, beinhaltet die Ethernet Powerlink Protokollsoftware alle erforderlichen Funktionen um Controlled Nodes, Managing Nodes entsprechend der EPL V2 Spezifikation, Version 0.1.0 zu realisieren. Was notwendig ist, dass hier kein TCP/IP – Stack eingesetzt wird, der für die Ausführung des SDO – Protokolls über UDP benötigt wird. Es gibt natürlich eine Lösung dazu. Man kann ein externer TCP/IP – Stack implementieren.

Objektverzeichnis und Programmierschnittstelle

Die Schnittstelle , die sich zwischen Anwendung und Kommunikation befindet, heißt Objektverzeichnis. Es gibt solche Möglichkeit, damit jedem Objektverzeichniseintrag direkt eine Referenz auf eine Variable mit Anwendungsdaten zugeordnen. Direkt auf die Anwendungsvariablen wurden PDOs und SDOs zugegreifen. Das führt dazu, dass wenn wir einen EPL – Protokollstack installieren möchten, gibt es keine Notwendigkeit, um die Änderungen in einer bestehenden CANopen - Anwendung machen. Mit dem Applikationsobjekt können anwenderspezifische Call – Back Funktionen verbunden werden. Mit ihnen kann man eine ereignisgesteuerte Benachrichtigung der Anwendung bei Zugriffen auf diese Objekte realisieren. Das führt zu einer direkten und anwendungsspezifischen Reaktion, die auf busseitig veranlasse Veränderungen der Anwedungsdaten schafft. Solche

Eigenschaften , wie Speicherung und Wiederherstellung konfigurierter Daten wurden unterstützt.

Skalierbarkeit

Es ist so wichtig ,um Softwarepaket über zentrale Dateien zu konfigurieren. Dann ist es möglich um ein hohes Maß an Skalier – und Anpassbarkeit zu gewährleisten. Eine Konfigurationsdatei erlaubt es, die durch den Protokollstack zur Verfügung gestellte EPL-Funktionalität in optimaler Weise an die gegebene Applikation anzupassen und damit die vorhandenen Ressourcen effektiv zu nutzten. Solche Anwendung ermöglich, dass außer Ressourcen implementieren kann.

Portierung und hardwarespezifische Anpassung

Von C –Code realisiert ist der EPL – Stack. Ein eigenes Modul schafft einen Zugriff und das Handling von Ethernet – Controllers. Dieses Modul wird bei der Portierung des Codes auf eine andere CPU anzupassen. Weiter bestehen interne Interfaces. Sie ermöglichen die Aufteilung des Codes auf unterschiedliche Architekturen von Hardware (z. B. CPU – Systeme).

Betriebssystemunterstützung

Es gibt solche Möglichkeit, dass man ohne Betriebsystem den EPL – Stack verwenden. Das ist möglich mit dem internen Scheduler welcher die dem Stack zur Verfügung stehende Rechenzeit optimal den einzelnen Funktionen innerhalb des Stacks zuteilt. Bei Einsatz in Verbindung mit einem Betriebssystem läuft der EPL-Stack als eine Task. Es werden in diesem Fall nur grundlegende Betriebssystemfunktionen wie Semaphoren und Tasks erwartet. Diese sind über eine Abstraktionsschicht gekapselt und können daher leicht an das verwendete Betriebssystem angepasst werden.