Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Ethernet Powerlink Ethernet Powerlink  Protocole temps réel Déterministe Pour Ethernet standard Protocole ouvert Exempt de licence Régi par l'Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG) Introduit pour la première fois sur le marché par la société B&R en 2001 http://www.br-automation.com Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Standardisation : Powerlink est un standard géré par l'EPSG (Ethernet Powerlink Standardization Group), une association indépendante regroupant aussi bien des utilisateurs que des fabricants. L'EPSG compte aujourd'hui plus de 400 membres dont Alstom Power, B&R, Lenze... L'association comprend différents groupes de travail : sécurité, technologie, marketing, certification, utilisateurs finaux. L'EPSG collabore avec d'autres organismes et associations de standardisation comme le CAN in Automation (CiA) et l'IEC. http://www.ethernet-powerlink.org/ Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Principe de fonctionnement : Extension d’Ethernet Mécanisme Scrutation (pooling) Découpage temporel Données critiques : cycles isochrones très courts Temps de réponse configurable Données moins critiques : Phase asynchrone réservée Tous les nœuds du réseau sont synchronisés avec une très grande précision Entièrement conforme à la norme 802.3 de l’IEEE S’implémente sur les composants Ethernet standard du commerce Aucun composant propriétaire Institute of Electrical and Electronics Engineers http://standards.ieee.org http://www.ieee.org Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Couche physique : 100Base-X Fast Ethernet (IEEE 802.3) Gigabit Ethernet Basé sur le modèle ISO Application complète du concept Ethernet S’exécute avec des modules standard Connecteur RJ45 et M1 acceptés Aucun changement majeur systèmes, composants, câblages Temps réel : Hubs répéteurs à la place de Switchs Couche liaison de données : Mécanisme d’ordonnancement Accès au réseau de manière cyclique Mécanisme additionnel Un seul nœud accède au réseau à la fois Pas de collisions CSMA/CD Phase isochrone Phase asynchrone Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Couche liaison de données : Données temporelles critiques : phase isochrone Données non critiques : phase asynchrone Le CSMA/CD n’est plus activé Pas de collisions Basé sur le modèle ISO Un Nœud gestionnaire – Managing Node - MN Emet des messages de scrutation (pool request) Un seul nœud à la fois a accès au réseau Evite les collisions propres à l’Ethernet standard Le nœud qui a accès au réseau à un moment donné est le CN – Controlled Node Pas de collisions Le mécanisme d’ordonnancement empêche l’apparition de collision CSMA/CD Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Cycle de base : Nœud MN Phase de Start Ordonne la communication au cours du cycle de base Phase isochrone Phase asynchrone La durée totale du cycle dépend de la quantité de données isochrones et asynchrones ainsi que du nombre de nœuds à scruter au cours de chaque cycle Fonctionnement en conditions Temps Réel Phase de Start Le nœud MN émet un message de synchronisation à tous les nœuds du réseau La trame correspondante est appelée SoC – Start of Cycle Phase Isochrone Le nœud MN appelle chaque nœud à transmettre ses données critiques Pour cela il émet une trame dite Preq – Pool Request Le nœud appelé répond avec une trame dite Pres – Pool Response Tous les nœuds restent à l’écoute des données véhiculées sur le réseau La communication est du type Producteur/Consommateur L’intervalle de temps Preq-n – Pres-n est appelé Tranche de Temps pour le nœud Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Cycle de base : Phase Asynchrone Le nœud MN donne droit à un nœud en particulier d’émettre ses données Pour cela il émet une trame dite SoA – Start of Asynchronous Le nœud destinataire répond avec un trame Asnd Les protocoles et adressages basés sur IP peuvent être utilisés au cours de cette phase Les trames au-dessus de l'axe des temps sont émises par le MN, celles au-dessous par les différents CNs. Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Cycle de base : La qualité du comportement temps réel : Dépend de la précision du temps de cycle. La longueur des différentes phases peut varier tant que la durée totale des phases réunies ne dépasse pas la limite de temps du cycle de base. Le nœud MN surveille si cette limite n'est pas dépassée. La durée des phases isochrone et asynchrone est configurable.  Tranches de temps pour les nœuds et tranche de temps asynchrone Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Cycle de base : Optimisation de la bande passante par multiplexage La phase isochrone peut comporter deux types de tranches de temps : Celles attribuées aux mêmes nœuds d'un cycle à l'autre permet à ces derniers d'émettre leurs données à chaque cycle de base. Celles partagées par plusieurs nœuds émettant leur données à tour de rôle en l'espace de plusieurs cycles. Peut être utilisé pour des données moins importantes mais néanmoins toujours critiques. L'attribution des tranches au cours de chaque cycle revient au nœud MN. Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Les implémentations récentes de Powerlink atteignent des temps de cycle inférieurs à 200 µs et une précision (jitter) de 40 ns. Le Slot Communication Network Management (SCNM) organise l’échange temporel des données. Le standard Ethernet n’est pas touché par l’implémentation de la pile Powerlink. Les fabricants peuvent ainsi garantir que Powerlink tourne sur des matériels Ethernet classiques. Patrick Monassier - Powerlink - 2009

Patrick Monassier - Powerlink - 2009 Powerlink Safety est un protocole temps réel basé sur Ethernet et destiné à la remontée des informations de sécurité. CANOpen est une couche applicative (couche 7 du modèle OSI), originellement pour les bus de terrain du type CAN (Controller area network) fonctionnant en temps réel. D'autres bus intègrent depuis peu CANopen, tel EtherCat, Powerlink démontrant par là l'intérêt de l'industrie pour ce mode de communication. Il est utilisé dans de nombreux domaines : automobile, agricole, industriel (ascenseurs, escaliers roulants, motion control) et médical (rayons X, salles d'opérations). Ce bus de terrain est connu pour être une solution de communication économique et efficace. Fin de document Patrick Monassier - Powerlink - 2009