工业过程的远程控制。POWERLINK协议应用外文翻译资料

外文原文（一）

Remote control of the industry processes. POWERLINK protocol application

Abstract

The present technological development enables the use of solutions characterized by a lower failure rate, and work with greater precision. This allows you to obtain the most efficient production, high speed production and reliability of individual components. The main scope of this article was POWERLINK protocol application for communication with the controller B amp; R through communication Ethernet for recording process parameters. This enables control of run production cycle using an internal network connected to the PC industry. Knowledge of the most important parameters of the production in real time allows detecting of a failure immediately after occurrence. For this purpose, the position of diagnostic use driver X20CP1301 Bamp;R to record measurement data such as pressure, temperature valve between the parties and the torque required to change the valve setting was made. The use of POWERLINK protocol allows for the transmission of information on the status of every 200mu;s.

Keywords:Powerlink protocol, Bamp;R controller, real-time detection

1. Introduction

Production speed and reliability - these two play a key role in the world of industrial automation. The development of technology enables you to make any object faster and faster with greater accuracy.Each production process consists of several components whose respective assembling and scheduled work is important for proper implementation of the element. Often, the information between the components of the production line must be transmitted immediately in real time to ensure the correctness of the cycle. Many existing solutions are based on copyrighted data transfer protocols forcing consumers to purchase parts of individual businesses, since implementation of other data protocols is not possible. B amp; R has gone from building its own data transfer system and has based its POWERLINK solution on Ethernet.

1. POWERLINK
   1. Description

Created on the valid standards POWERLINK is an IEEE 802.3 Ethernet enhancement with mixed polling and time quantization. This solution enables critical data to be transmitted in very short and precise isochronous cycles whose duration can be configured. Lower priority data is sent by the reserved asynchronous channel. This involves distinguishing real-time domains and non-real-time domains as it shows figure 1. Lower priority information is distributed between the real-time domain and the real-time domain using standard IP frames.

Figure 1. Network Structure.

This solution increase the occurrence of damage caused by the transmission of erroneous data or hacker attacks on the machine level is prevented. The clear boundary between the machine and the company network protects against security flaws while maintaining data transparency.

POWERLINK protocol is based on the model layer ISO / OSI and supports depending on the type of client-server and producer-recipient. The foundation is IEEE 802.3 standard layers with current physical layer 100BASE-X. In the future this may be the development of layers of faster Ethernet variants for example Gbit Ethernet. The protocol uses a MAC addressing system, so each device on the network receives a unique MAC address. Nodes in the real-time domain receive additionally EPL node identifiers. Ethernet POWERLINK also allows standard IP addressing, so that real-time devices are monitored from anywhere in the world via the Internet. POWERLINK binds the device address to the node selection switch on the front of the enclosure so that when replacing devices their IP addresses are retained and there is no need to renter them. This protocol is integrated into the CAN open of communication profiles and device profiles, enabling the transfer of applications from the CAN bus used to Ethernet-based environments.

The isochronous phase can distinguish between transfer slots dedicated to particular nodes, which have to send their data in every basic cycle, and slots shared by nodes to transfer their data one after the other in different cycles as it shows figure 2.

Figure 2. Powerlink cycles.

• 1. Why Ethernet?

Today, the main criteria when implementing modern technology is their price and reliability. One of the most commonly chosen standards for industrial communications is Ethernet, a technology that was developed more than 40 years ago and is constantly evolving. It provides long-term stable performance, fast and reliable device-level communication such as I / O modules, sensors, operator panels, drivers. One of the biggest advantages of Ethernet is the flexibility and openness that makes it easy to integrate multiple types of devices from different manufacturers. Knowledge of Ethernet technology is widely recognized today as a matter of common knowledge that it is a well-known technology whose price-to-ability ratio is low. This technology is based on the idea of nodes connected to one source. Each node sends and receives messages (frames). There are many versions of Ethernet that present (table 1).

Table 1. Ethernet versions.

The high bandwidth of the network allows for the transmission of more data and connectivity at the information level of computers. With POWERLINK, Ethernet operates with a cycle time of 200 mu;s, and its precision is microsecond.

