Ethernet POWERLINK

O Ethernet POWERLINK é o único protocolo com desempenho na casa dos µs​ que não viola nenhum padrão Ethernet.

Sendo assim, como é possível que o Ethernet POWERLINK seja uma rede determinística e não probablilística?

Vamos descobrir nessa aula.

O POWERLINK é baseado no modelo ISO/OSI (padrão de camadas IEEE 802.3). Suporta comunicação cliente/servidor e relações produtor/consumidor.

A camada física é 100BASE-X, termo utilizado para se referir a qualquer sistema de mídia de Ethernet rápida baseado em código de bloco 4B/5B (Introduction to Ethernet Powerlink, 2017).

O ciclo POWERLINK é dividido em duas fases, a fase isócrona e a fase assíncrona.

Vamos ver como funciona cada uma dessas fases.

Nessa aula vamos explorar a estrutura de um quadro POWERLINK. As camadas individuais (do modelo OSI) encapsulam umas às outras. Uma camada superior é sempre incorporada nos dados de carga útil da camada abaixo dela.

Nessa aula vamos tratar da comunicação cruzada direta do ethernet POWERLINK, esse recurso torna possível para um CN ler dados de outro CN (no quadro PRes) diretamente da rede.

​O ciclo de comunicação POWERLINK pode ser otimizado eliminando alguns quadros que são trocados no modo tradicional e proporcionando um melhor desempenho e otimização da comunicação.

Um desses métodos é o método de encadeamento de mensagens que veremos nessa aula.

Para otimizar o tempo de ciclo e representar melhor a aplicação real na rede, os nós também podem ser operados em modo multiplexado. ​

Isso significa que cada CN só é endereçado pelo MN a cada enésimo ciclo. ​

A fase assíncrona segue imediatamente após a fase isócrona. O MN inicia estafase enviando o quadro Start of Asynchronous (SoA).

A estrutura da interface de aplicação CANopen utiliza um dicionário de objetos (OD).

Vamos ver uma breve descrição de como ele é constituido e como tudo funciona no POWERLINK.

​Nessa aula vamos aprender um pouco sobre os chamados perfis de dispositivos em uma rede Ethernet POWERLINK baseados no CANopen.

O protocolo Service Data Object pode fornecer acesso assíncrono a objetos na rede Ethernet POWERLINK.

Vamos analisar como ele trabalha.

Os dados trocado em uma comunicação POWERLINK são armazenados dentro de quadros PDOs.

Os objetos de dados de processo transferidos ciclicamente são incorporados em quadros PDOs.

Vamos ver como tudo funciona nessa aula....

Nessa aula vamos tratar do tema de mapeamento.

O mapeamento é o processo de atribuição de dados cíclicos de rede a objetos de um nó específico (e seus respectivos pontos de dados/variáveis de processo).

​Para que possamos fixar bem as etapas na definição de mapeamento na comunicação POWERLINK usando os PDOs vamos agora ver um exemplo de aplicação com um encoder rotativo POWERLINK enviando dados para um nó gerenciador da rede (MN).

O termo "gerenciamento de rede" (NMT) refere-se a todos os mecanismos usados para consultar e modificar os modos de operação dos nós POWERLINK. Inclui também a identificação de novos nós.

​Cada nó POWERLINK temum número de nó, ou NodeID, que o identifica exclusivamente no segmento POWERLINK.

Para facilitar a manutenção, esse número geralmente é definido usando duas chaves rotativas hexadecimais.

​A rede POWERLINK possui uma topologia flexível, trazendo maior confiabilidade nas configurações.

A conexão entre dispositivos em uma aplicação POWERLINK é de grande importância na atmosfera industrial, na qual umidade, esforço mecânico, poeira e outras situações comuns no chão de fábrica são elevadas.

Todo dispositivo com uma interface POWERLINK deve incluir uma descrição de suas características na forma de um arquivo de descrição de dispositivo XML (XDD). Este arquivo pode ser interpretado por uma ferramenta de configuração para configurar os nós individuais e, por sua vez, toda a rede POWERLINK (a partir do MN). O arquivo XDD descreve o dicionário de objetos do respectivo nó POWERLINK.

