Ethernet Powerlink (EPL) ist eine Protokollerweiterung zum Ethernet-Standard nach IEEE802.3, um Echtzeitdaten im Mikrosekundenbereich zu übertragen. Es wurde mit Rücksicht auf Standard-Konformität entwickelt und erweitert Ethernet durch einen gemischten Polling- und Zeitscheibenmechanismus. Damit erreicht man die garantierte Übertragung von zeitkritischen Daten in kurzen isochronen Zyklen mit konfigurierbarem Zeitverhalten sowie die zeitliche Synchronisation aller Netzwerkknoten im Sub-Mikrosekundenbereich. Die Übertragung des weniger zeitkritischen Datenaufkommens verläuft im reservierten asynchronen Kanal. Aktuelle Implementierungen von Ethernet Powerlink erreichen Zykluszeiten von unter 200µs und eine zeitliche Präzision (Jitter) von kleiner als 1µs. Damit die Echtzeit garantiert wird, müssen Kollisionen auf dem Ethernet vermieden werden. Dazu wird die Datenübertragung durch einen speziellen Knoten, den \’Managing Node\‘ (MN), gesteuert. Die anderen Geräte, die so genannten \’Controlled Nodes\‘ (CN), dürfen nur senden, wenn sie durch den MN dazu aufgefordert werden. Jeder Zyklus beginnt mit einem speziellen Telegramm, dem \’Start of Cyclic\‘ (SoC). Danach wird jeder Knoten vom MN mit einem \’Poll Request\‘ (PReq) abgefragt, worauf der CN mit einer \’Poll Response\‘ (PRes) antwortet. Die PRes werden per Ethernet-Multicast gesendet, so können alle anderen die Antwort mithören. Ein Querverkehr ist zwischen den CNs möglich. Es muss nicht jedes Gerät in jedem Zyklus abgefragt werden. Telegramme können per PDO und SDO übertragen werden.
Integration von Ethernet Powerlink und Ethernet TCP/IP
Das ursprünglich von B&R entwickelte EPL wurde 2001 offengelegt und in die Anwender- und Anbietergruppe EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group) eingebracht. Dort wird es als offener Standard weiterentwickelt und spezifiziert. Es befindet sich seit 2003 im Serieneinsatz. Weltweit bei tausenden Endkunden sind derzeit bereits mehr als 210.000 Knoten in mehr als 28.000 Maschinen installiert. Über 200 Maschinenbauer setzen auf Ethernet Powerlink. In Kürze wird EPL Bestandteil der Normen IEC61748-2 und IEC61158 sein. Die ursprüngliche physikalische Ebene ist 100Base-X Fast Ethernet (IEEE800.3). Seit Ende 2006 unterstützt Ethernet Powerlink mit Gigabit Ethernet eine zehnmal höhere Übertragungsrate (1.000Mbit/s). Die Migration auf Gbit-Ethernet stellt kein Problem dar – Ethernet Powerlink benötigt keine proprietären ASICs. Ethernet Powerlink kommt überwiegend dort zum Einsatz, wo schnelle Maschinenkommunikation erforderlich ist. Es eignet sich für alle kritischen regelungstechnischen Anforderungen. Als übergeordnetes Fabriknetz wird meistens Ethernet TCP/IP verwendet. Da EPL auch die weniger zeitkritische asynchrone Übertragung zusätzlicher Informationen zulässt, liegt es nahe, es auch für die Informationsübertragung z.B. für Diagnose- und Parametrierungszwecke zu nutzen. Somit benötigt der Maschinen- und Anlagenbauer nur ein Kommunikationsmedium basierend auf Standard-Komponenten. Um ein Ethernet-Powerlink-Segment innerhalb einer Maschine nahtlos in das Fabriknetz integrieren und somit von einer entfernten Station transparent auf die Echtzeitsteuerungen mit Ethernet Powerlink zugreifen zu können, wurde der EPL-Router von Deutschmann Automation entwickelt. Er ist damit ein wichtiger Baustein, um komplette Durchgängigkeit auf Basis von Ethernet zu schaffen.
Router in industriegerechter Ausführung
Der EPL-Router ist mit zwei Ethernet-Ports ausgestattet und verbindet zwei Netzwerke auf IP-Ebene. Dazu benötigt er zwei IEEE802.3-konforme Netzwerkzugänge. Der Echtzeit-Port wird mit einem Ethernet-Powerlink-Segment verbunden. Der zweite Port ist die Schnittstelle zu einem IP-Netzwerk, dem so genannten generischen oder Legacy Ethernet. Auf der EPL-Seite verhält sich der EPL-Router wie jeder andere EPL-Teilnehmer und hat das Kommunikationprofil für einen Controlled Node (CN) implementiert. Der Router arbeitet mit dem 4NetOS-Betriebssystem von SND und dem EPL V2.0-Protokollstack. Über eine integrierte HTML-Seite lässt sich über jeden Webbrowser das NAT-Routing einstellen. Eine einfache MN-Funktion steht für Inbetriebnahmetests auf der EPL-Seite zur Verfügung. Diese MN-Funktion nutzt der EPL-Device Monitor der port GmbH, um servicefreundliche Konfigurationsaufgaben am Netzwerk oder den CNs vorzunehmen. Das Konfigurationswerkzeug besitzt eine ausgezeichnete graphische Bedienerführung und ist darüber hinaus programmierbar. Das Modul lässt sich einfach in jedem Schaltschrank unterbringen: Dafür sorgen die kompakten Abmessungen von 23x115x100mm (BxTxH), die DC24V-Versorgung und die einfache Montage auf DIN-Hutschienen. Der Router verfügt über eine integrierte Erdung und hat eine typische Stromaufnahme von 120mA. Die Betriebstemperatur liegt zwischen 0 und +55°C. Die Anwendungsmöglichkeiten des EPL-Routers sind vielfältig. Z.B. lässt sich mit dem Router ein Ethernet-Powerlink-Netz-werk in ein Intranet oder in das Internet integrieren. Auf Powerlink-Geräte kann so von jedem PC im Büro zugegriffen werden. Der PC kommuniziert mit beliebigen EPL-Knoten über TCP/IP (ping, HTTP, FTP usw.), ohne den Echtzeit-Zyklus zu stören. Damit lassen sich einfach Fernwartungskonzepte für die mit Ethernet Powerlink ausgerüsteten Maschinen umsetzen. Speziell zur Anlagendiagnose kann der EPL-Router mit einer anderen Firmware, zusammen mit dem EPL-Report der port GmbH, zum Einsatz kommen. In dieser Betriebsart wird das EPL-Netzwerk nicht beeinflusst, es werden wichtige Kennwerte, vor allem Zeiten, erfasst, statis-tisch aufbereitet und angezeigt. Dadurch wird die im Powerlink-Protokoll schon vorgesehene Selbstdiagnose im Sinne der Anlagensicherheit wirksam erweitert.