2.3. POWERLINK frame

POWERLINK protocol is embedded in the second Ethernet frame. IEE802.3 complies with frame rates between 64 Bit and 1518 Bit. The MAC Address and CRC size is 18 bits, leaving a free range of 46 Bit -

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外文翻译（一）

作者：A.Woacute;bel, D.Paruzel, B. Paszkiewicz

出处：IOP Conference Series: Materials Science and Engineering

工业过程的远程控制。POWERLINK协议应用

摘要

随着技术的发展，我们现在能够在工业中使用具有以下特征的控制手段：较低的故障率，更高的工作精度。这使得人们能够获得最高的生产效率，最快的生产速度，同时各部件的可靠性也有保障。本文的主要论述范围是Powerlink协议的应用，这种协议利用通过记录工艺参数的以太网通信所实现的Bamp;R控制器来进行通信。并能使用与PC产业相关的内部网络，实现对运行周期的控制。同时，对生产过程中的重要参数的实时检测使得我们能够在故障发生的第一时刻就检测到错误。为此，我们需要使用X20CP1301 Bamp;R驱动程序对诊断位置的检测数据进行记录，比如压力、各部件间的温度阀以及需要改变并重新设定的扭矩等。Powerlink协议使每200微秒发送一次状态成为可能。

关键词：Powerlink协议，Bamp;R控制器，实时检测

1. 介绍

生产速度和可靠性--这两者在工业自动化领域发挥着关键作用。技术的发展使得人们能够以更高的精确度让目标物体运行的越来越快。每个生产过程都包含若干个部分，它们各自的装配和工作进程对于目标的正确运行是非常重要的。通常情况下，生产线各部件之间的信息必须进行实时传输，以确保周期的正确性。许多现有的方案都是基于受版权保护的数据传输协议，同时又不能利用其他的数据协议，这就迫使消费者必须购买一部分个人业务。Bamp;R并不是建立自己的数据传输系统，而是一种建立在以太网上的Powerlink解决方案。

1. POWERLINK

2.1描述

Powerlink是在有效标准上创建的IEEE 802.3以太网增强版协议，具有混合轮询和时间量化功能。该解决方案使关键数据能够在非常短且精确的等时周期中传输，其持续时间可以被配置。较低优先级的数据由保留的异步信道发送。这涉及到区分实时域和非实时域，如图1所示。采用标准IP帧在实时域和实时域之间分配低优先级信息。

图1 网络结构

这种解决方案增加了因传输错误数据或黑客攻击而造成的损坏，防止了对机器级的攻击。机器与公司网络之间清晰的界限在保持数据透明性的同时防止安全漏洞。Powerlink协议基于模型层ISO/OSI，具体取决于客户端-服务器和生产者-收件人的类型。其基础是具有当前物理层100BASE-X的IEEE802.3标准层。将来，这是可以开发更快的Gbit以太网的层。该协议使用MAC寻址系统，因此网络上的每个设备接收唯一的MAC地址。而实时域中的节点则另外接收EPL节点标识符。以太网Powerlink还允许标准IP寻址，以便通过Internet从世界上任何地方实时监控设备。Powerlink将设备地址绑定到存储模块前面的节点选择交换机，以便在更换设备时保留其IP地址，且无需重新发送它们。该协议被集成到通信简档和设备简档中，能够从CAN总线传送应用到基于以太网的环境。

等时阶段可以区分专用于特定节点的传送时隙，这些传送时隙必须在每个基本周期中发送它们的数据，而由节点共享的时隙则在不同的周期中以不同的周期传送它们的数据，如图2所示。

图2 Powerlink循环

2.2 为什么选择以太网？

如今，可实现的现代技术的主要标准是其价格和可靠性。工业通信最常用的标准之一是以太网，这是40年前开发的技术并在不断发展。它提供长期稳定的性能、快速可靠的设备级通信，例如I/O模块、传感器、操作员面板、驱动程序等。以太网的最大优点是灵活性和开放性，这使得来自不同制造商的多种类型的设备易于集成。以太网技术的知识被广泛地认为是一项众所周知的技术，其价格与性能的比率很低。该技术基于节点连接到一个源的思想，每个节点发送和接收消息(帧)。目前，存在许多版本的以太网(表1)。

表1 以太网版本

类型	名称	缆绳种类	范围
快速以太网 100 Mb/s	100Base - TX	2-4双绞纤维类5	100 m
	100Base - FX	多模 光纤	2 km
	100Base - LX	光导 纤维	10 km
吉比特以太网 1 Gb/s	1000Base - T	铜缆双绞线类5/5e	100 m
	1000Base - SX	光学 纤维	550 m
	1000Base - LX	光学 纤维	10 km
10吉比特以太网10 Gb/s	10GBase - SR	多模 光纤	82 m
	10GBase - LR	单模 光纤	10 km
	10GBase - T	电缆类别 6A	55 m

网络的高带宽允许在计算机的信息层传输更多的数据和连接。使用Powerlink，以太网的工作周期为200mu;s，其精度为微秒。

2.3 Powerlink帧

Powerlink协议嵌入在第二个以太网帧中。IEE802.3符合64位到1518位之间的帧速率。MAC地址和CRC大小为18位，留下了46位-1500位的空闲范围。

