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Eine Einführung in POWERLINK

POWERLINK, ursprünglich vom östereichischen Spezialisten B&R entwickelt, wird unter Leitung der EPSG (der Ethernet POWERLINK Standardization Group) von führenden Automatisierern vorangetrieben. Es ist einer der in Europa relevanten Standards für die Nutzung von Ethernet in der Automatisierungstechnik.

Durch seine Vorgeschichte ist POWERLINK sehr verbreitet. Mehr als 100.000 Knoten arbeiten seit mehreren Jahren weltweit störungsfrei in Serienmaschinen und Anlagen. Ethernet POWERLINK, ist ein Kommunikationsprofil zur Erweiterung der Norm IEEE 802.3 (Fast Ethernet) für Automatisierungsaufgaben. Der EPSG Standard wurde bereits als Normungsvorschlag in die IEC eingebracht und akzeptiert.

POWERLINK überzeugt

Der große Reiz von Ethernet liegt in der Möglichkeit, das Medium vom Sensor bis in die Leitebene zu benutzen. POWERLINK legt jedoch großen Wert darauf, dass sich der Anwender weiterhin auf seine Applikation konzentrieren kann und nicht durch Netzwerkadministration blockiert wird.

Ein Automatisierungstechniker kann seine Komponenten nach wie vor mit dem Schraubenzieher tauschen. Die Adressvergabe ist einfach gelöst und trotzdem sind die Echtzeitgeräte über IP-Adressen unternehmensweit erreichbar.

Nicht nur hohe Geschwindigkeit verbunden mit Echtzeitfähigkeit und IP-Integration sind Ziele der EPSG. Auf der Anwenderschicht wird eine hohe Offenheit von Geräteprofilen vorangetrieben. Es existiert eine Zusammenarbeit mit dem CiA (CAN in Automation) gemeinsam die CANopen Kommunikations- und Geräteprofile in Ethernet POWERLINK zu integrieren. Die Kombination der Vorteile von Echtzeit-Ethernet und den CANopen-Profilen bietet damit eine Durchgängigkeit vom einfachen Sensor über schnelle Antriebssysteme bis zum Fabriknetzwerk. Die Integration der offenen Geräteprofile ist bereits abgeschlossen.

Dienstleister wie die port GmbH bieten Software Tools und Dienstleistungen zur Geräteentwicklung. In der EPSG arbeitet man inzwischen an nützlichen Erweiterungen wie der Zeitsynchronisation im gesamten Unternehmensnetzwerk und der Integration sicherheitsrelevanter Funktionen.

POWERLINK Entwicklungsziele

  • Fast Ethernet nach IEEE802.3u 100BASE-TX als Übertragungsmedium
  • Verwendung von Standard-Hubs and Standard Kabeln
  • Deterministische Übertragung von zyklischen Daten mit minimaler Zykluszeit von 200 µs
  • Jitter kleiner als 1 µs
  • Übertragung von deterministischen und zeitunkritischen Daten
  • Verwendung von Standard IP Protokollen (TCP, UDP, HTTP)

POWERLINK Funktionsweise

In POWERLINK werden alle Datenübertragungen zur Vermeidung von Frame-Kollisionen auf dem Ethernet von einem Manager «Managing Node» MN kontrolliert.


Die Geräte, «Controlled Node» CN, senden nur, wenn sie vom Manager dazu aufgefordert werden. Ein POWERLINK-Zyklus wird in zwei Zeitbereiche aufgeteilt. Wird ein «Start of Cyclic» (SoC) Frame vom Manager als Broadcastnachricht an alle Controller gesendet, beginnt die streng deterministische «Cycle Period». In diesem Zyklus erfolgt ein isochroner Datenaustausch. Der Managing-Node sendet sequenziell zu jedem Node im Unicast mode einen «Poll Request».

Der adressierte Node beantwortet den «Poll Request» so schnell wie möglich mit einer «Poll Response». Die Antwort wird als Multicast Nachricht gesendet, und kann daher nicht nur vom Manager, sondern von jedem interessierten Node empfangen werden.

Direkt im Anschluss folgt die «Asnychronous Period». Der Manager fordert hier wieder jeden Node einzeln mit einer Unicast «Invite» Nachricht auf, Daten zu senden. Die Knoten können in diesem Teil des Zyklus z.B. IP-Frames senden.

Durch die Verwendung von Hubs sind beliebig viele Topologien realisierbar. Von externen Legacy Ethernet und IP Netzwerken kann man über spezielle POWERLINK-fähige Router direkt auf POWERLINK-Geräte zugreifen.


Die Einführung einer CANopen konformen Anwendungsschnittstelle ermöglicht auch die einfache Migration von CANopen nach POWERLINK oder die Kombination beider Busse in Anlagen.

POWERLINK Funktionsweise

  • Bis zu 240 Geräte in einem POWERLINK Strang
  • POWERLINK Manager: 240 TX-PDO, 240 RX-PDO
  • PDO Mapping mit bis zu 254 Objekten
  • Maximale Größe eines PDO ist 1490 Bytes
  • Jedes Gerät kann mit jedem anderen über SDO kommunizieren
  • Fehlernachrichten mit detaillierten Fehlerinformationen
  • Standard Boot-Up Verhalten und Konfigurationsmanager definiert

POWERLINK Software

Die Standardisierung der Version 2.0 ist abgeschlossen und als öffentliches IEC Dokument verfügbar. Viele Firmen haben bereits funktionierende Implementierungen.

Auf Messen werden vielversprechende Multivendor-Anlagen gezeigt. Praxiserprobte Geräte der Version 1.0 sind weltweit im Einsatz. port GmbH stellt bereits jetzt Software für die Implementierung von Controlled Nodes nach V2.0 mit CANopen Application Interface bereit. Fertige Beispielimplementierung eines POWERLINK-Controlled Node liegen für den Freescale Prozessor MC9S12NE64, für Xilinx FPGAs und für den STR910 von ST Microelectronic vor.

Der port POWERLINK-Protokollstack ist in einer generischen Version, welche einfach an unterschiedliche Target-Systeme und Betriebssysteme angepasst werden kann, verfügbar.

Der Standardisierungsprozess von Ethernet POWERLINK und der verfügbare Kenntnisstand erfordern zum gegenwärtigen Zeitpunkt eine enge Zusammenarbeit zwischen Geräteentwicklern und Stack Providern. port bietet Ihnen hierzu ihre Dienstleistungen und Erfahrungen an.