高精度实时工业以太网ETHERNET Powerlink 最新进展及应用

October 2005

贝加莱工业自动化 樊惠芳

这些应用的共同点是什么呢 ?

都使用了 ETHERNET Powerlink

获得过殊荣的工业以太网可以运用于运动控制的实时网络安全性达到 IEC 61508 SIL3

Airbus

LEMO

ETHERNET Powerlink 提供的事实

唯一市场保证的 µs 级实时以太网2001 年 11 月份进入市场在系列设备中应用超过 80,000 节点开放的基于标准的技术兼容 CANopen

谁支持着 ETHERNET Powerlink

EPSG Ethernet Powerlink 标准化组织一个开放的自动化专家小组建立工业实时以太网知识产权完全开放 , 无专利限制全球标准被证明的可相互协同工作的产品市场促进和部署

战略合作

CiA/CANopen:通信 / 设备标准规范EN50325-4 标准CiA-EPSG 共同的任务- 通信标准规范一致性- CANopen/Powerlink Gateway 规范- 其余工作项目

IAONA一致性IEC 标准化新标准 IEC 61784-2

IEC 标准

IEC 61784-2 实时以太网

96% 的投票认可通过ETHERNET Powerlink

的 IEC 规范

她是如何工作的呢 ?

非实时域

B B

实时域

操作原理域清晰的分隔

操作原理SCNM - 时间槽管理模式

定性节点通信的保证PCC, 驱动 , I/O, 控制回路间的理想同步

时间槽管理模式 (SCNM)保证数据传送无碰撞针对同步数据的单独槽针对异步数据的分享槽

任意的拓扑结构树型 , 星型 , 菊花链型 Nodes

Cycle i+1

1 2 3 4 5 n a 1 2 3 4 5

Cycle i

同步数据异步数据

ETHERNET Powerlink协议堆栈

EthernetCSMA/CD

PowerlinkEthernet

CSMA/CD

IP

TCP UDP

IP

TCP UDP

ApplicationAsync.

Gateway

非定性 Ethernet 节点

Application

EthernetCSMA/CD

Powerlink

EthernetCSMA/CD

Gateway

EthernetCSMA/CD

Powerlink

IP

TCP UDP

ApplicationIsochron async

ETHERNET Powerlink 节点

Isochron async

ETHERNET Powerlink 节点

实时域 办公室 / 工厂网络

ETHERNET Powerlink和 CANopen

主要的优势

ETHERNET Powerlink 是开放的

开放的自动化技术联盟决策透明没有秘密

无授权的标准技术前景保证

兼容以太网的发展市场驱动产品的提供没有依赖

易于使用易于实现快速配置简单维护灵活

非实时域

G G

实时域

实用性和稳定性

装配 : >80,000 节点实用性 : 从 2001 开始在系列设备上使用第三方设备 : AMK, Baldor, B&R, B&W, Eckelmann, Festo,

Harting, Hirschmann, IXXAT, Lenze, Posital, port, SND, TR and many more

进展 : 准备作为将来的以太网标准 (PoE, GBit,...)

实现 : 任何标准以太网设计 , 无需 ASIC服务 : Hilscher, IXXAT, port

SND, ZHW No

ASICneeded!

显著的特点实时性能

数据同步 :精度优于 1µs

协议保证确定的传输时间循环时间 <100µs发布 / 查阅 , 客户机 / 服务器模式同步和异步数据传送达到最优化混合

性能体现实例

性能体现实例

设备总数 53

驱动 32

IO 节点 16

模拟量 I/Os (á 2 Byte) 320 (160 IN, 160 OUT)

开关量 I/Os 4096 (2048 IN, 2048 OUT)

远程显示 3

Web 访问 1

数据记录设备 1

计算的循环时间 992 µs w\o Multiplex<<400µs with Multiplex

非同步带宽(1 Maximum Frame/Cycle)

1.5 MByte/sec (@992µs cycle)3,75 MByte/sec (@400µs cycle)

最新进展EPLsafety

安全层独立于协议标准设备和安全设备在同一通信网络中工作 在 100µs 循环时间下达到 IEC 61508 SIL3 甚至达到 SIL4 保持 ETHERNET Powerlink 的优势

Cabinet

PLC Safety PLC

I/O I/O

SensorSensor

Actor Actor

SCADAProgramming

Ethernet

PC

Ethernet

Programming

I/O I/O

Sensor Actor

ETHERNET Powerlink

所支持的标准

IEEE 802.3 以太网协议IP 协议 – 无限制芯片 – 任何标准以太网芯片CANopen – 完全支持标准规范ISO15745 - 4 XML 设备描述IEC – EPL 成为 IEC RTE 标准的一部分IEEE 1588 – 未来的进展

实现和产品

ETHERNET Powerlink 是开放的

软件实现无需客户化的芯片

没有隐藏的授权费用无依赖无供货不足多资源

透明的开发进程安全性 , 冗余性

为未来扩展做准备Gbit Ethernet etc.