Powerlink协议帧的构造是不同的-图3。第一部分-帧首，标识信息类型并包含寻址信息。第二部分-有效载荷，取决于实际的信息类型。信息类型如表2所示。

图3 以太网和Powerlink帧

表2 Powerlink信息类型

ID	缩写	名称	目的
01h	SoC	循环开始	确定新周期的开始，并同步网络中的所有节点。
03h	PReq	调用请求	请求节点发送PollResponse。向此节点发送等时数据。
04h	PRes	调用响应	对PollRequest的回应。向网络发送等时数据。
05h	SoA	异步起动	确定异步阶段的开始。也可以将异步时隙分配给节点。
06h	ASnd	异步发送	通过Powerlink/asnd协议(例如NMT命令)传输异步数据。
07h	AMNI	主动管理节点指示	指示网络的活动MN(由EPSG302-A-高可用性使用)
0Dh	AInv	异步邀请	将异步时隙分配给节点(由EPSG302-B-Multipleasnd使用)

2.4工作模式

支持Powerlink的设备可以在基本以太网模式和Powerlink模式下工作。首先，它们直接在不需要实时数据传输的现有以太网网络上工作。Powerlink模式基于实时操作，其中循环时间取决于同步和异步数据的数量以及网络节点的数量。基本周期分为三个阶段：

1）启动阶段--其中的所有节点都与管理节点同步。

2）等时阶段--管理节点为每个节点分配一个固定宽度的时间窗口，用于关键时间数据传输。可以侦听其他节点发送的所有数据。

3）异步阶段--管理节点释放该节点的网络，以便通过标准IP协议和IP地址及时传输非关键数据。

根据总周期时间的长短，实时工作的质量可能有所不同。各个阶段的长度可以自由配置，但不得超过基本周期长度。

1. 站

图4显示了物理过程参数记录器的模式，如压力、温度和扭矩。这个记录是连接到X20CP1301 PLC驱动程序，它允许直接连接250个I/O模块，从而提供了大约3000个通道。控制器中包含了Powerlink X20IF1082接口。这个接口有两个RJ 45接口，用于配置Powerlink连接。在Bamp;R自动化演播室环境下，对空间站的物理参数进行可视化，并在Bamp;R的HMI电源面板C70上显示。

带有Powerlink协议的记录器允许在驱动程序之间实时传输变量。

图4物理数据记录器

该站实现了阀门两侧的压力测量，阀门旋钮上的温度和扭矩测量等。压力、温度和扭矩传感器的数据以毫秒为单位同步。一个200 nm的扭矩传感器连接到位于中央部分的工艺参数记录仪。温度传感器范围在-50℃至150℃之间，而压力测量范围在0至10巴之间。所有传感器的模拟输出范围为0-10V。该站的设计目的是根据扭矩传感器产生的扭矩值来优化阀门设置变化的时间，并通过对测量参数之一的增加值的短响应时间来确保整个系统的安全。

1. 网络结构

在Bamp;R X20 CP1301 PLC注册的物理参数记录器与网络其他部分之间传输数据的能力起着关键作用。该工作站采用的网络结构是基于Powerlink通信协议的。

图5工作站网络结构

图5显示了工作站网络的结构，其中每个测量元件与PLC的清晰组合是可见的，然后使用X20IF1082接口访问人机界面以获得所有实时测量值。通过对工艺参数的实时了解，可以根据站的目的在阀门上产生适当的扭矩，并在0.2秒内执行此操作。任何时候的网络结构都可以根据所传输数据的优先级，使用实时或外部实时工作的附加组件来扩展。

加入Powerlink协议允许用户从技术角度注册那些相关的参数，在特定的时间更新其他值，而不是每个周期。这既节省了信息传输时间，又节省了数据处理设备的内存。

快速响应时间大大提高了过程的安全性和操作质量。

1. 结论

Powerlink是新一代机器的实时协议，需要实时响应和高性能。系统的日益复杂，使工业面临的任务越来越困难，人们通过增加机器轴的数量以争取最高的可能速度和精度。为此，我们有必要协调所有的工作轴。高速印刷机和跨越几微秒的可跟踪传感器的采样频率明显地阻碍了实时机器通信。Powerlink可通过其主要功能来处理现代问题。第一个功能是交叉业务支持，网络上的所有驱动器可同时从网络节点接收数据，且主机不需要允许驱动器立即响应传送的数据。该协议还使用从节点的乘法-不是每个节点都必须在同一周期中进行反应，从而即使在多轴机器中也能减少周期时间。支持Powerlink协议的另一个方面是其价格。由于FPGA的使用，工业以太网接口的成本在传统的现场总线解决方案的限度内。由于自动化过程的快速发展，该协议在工业中的使用将极大地改善响应时间和产品质量。以

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