​A rede POWERLINK permite implementar dois tipos de redundância, dependendo da criticidade da aplicação: redundância de meio e redundância mestre​.

O OpenSafety tem o objetivo de conduzir o tráfego de dados de segurança entre o MC e o CN. Com ele, a EPSG originou o protocolo de segurança 100% aberto, e assim, pode ser implantado em todos Fieldbuses, aplicações que utilizam Ethernet Industrial ou comunicações de soluções específicas.

​Nessa aula vamos fazer uma pequena comparação entre o protocolo ethernet POWERLINK e alguns outros protocolos baseados em Ethernet Industrial.

​Nessa primeira aula prática vamos iniciar a montagem e configuração de nossa primeira rede POWERLINK utilizando a plataforma do Automation Studio da B&R.

Aqui veremos como inserir o nosso controlador que será o nó MN da rede e também duas remotas que serão nossos CNs.

Demostraremos como configurar os endereços dos CNs na plataforma de configuração para que fiquem igual ao endereço físico selecionado nas chaves dos dispositivos.

​Nessa nova aula vamos aprender como configurar o recurso DNA em um CN na rede POWERLINK.

Com o POWERLINK, um canal de mapeamento de I/O corresponde a um objeto específico (ciclicamente) transferido que existe no nó selecionado. Todos os canais de mapeamento de I/O ativados para CNs são resumidos na "imagem do processo" no MN.

​O tempo de ciclo é definido como o tempo entre dois quadros SoC (Start of Cyclic). O SoC é enviado pelo MN para marcar o início de um novo ciclo POWERLINK e sincronizar todas as estações na rede.

Se você souber pelo menos o número e o tipo de nós na rede POWERLINK, poderá estimar rapidamente o tempo de ciclo​.

Vamos ver mais detalhes agora de como descobrir o tempo de ciclo da nossa rede Ethernet POWERLINK.

Nessa aula vamos aprender mais algumas configurações referentes a temporização da rede Ethernet POWERLINK na plataforma Automation Studio da B&R.

E faremos uma demostração do tempo de ciclo do POWERLINK na prática.

​Uma maneira de reduzir o tempo de ciclo do POWERLINK é usar comunicação cruzada direta para comunicação CN-para-CN. Um exemplo de aplicação que usa comunicação cruzada direta é para controle de motor nos casos em que um controlador de eixo escravo precisa ler a posição de um eixo mestre para sincronizar o movimento.

Vamos ver essa configuração CN-para-CN na prática nesta aula.

As seguintes configurações apresentadas nessa aula utilizando a plataforma do Automation Studio podem ser usadas para reduzir o tempo de ciclo do POWERLINK ou aumentar o número máximo de nós (CNs que participam do ciclo completo) em uma rede POWERLINK. Vamos aprender na prática a configurar o modo de comunicação multiplexada e encadeada.

​Nessa aula vamos ver na prática como trabalhar com mensagens SDO na fase assíncrona do Ethernet POWERLINK.

Um sistema CLP normalmente inclui três componentes básicos, que são o sistema operacional (tempo de execução de automação), o barramento de backplane / barramento de dados interno (X2X) e o fieldbus (POWERLINK). A maneira como esses componentes interagem pode ser otimizada para as necessidades de uma aplicação específica usando várias configurações no Automation Studio e é isso que vamos aprender nesta aula.

Todo dispositivo com uma interface POWERLINK deve incluir uma descrição de suas características na forma de um arquivo de descrição de dispositivo XML (XDD). Este arquivo pode ser interpretado por uma ferramenta de configuração para configurar os nós individuais e, por sua vez, toda a rede POWERLINK (a partir do MN).

Nessa aula vamos aprender a instalar arquivos XDD de outros fabricantes na plataforma do automation Studio da B&R.

