NOVEMBRE 2012
FIELDBUS & NETWORKS
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In quanto incarnazione industriale dell’ubiqua tecnologia Ethernet,
Powerlink mette a disposizione degli utilizzatori caratteristiche cru-
ciali, come la comunicazione slave-to-slave, che velocizza lo scambio
di dati tra i nodi senza richiedere il passaggio attraverso un dispo-
sitivo master (modalità talk-through), e il supporto delle tecniche di
multiplazione, che permettono di ottimizzare la banda e di allocare
intervalli temporali separati in base al dispositivo e alla criticità delle
informazioni da veicolare. Altre ca-
ratteristiche di Powerlink sono la
possibilità di inserire o disconnettere
un dispositivo dalla rete senza com-
prometterne l’operatività (hot-plug),
l’arbitraggio e il supporto della ridon-
danza. Powerlink gestisce in maniera
pressoché indipendente i messaggi
provenienti dalle applicazioni real-
time, in particolare quelle che gesti-
scono le informazioni di sicurezza, e
non realtime. Uno dei PC industriali o
dei PLC della rete viene designato ad
agire come master (managing node)
per la sincronizzazione di tutti gli altri
dispositivi, che si comportano da
slave (controlled node). Durante un
ciclo Powerlink si susseguono tre fasi
distinte: durante la prima fase (start
period) il nodo master invia un frame d’inizio ciclo che permette a
tutti i nodi controllati di sincronizzarsi; il jitter in questi casi può essere
abbassato a soli 100 ns. La seconda fase (cyclic period) è quella della
trasmissione sincrona dei dati.
Powerlink ricorre a un misto di procedure d’interrogazione dei nodi
(polling) e di multiplazione per ascoltare tutti i nodi controllati e otti-
mizzare la banda.
Ogni nodo controllato dal dispositivo master risponde immediata-
mente con un messaggio che viene ricevuto da tutti gli altri nodi.
La terza e ultima fase (data exchange) è quella della trasmissione
asincrona, che riguarda le informazioni non critiche dal punto di vista
temporale come quelle di configurazione e inizializzazione del sistema
o i dati utente; grossi quantitativi di dati possono essere spezzati in
pacchetti multipli che vengono inviati nel corso di diversi cicli. Durante
la fase asincrona vengono utilizzati frame IP standard normalmente
gestibili da un qualsiasi router Ethernet senza toccare i dati critici pre-
senti nella fase sincrona. La possibilità che Powerlink offre ai diversi
nodi controllati di dialogare direttamente tra loro (cross-traffic) viene
utilizzata dal protocollo di sicurezza OpenSafety per garantire tempi
di reazione particolarmente brevi.
Focus su OpenSafety
OpenSafety nasce nel 2009 come evoluzione di Powerlink Safety, l’e-
stensione per la sicurezza di Ethernet Powerlink introdotta da Epsg
due anni prima. Si tratta di un protocollo a canale nero che risiede
nello strato applicazione della pila ISO-OSI.
In linea generale, le soluzioni di sicurezza basate su bus possono es-
sere di due tipi: a ‘canale nero’ e a ‘canale bianco’. Nell’approccio a
canale nero si utilizzano infrastrut-
ture esistenti non espressamente
pensate per la trasmissione di dati
di sicurezza e si relega l’implemen-
tazione delle funzioni specifiche di
controllo degli errori, integrità e
ridondanza a uno strato di livello
superiore posizionato tra lo stack
i comunicazione e lo strato appli-
azione. Il protocollo provvede a
capsulare i messaggi di sicurezza
frame che contengono codici di
ontrollo di ridondanza ciclica e altri
meccanismi di salvaguardia dell’in-
tegrità dei dati. Grazie a questo
tipo di approccio OpenSafety non
richiede un cablaggio dedicato per
veicolare le informazioni di sicu-
rezza, a differenza di quanto accade
con sistemi più tradizionali. I dispositivi di sicurezza conformi allo
standard OpenSafety riconoscono automaticamente il contenuto dei
messaggi e provvedono a estrarre le informazioni di loro pertinenza.
Le funzioni di sicurezza possono così essere implementate in maniera
indipendente dal particolare protocollo di trasporto in uso: OpenSa-
fety può essere utilizzato da una molteplicità di reti Industrial Ethernet
e bus di campo: vi possono essere soluzioni OpenSafety basate, oltre
che logicamente su Powerlink, su Ethernet/IP, Modbus TCP, Profinet e
Sercos III. Grazie alla disponibilità del codice sorgente, inoltre, Open-
Safety può essere utilizzato anche con soluzioni dedicate sviluppate
dall’utente.
Le prestazioni del sistema di sicurezza nel suo complesso sono limi-
tate da quelle della rete su cui si appoggia lo strato applicativo di
OpenSafety. Se i tempi di risposta si fanno eccessivamente lunghi, la
rete è congestionata o disturbata da
interferenze o comunque le condi-
zioni operative rendono impossibile
rispettare i vincoli di determinismo
e integrità dei dati previsti dal pro-
tocollo di sicurezza, i nodi interes-
sati finiscono con l’essere messi in
sicurezza, con tutte le prevedibili
onseguenze sul funzionamento
ell’impianto controllato.
tando gli esperti di Epsg le presta-
ioni di OpenSafety sono in grado di
soddisfare i requisiti richiesti dalla
maggior parte delle applicazioni
industriali. Il protocollo, che può
contare su tempi di ciclo dell’ordine
dei microsecondi, offre un’elevata
reattività anche grazie al meccani-
smo del talk-through, che abilita la
comunicazione diretta tra nodi, per
esempio tra una barriera ottica e il
Evoluzione di Powerlink Safety, OpenSafety si colloca sopra
lo strato di comunicazione fornito da Powerlink per offrire
varie funzioni localizzate nello strato applicazione
Ogni ciclo Powerlink si compone di tre fasi: inizializzazione, ossia
di sincronizzazione; fase sincrona, di trasferimento dei dati di
sicurezza; fase asincrona, di trasmissione delle informazioni non
critiche per la sicurezza
La modalità di
comunicazione diretta
slave-to-slave messa a
disposizione da Powerlink
viene sfruttata da
OpenSafety per ridurre
i tempi di reazione a
situazioni di emergenza
Fonte: www.open-safety
Fonte: www.ethernet-powerlink.org
Fonte: www.ethernet-powerlink.org
