ETHERNET Powerlink Überblick

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1 ETHERNET Powerlink Überblick

2 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 SIL4 Geräte und Dienstleistungen verfügbar

3 Erfolgsgeschichte Nov 2001 ETHERNET Powerlink von B&R vorgestellt Apr 2002 Technologie geöffnet Feb 2003 Dienstleistungen verfügbar Jun 2003 EPSG gegründet Kooperation mit CiA CANopen Nov 2003 ETHERNET Powerlink Spezifikation veröffentlicht Mar 2004 ELEKTRONIK Produkt des Jahres 2003 Apr 2004 Multi-vendor Installation auf Hannover Messe Sep 2004 EPLsafety vorgestellt Oct 2004 >50,000 Knoten in Anwendungen Jan 2005 Control Engineering Editor s Choice Award

4 Die EPSG Ethernet Powerlink Standardization Group Offene Expertengruppe Standard für Real-time Industrial Ethernet Lizenz- und patentfreie Technologie Standardisierung und Spezifizierung Zertifizierte Produkte Verbreitung

5 Einige Mitglieder und Anwender

6 Strategische Kooperationen CiA/CANopen: Kommunikations- und Geräteprofile EN Standard Joint Task Force CiA-EPSG for - Communication Profile Harmonization - CANopen/Powerlink Gateway Specification - Other Work Items IAONA Harmonisierung IEC Standardisierung IEC

7 Konform zu Standards IEEE Ethernet Frame Formate No tricks! IP Protokolle Ohne Limits Chips Jeder Ethernet Chip/Keine ASICs CANopen Komplett integriert IEC RTE Norm und ISO IEEE 1588 in Zukunft

8 Antworten auf den VDMA Fragenkatalog

9 Diagnose Alle IP Protokolle unterstützt (TCP, UDP, http,...) Alle Standardmethoden der IT Welt Modem, Internet,... Web Server CANopen komplett integriert Zugangssicherheit berücksichtigt

10 ISO/OSI Schichtenmodell

11 Durchgängigkeit (1) Alle IP-basierten Protokolle unterstützt Daher TCP, UDP, ftp, http etc. auf höherer Ebene möglich Minimalsystem spezifiziert CANopen Mechanismen PDOs, SDOs, Objektverzeichnisse

12 Durchgängigkeit (2) ftp ist möglich http ist möglich SNMP ist möglich DHCP ist möglich (nicht empfohlen) DNS ist möglich SMTP ist möglich

13 Durchgängigkeit (3) Standards der Automatisierungstechnik CANopen IEC ISO Das Echtzeitverhalten wird durch Standardprotokolle nicht beeinflusst

14 Durchgängigkeit (4)

15 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 Cycle i n a Nodes Isochronous data Asynchronous data

16 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

17 Netzwerkstruktur (3) Stecker und Kabel Verweis auf IAONA Empfehlungen Standard Glasfaser Repeater natürlich möglich RJ45 für IP20 M12 für IP67

18 Real-Time Domains Netzwerkstruktur (4) Ausdehnung Non-Real-Time Domain B B

19 Real-Time Domains Security (1) Non-Real-Time Domain B B

20 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

21 Projektierung (1) CANopen Kommunikationsprofile PDOs SDOs Objektverzeichnis CANopen Geräteprofile Für Antriebe, I/Os, PLCs etc. CANopen Anwendungsprofile Z.B. Euromap Extruder Downstream Devices

22 Projektierung (2) Genormte XML Beschreibungssprache ISO Auch für Modbus, CAN-Bus usw. verwendet Projektierungswerkzeug Demnächst Softwarekomponenten verfügbar Synergien mit CANopen Produkten

23 Beispiel Komponente von infoteam Projektierung (3)

24 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

25 Real-Time Domains Projektierung (5) IEEE 1588 Non-Real-Time Domain B B

26 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

27 Time Slot 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 SoC = Start of Cycle EoC = End of Cycle PRq = Poll Request PRs = Poll Response MN = Managing Node CN = Controlled Node Ix = Isochron. data SoC CycleTime PRq EoC I1 I2 I3 I7 I8 async PRs MN CN

28 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

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30 Leistungsdaten (3) Number of Devices Drives IO nodes Number of analog I/O data points (a 2 Byte) Number of digital I/O data points Remote Visualizations Camera Data Logger EPL cycle time Asynchronous Bandwidth (160 IN, 160 OUT) 4096 (2048 IN, 2048 OUT) 3 (async only mode) 1 (async only mode) µs 1.5 MByte/sec (= 12.0 Mbps)

31 Migration (1) CANopen komplett integriert Einheitliche Anwenderschnittstelle (API) Integration in existierende Geräte Beliebige Ethernet Bausteine Keine ASICs Dienstleister Referenz-Kits

32 Migration (2) Zukunftssicher Jetzt verfügbar Kosten = Standard Ethernet Chip + Stack Flexibel: Standard Hardware unterstützt andere Industrial Ethernet Standards (E/IP, Modbus TCP, PN SRT,...) Geringer Lernaufwand Altera, ARM, Freescale, Hyperstone, Infineon, Intel, NetSilicon,... Breite Unterstützung durch HL Hersteller und Dienstleister No ASIC needed!

33 Migration (3) Einfacher Geräteersatz Einfache Adressierung Jede Topologie Einfach erweiterbar Sicher Non-Real-Time Domain G G Real-Time Domains

34 Neu: EPLsafety Protokollunabhängig Sicher und nicht sicher auf einem Netz IEC SIL3 bei 100µs Zyklus SIL4 mit reduziertem Datenvolumen Alle ETHERNET Powerlink Vorteile I/O SCADA Ethernet PLC PC Programming Programming Ethernet Cabinet Safety PLC ETHERNET Powerlink I/O I/O I/O Sensor Sensor Sensor Actor Actor Actor

35 ETHERNET Powerlink Anwendungen

36 Real-life Applications

37 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

38 Heading Machine for Seamless Tubes Rapid changeover times (<10mins) 120 plastic tubes/minute Requirements Reducedwiringeffort 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 KMK Maschinen AG

39 Simultanous Plastic Film Stretching Flexible Stretching Patterns Up to 400 m/min High Data Volume >1000 Temperature points Managed with ETHERNET Powerlink Predictive Maintenance Application Example Brückner Maschinenbau

40 Zusammenfassung Standardkonform IEEE 802.3, IP Protocols, EN , IEEE 1588 Für härteste Echtzeitanforderungen Robust und zukunftssicher Transparente, durchgängige Kommunikation Einfach anzuwenden Verfügbar und weit verbreitet

41 Weitere Informationen Hannover Messe Halle 11, B66