Ethernet Powerlink

Ethernet Powerlink ist ein Verfahren, das gewöhnliches Ethernet für die Automatisierungstechnik echtzeitfähig macht. Es wurde 2001 von B&R vorgestellt und wird seit 2003 von der Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG) gepflegt.

Das Problem, das es löst: Ethernet teilt den Zugriff ursprünglich über CSMA/CD zu. Wer senden darf, entscheidet sich im Konfliktfall zufällig, und damit lässt sich keine obere Grenze für die Zustellzeit angeben. Für eine Steuerung, die alle 400 Mikrosekunden einen Wert braucht, ist das unbrauchbar.

Zeitschlitze statt Wettbewerb

Powerlink setzt deshalb über Ethernet eine eigene Zuteilung, die sich SCNM nennt (Slot Communication Network Management).

Ein Teilnehmer übernimmt die Rolle des Managing Node. Er spricht in jedem Zyklus alle anderen — die Controlled Nodes — der Reihe nach einzeln an, und nur der jeweils angesprochene darf antworten. Zwei Teilnehmer können damit nie gleichzeitig senden, und eine Kollision kann gar nicht erst entstehen.

Jeder Zyklus besteht aus zwei Abschnitten:

• Isochroner Teil — die zyklischen Prozessdaten, in fester Reihenfolge, mit zugesicherter Zeit.
• Asynchroner Teil — der Rest: Parametrierung, Diagnose, Dateiübertragung, auch gewöhnlicher IP-Verkehr. Er bekommt, was an Zeit übrig bleibt.

Die Trennung ist der Kern des Verfahrens. Ein Programmiergerät, das während des Betriebs Daten überträgt, kann die Steuerung nicht ausbremsen, weil es nur im asynchronen Fenster zum Zug kommt.

Erreichbar sind Zykluszeiten bis herunter in den Bereich von 100 bis 200 Mikrosekunden bei einem Jitter unterhalb einer Mikrosekunde.

Keine besondere Hardware

Die Besonderheit gegenüber anderen Echtzeitverfahren: Powerlink arbeitet ausschließlich auf Schicht 2 und kommt mit gewöhnlichen Ethernet-Bausteinen aus. Es braucht keine eigenen Schaltkreise in den Teilnehmern und keine besonderen Switches — die Zuteilung steckt vollständig in der Software.

Das macht die Umsetzung günstig und die Portierung auf vorhandene Hardware einfach. Mit openPOWERLINK steht eine quelloffene Umsetzung unter GPL bereit, was das Verfahren für Forschung und Eigenentwicklungen zugänglich macht.

Die Gegenseite der Medaille: Innerhalb eines Powerlink-Segments wird mit Hubs statt Switches gearbeitet, weil die Zwischenspeicherung eines Switches die Laufzeit unvorhersehbar macht. Das begrenzt die Topologie und wirkt gegenüber heutiger Netztechnik altertümlich.

Für die Beschreibung der Geräte und ihrer Daten übernimmt Powerlink das Objektverzeichnis von CANopen, das auch über CAN verwendet wird. Geräteprofile lassen sich dadurch zwischen beiden Welten weiterverwenden.

Nicht zu verwechseln mit Powerline

Der Name führt regelmäßig in die Irre. Powerline überträgt Netzwerkdaten über das Stromnetz und hat mit Ethernet Powerlink nichts zu tun — Powerlink läuft über gewöhnliche Netzwerkkabel.

Verbreitung

Powerlink ist ein Nischenverfahren geblieben. Es ist eng mit B&R verbunden und findet sich vor allem in Maschinen dieses Hauses und seines Umfelds.

Durchgesetzt haben sich stattdessen PROFINET mit der größeren Herstellerbasis und EtherCAT, das durch Verarbeitung im Durchlauf noch kürzere Zykluszeiten erreicht. Wer heute neu auslegt, trifft Powerlink selten an; in Bestandsanlagen ist es weiterhin anzutreffen und wird weiter gepflegt.

Normen

• IEC 61784-2 – Industrielle Kommunikationsnetze, Profile (Powerlink als CPF 13)
• EN 50325-4 – CANopen, Grundlage des verwendeten Objektverzeichnisses