EthernetPowerlink

Ethernet Powerlink是佇咧標準乙太網路頂懸的即時通訊協定，是由 Ethernet POWERLINK 標準化組（EPSG）管理的開放通訊協定，是由奧地利自動化公司 B & R 佇二空空一年開始使用。

這个通訊協定的名稱中雖然有 Power，毋過佮乙太網路網線的電力分佈、乙太網路供電（PoE）、 電力線通訊（power line communication）抑是鉑傲的 PowerLink 纜線攏無要緊。

簡介

Ethernet Powerlink 是 Ethernet 的擴展，透濫輪詢佮時間切片（timeslicing）機制，會當提供：

• 時間關鍵資料會當確保佇非常短的等時陣（isochronic）週期中傳送，具有可規劃的回應時間。
• 網路頂懸的所有節點攏會使時間仝步（Time-synchronisation）， 精度會當到小可秒以下。
• 較無時間關鍵性的資料傳輸是佇一个專屬的仝步通道中傳輸。

目前的實現方式其循環時間會當到兩百 µs 以下，其時間精度（jitter）小於一 µs。

標準化組織

Ethernet Powerlink 由 Powerlink 標準化組（EPSG）咧推動的，此組織佇二空空三年六月成立，是獨立的協會。

標準化組內底有真濟工作組，譬如講安全、技術、行銷、認證佮尾溜客戶。EPSG 佮標準化組織佮協會做伙運作，類似 CAN in Automation（CiA）佮 IEC（電際電工協會）的關係。

實體層

Ethernet Powerlink 原來的實體層是一百 BASE-TX 快速乙太網路，自從二空空六年底開始，實體層會使支援十億位元乙太網路，其傳輸速率會當提昇到十倍（一 , 零 Mbit / s）。

佇咧實體控制的區域內底，建議用集線器（hub）， 毋通使用網路交換器（switch）， 會當減小延遲以及時間振動（jitter）。 Ethernet Powerlink 使用 IAONA 的 Industrial Ethernet Planning and Installation Guide，會使使用二種的工業乙太網的接頭：八 P 八 C（常稱為 RJ 四十五）佮 M 十二。

資料連結層

Ethernet Powerlink 利用額外匯流排調度的機制（bus scheduling mechanism）， 擴展了標準乙太網的資料連結層，確保仝一个時間干焦一个節點會當佇網路。調度機制內底分做等時階段（isochronous phase）猶閣有非同步階段（asynchronous phase）。 佇等時的階段中會傳送時間關鍵的資料，非同步階段會提供頻寬，傳送非時間關鍵的資料。管理節點（Managing Node，簡稱 MN）會用輪詢請求訊息的方式允准其他的儉點網路。所以仝一个時間干焦一个節點（CN）會用得存取網路，避免往過佇咧使用網路交換器進前，乙太網集線器頂懸會有的資料相磕（collision）情形。往陣無網路交換器的乙太網使用的 CSMA / CD 機制會產生非確定性的乙太網行為，Ethernet Powerlink 使用匯流排調度機制，袂出現這類的行為。

基本的週期

佇系列啟動了後，會佇實時條件下跤來運作 Real-Time domain。基本的週期（basic cycle）的排程是由管理節點（Managing Node）所控制，整體的週期時間會依非同步資料的數量、等時資料的數量，佮每一禮拜欲輸的節點數量來定著。

基本的週期包括以下的階段：

• 啟動的階段（Start Phase）：由管理節點送同步來訊息予所有節點，這个資料框叫做 SoC，禮拜開始（Start of Cycle）。
• 等時的階段（Isochronous Phase）：管理節點會輪流傳送 Preq-Poll 請求資料框予每一个節點，傳送有關製程控制抑是運動控制的時間關鍵資料。定址到的節點會回覆 Pres-Poll 回覆資料框。佇這个階段，所有無咧傳送狀態的節點攏處接收模式，所以這个時陣的通訊系統是生產者-消費者（producer-consumer）的關係。