No

ASIC

needed!

更多的效益

减少 TCO每个节点每个网络 ( 甚至比 CAN 便宜 )连接接口 (RJ45 & M12)维护

任何的以太网芯片没有缺憾满足于今天和明天

纯软件的解决方案

Intel 的支持ETHERNET Powerlink

最大的协同工作能力

综合现有的网络直接使用 IP 数据包无需协议转换简单的点对点配置

CANopen 标准规范100BaseT 快速以太网唯一的 MAC 地址透明的 IP 地址

总结为什么选择 ETHERNET Powerlink

IT 标准IEEE 802.3, IP 协议 , EN50325-4, IEEE 1588

满足苛刻的实时要求稳定可靠并且面向未来提供透明的通信易于学习和使用实用性和广泛的发展

实际应用案例

ETHERNET Powerlink 应用案例 Bystronic

汽车玻璃加工生产线全自动 切割 , 抛光 , 钻孔150m/min, 精度 0.05mm15 根以上伺服轴 800µs 刷新时间

为整套系统提供完整的平台接线简单高动态过程控制完全面向未来和现有系统无缝衔接

ETHERNET Powerlink 应用案例Brückner Maschinenbau

塑料薄膜加工生产线塑料薄膜同时 2 维拉伸由多个线性电机完成拉伸速度 400 m/min

海量数据加热 , 冷却 , 风扇>1000 温度传感器预测性在线拉伸钳诊断

设备开放灵活性模块化开放系统

ETHERNET Powerlink 应用案例Brückner Maschinenbau

ETHERNET Powerlink 应用案例 Ferromatik Milacron

100% 全电动注塑机降低维护成本降低火险的风险降低损耗和噪音更佳的控制动态特性

参数4-8 秒 成型周期合模速度 1000mm/s ~3ft/s精确的压力 , 速度及位置控制

ETHERNET Powerlink 应用案例 Ferromatik Milacron

动态特性传统 CAN 技术不具备处理动态性能的能力其他现场总线不具备可替代性 ( 成本，技术 )

完全统一的网络连接完全透明的质量保证接线简单为未来扩展预留开放性IT 标准

ETHERNET Powerlink 应用案例 KMK Maschinen AG

管头成型设备无缝管 ( 专利工艺 )高品质产品 ( 中型容量 )迅速的切换时间 (<10 分钟 )120 个塑料管 / 分钟多达 15 个驱动灵活的显示功能简化的维护工作模块式可扩展能力Internet 联网能力

ETHERNET Powerlink 应用案例 KMK Maschinen AG

减少接线工作高动态特性灵活性分布式 I/O800µs 循环周期透明通信远程访问单 IPC 控制全集成性能清晰的概念

ETHERNET Powerlink 应用案例利乐包装研发部（ Tetra Pak ）

50 个伺服轴同步联动2000 点 I/O2.4ms 数据刷新时间

ETHERNET Powerlink 应用案例 9 色无轴凹版印刷机

ETHERNET Powerlink 应用案例 9 色无轴凹版印刷机 配置示意图

ETHERNET POWERLINK !

无机械传动轴 : 多轴高精度电子同步自动套色纠偏 : 实时调整轴间相位差

伺服 , IO, CPU 数据刷新周期： 800 μs 时间精度 : < 1 μs

ETHERNET Powerlink 应用案例奥钢联 钢铁生产自动化系统

FO-HUB

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FO Ring – Operator busEthernet 100MBit TCP/IP

FO Ring – Process busEthernet 100MBit TCP/IP

RIO BusEthernet 100MBitPowerlink

Existing AutomationSimatic S5, Ethernet TCP/IP

Operator TerminalsControl Room

Operator and EngineeringTerminals

Level 2XML, MySQL

APROL ServerMaster APROL Server

HSB Slave

APROL EngineeringServer

OPC/WEB/WinGatewayserver

ProcesstationsB+R 2005, CP382

更多信息www.ethernet-powerlink.org