Ethernet POWERLINK

Ethernet POWERLINK — Industrial Ethernet протокол, разработанный австрийской компанией B&R Automation в 2001 году. Открыт в 2003 через консорциум EPSG (Ethernet POWERLINK Standardization Group). Основная задача — обеспечить жёсткий реал-тайм поверх стандартного Ethernet-оборудования.

Как достигается реал-тайм

Стандартный Ethernet — не детерминистичен (коллизии, задержки на коммутаторах). POWERLINK решает это через слоты времени:

1. Managing Node (MN) — мастер, задаёт расписание циклов
2. Controlled Nodes (CN) — ведомые, отвечают только в свой слот
3. Isochronous phase — критичные данные (управление движением) передаются в детерминированные слоты
4. Asynchronous phase — некритичные (TCP/IP, конфигурация, диагностика) — в свободное окно

Это даёт:

• Цикл обновления: 100-400 мкс (!)
• Jitter (отклонение): < 1 мкс
• До 240 узлов на сети
• Пропускная способность: 100 Мбит/с

Физический уровень

• Стандартный Fast Ethernet 100 Мбит/с (100BASE-TX / FX)
• Витая пара Cat 5e или оптика
• Хабы (не коммутаторы, потому что коммутаторы вносят задержки)
• Специализированные ASIC-коммутаторы с детерминистическими задержками для крупных сетей

Логический уровень

Поверх Ethernet (без TCP/IP для критичных данных) используется объектный словарь CANopen (CiA 301). Это облегчает перенос приложений с CAN на POWERLINK — одна и та же модель объектов, другой транспорт.

Структура цикла POWERLINK

**` |---Isochronous---|---Asynchronous---| PReq+PRes SoC (управление) (конфигурация) **`

• SoC (Start of Cycle) — старт цикла, рассылается от MN
• PReq (Poll Request) — опрос CN
• PRes (Poll Response) — ответ CN
• SoA (Start of Asynchronous) — переход в асинхронную фазу
• ASnd (Asynchronous Send) — обычный Ethernet-трафик

Отличия от других Industrial Ethernet

| Параметр | POWERLINK | EtherCAT | Profinet IRT | Ethernet/IP | |---|---|---|---|---| | Разработчик | B&R | Beckhoff | Siemens | Allen-Bradley | | Физика | Standard Fast Ethernet | Spec. ASIC в slave | Spec. ASIC (IRT) | Standard Ethernet | | Цикл | 100-400 мкс | 10-100 мкс | 250 мкс - 1 мс | 1-10 мс | | Jitter | < 1 мкс | < 1 мкс | < 1 мкс | 100+ мкс | | Открытость | EPSG, open source | ETG, open | PI, open | ODVA, open |

POWERLINK занимает нишу между Profinet (большая экосистема) и EtherCAT (экстремальный реал-тайм).

Применение

Основные сферы

• Упаковочные машины (B&R — лидер) — несколько десятков сервоприводов на одной линии
• Станки с ЧПУ — синхронизация осей движения
• Печатное оборудование — высокая скорость + точность
• Пластиковая промышленность — литьё, экструзия
• Робототехника — многозвенные роботы

Пример применения

B&R-упаковщик с 20 сервоосями:

• Один MN (ПЛК) + 20 CN (сервопривод ACOPOS)
• Цикл 400 мкс — все 20 осей синхронизированы с точностью микрометров
• Асинхронная фаза — обмен с SCADA и настройка

Производители устройств

• B&R Automation (главный пропагандист) — ПЛК X20, сервоприводы ACOPOS, HMI Power Panel
• Keba — сервоприводы, ЧПУ
• Lenze — сервоприводы
• ABB — некоторые серии приводов
• Baumer, ifm — датчики

В России

POWERLINK редок. Основная причина — доминирование Siemens (Profinet) и Beckhoff (EtherCAT). B&R представлен слабо, в основном на иностранных упаковочных линиях (Nestle, Mars, Procter&Gamble). Для новых проектов — выбирают Profinet.

Open Source POWERLINK (openPOWERLINK)

Есть открытая реализация openPOWERLINK (LGPL), работает на Linux и Windows. Это позволяет сделать Managing Node на обычном ПК без специализированных контроллеров. Используется в научных и экспериментальных применениях.