包括講 Preq-n 和 Pres-n 在內的時間框叫做定址節點的時間槽（time slot）。

• 非同步階段（Asynchronous Phase）：管理節點送出 SoA（Start of Asynchronous，非同步啟始）資料框予某特定節點，授權予該節點傳送特設（ad-hoc）資料。定址到的節點會回覆 ASnd。標準以 IP 為基礎的通訊協定佮定址方式會當佇咧現階段傳送。

網路實時通訊行為的品質會佮整體基本週期時間的精度有關。個別階段的長度會變化，毋過所有的禮拜加起來猶原愛佇基本的週期時間的邊界內。管理節點會監測基本禮拜時間的一致程度。會當規劃非同步佮等時段的時間。

圖一：時間線頂頭的資料框是由管理節點送出，時間線下跤的是由無仝的節點送出。

圖二：各節點的時間槽以及非仝步的時間槽

頻目最佳化的多工（Multiplex for Bandwidth Optimization）

網路系統中除了佇每一个基本週期傳送非同步資料外，為著提高頻目利用率，有一寡節點嘛會當共享傳送時間槽。所以，非同步階段會當區分專屬於特定節點，每一个基本的週期攏會當傳送資料的時間槽，另外一寡時間槽則是由幾个節點共享，幾个基本的週期才會傳送一改的資料。所以其他嘛有時間關鍵資料，毋過優先度較低的節點，會當佇時間為基本的週期整數倍的週期來傳送。管理節點會當規劃每一个傳送週期中的時間槽。

圖三：EPL 的真濟工模式

輪詢響應鏈

輪詢響應鏈（Poll response chaining）模式主要是用佇機器人應用猶閣有大型的超級結構（superstructures）。 其實關鍵就是資料框的數量猶閣有較好的資料分佈。

OpenSAFETY

目前，機械、工廠以及安全系統因為硬體的安全功能組成的嚴謹方案內底。結果是貴參參的網路線以及有限的診斷選項。其實解法是將安全相關的應用資料整合甲串列控制的通訊協定中。OpenSAFETY 容允 publish / subscriber 佮 client / server 兩種通訊的方式。安全相關的資料是佇標準通訊息中的1875入去資料框中傳送。功能安全通訊協定中，需要有避免因為系統錯誤抑是隨機錯誤造成無偵測著失效的機制，是其整體性的一部份。OpenSAFETY 符合 IEC 六桱一千五百空八，滿足安全完整性等級（SIL）三的要求。錯誤偵測機制袂影響現有的傳輸層。

參考資料

• Machine safety Tactical brief , Machine Safety ( PDF ) , Automation World , 二千空一十二 [二千空二十五一孵二十二] ,（原始的內容 ( 會當紮的文件做一个格 ) 存檔佇二千空一十二孵九九七）
• Humphrey , David , openSAFETY Initiative Aims to Unify Industrial Safety Protocols , USA : ARC Advisory Group , 二千空一十二 [二千空二十五一孵二十二] ,（原始內容存檔佇兩千空一十二分八七）
• POWERLINK Awarded National Standard in China , Control Engineering Asia , 二千空一十二 [二千空二十五一孵二十二] ,（原始內容存檔佇咧二千空一十三分一鋪十九）
• DDASCA Consortium defines openSAFETY as standard , Automation . com , 二千空一十二 [二千空二十五一孵二十二] ,（原始內容存檔佇兩千空二十八分之五）
• Zezulka , F . ; Hyncica , o . , Průmyslový Ethernet VIII : Ethernet Powerlink , Profinet ( 會當紮的文件做一个格 ) , Automa , 兩千空八 ,五: 六十二–六十六 [二千空二十五一孵二十二] ,（原始內容存檔 ( PDF ) 佇二千空二十五七抹三十一）
• Which Ethernet system is the right one ? , Control Engineering Europe , 二千空九 [二千空二十五一孵二十二] ,（原始內容存檔佇兩千空一十五五分十一鋪七）

外部連結

• ethernet-powerlink . org Ethernet POWERLINK Standardization Group website
• sourceforge . net / projects / openpowerlink Open Source Stack
• Ethernet Powerlink Group
• OpenSafety Group