​Muitas vezes não é uma tarefa simples descobrir por que uma máquina não inicia, ou pior ainda, por que ela parou de funcionar no meio de um processo. Quando se trata de identificar a origem de um mau funcionamento o mais rápido possível, nada substitui as poderosas ferramentas de diagnóstico e o conhecimento de como usá-las. Essas ferramentas são apresentadas nas aulas desse módulo e agora vamos começar vendo opções dentro da plataforma Automation Studio da B&R.

A biblioteca ASEPL que utilizamos em aulas passadas, para enviar dados acíclicos via SDO no POWERLINK pode ser utilizada também para obter informações que nos ajudam a diagnosticar problemas em uma rede Ethernet POWERLINK.

Vamos explorar um pouco dessa possibilidade com exemplos aqui nesta aula.

Como o POWERLINK é baseado em Ethernet padrão, todas as ferramentas de diagnóstico de rede baseadas em Ethernet podem ser usadas. Para o diagnóstico de problemas difíceis de rede, e a ferramenta Wireshark se mostra muito eficaz para esse propósito. O Wireshark já vem com suporte ao POWERLINK habilitado. Nessa aula vamos aprender como podemos utilizar essa ferramenta que é gratuita para nos ajudar a resolver problemas em nossa rede Ethernet POWERLINK.

Cada dispositivo POWERLINK usa os mesmos LEDs indicadores de status/erro e os códigos piscantes correspondentes. Uma descrição geral dos LEDs e seu comportamento é fornecida em EPSG DS 301 V1.2.0 - Communication Profile Specification.

O openPOWERLINK é uma implementação de código aberto do protocolo POWERLINK que pode ser usado como nó de gerenciamento (MN) ou nó controlado(CN). Esta implementação do protocolo POWERLINK também é chamada de "pilha de protocolo" ou simplesmente"pilha".

A pilha openPOWERLINK foi desenvolvida como uma implementação genérica que pode ser facilmente transportada para várias plataformas de hardware e software.

​Nessa aula vamos aprender a instalar o CODESYS Control for Raspberry Pi SL qye é um sistema de tempo de execução CODESYS Control adaptado para Raspberry Pi (extensão PLC), para uso não comercial. Com isso vamos preparar o Raspberry Pi 4 para receber a pilha de protocolo openPOWERLINK e se tornar um MN.

​Nesta aula vou apresentar a solução para você rodar o POWERLINK no em um sistemas de Controle Industrial implementando CODESYS. Utilizando esse recurso que vamos aprender aqui você vai conseguir facilmente transformar seu Raspi em um POWERLINK Master (Managing Node – MN). A integração da pilha openPOWERLINK de código aberto gratuito e dos componentes CODESYS Runtime adicionais da BE.services permitem suporte total da tecnologia POWERLINK.

A configuração da rede POWERLINK está disponível, totalmente integrada no CODESYS, com este pacote.

Parabéns a todos por dedicarem tempo e esforço neste treinamento abrangente sobre o protocolo Ethernet Powerlink. Ao longo deste curso, exploramos as nuances desta tecnologia inovadora que faz parte do presente e o futuro da comunicação industrial. Vocês agora possuem um conhecimento sólido sobre os fundamentos, aplicações práticas e vantagens do Ethernet Powerlink. Este protocolo não é apenas uma solução eficiente para a transmissão de dados em ambientes industriais, mas também representa a ponte para sistemas mais inteligentes, eficientes e integrados. À medida que avançamos, levamos conosco a habilidade de implementar e otimizar o Ethernet Powerlink em diversos contextos industriais. Este conhecimento não só aprimora nossas habilidades profissionais, mas também contribui para a evolução da Indústria 4.0. Agradeço a cada um de vocês por sua participação e comprometimento ao longo deste curso. Lembrem-se de que o aprendizado é contínuo, e a aplicação prática desses conhecimentos é a chave para o sucesso em nossas jornadas profissionais. Que este treinamento sirva como trampolim para novas conquistas e inovações em seus respectivos campos. Boa sorte em suas futuras implementações do Ethernet Powerlink, e que vocês continuem a prosperar na vanguarda da tecnologia industrial. Muito obrigado e sucesso em suas jornadas.