Ethernet POWERLINK wurde in der Version V1 bereits im November 2001 vom österreichischen Steuerungshersteller Bernecker & Rainer Industrie-Elektronik entwickelt und anderen Firmen zugänglich gemacht. Dies führte zur Gründung der EPSG (Ethernet POWERLINK Standardization Group) im November 2002. Im November 2003 wurde die Spezifikation des Real-Time Industrial Ethernet Protokolls POWERLINK V2 verabschiedet, die als wichtigste Erweiterung zu V1 einen Application Layer, d. h. eine standardisierte Anwendungsschnittstelle auf Basis der in CANopen definierten Mechanismen beinhaltet. IXXAT hat hierbei intensiv an Standardisierungsarbeiten mitgewirkt, vor allem hinsichtlich der CANopen-Mechanismen.
Bild 1: POWERLINK-Zyklus
Zur Vermeidung von Kollisionen und zur optimalen Ausnutzung der vorhandenen Bandbreite wird der Datenaustausch bei POWERLINK zwischen den Geräten zeitlich organisiert. Ein Gerät im POWERLINK-Verbund übernimmt hierbei die Funktion des "Managing Node" (MN), der die Kommunikation steuert, den Zeittakt zur Synchronisierung aller Teilnehmer vorgibt sowie den einzelnen Geräten das Senderecht zuteilt. Die "Controlled Nodes" (CN) senden nur, wenn sie vom Manager dazu aufgefordert werden. Ein POWERLINK-Zyklus wird in vier Zeitbereiche aufgeteilt (Bild 1):
- Start Period: Hier sendet der Manager einen „Start of Cycle Frame“ (SoC) an alle Controller. Auf den SoC erfolgt die Synchronisierung alle Geräte im POWERLINK-Netzwerk.
- Cyclic Period: In diesem Zustand erfolgt der zyklische isochrone Datenaustausch. Entsprechend einem vorgegebenen (konfigurierbaren) Plan sendet der Manager jedem Controller sequenziell ein „Poll Request Frame“ (PReq), worauf der adressierte Controller mit einem „Poll Response Frame“ (PRes) antwortet. Alle Teilnehmer, die an diesen Daten interessiert sind können diese empfangen, womit eine echte Producer/Consumer Kommunikation zwischen den Stationen realisiert ist.
- Asnychronous Period: Dieses Zeitintervall steht für den asynchronen, nicht zeitkritischen Datenaustausch zur Verfügung. Ein Controller erhält vom Manager das Senderecht zugeteilt und kann hierauf z. B. einen IP-Frame senden.
- Idle Period: Restzeit bis zum Beginn des neuen POWERLINK-Zyklus.
Durch die Verwendung von Hubs sind beliebige Toplogien realisierbar. Auf Grund der Tatsache, dass immer nur ein Gerät zur selben Zeit sendet und daher keine Kollisionen auftreten ist die Anzahl der Hubs nicht mehr wie bei Fast Ethernet auf zwei begrenzt. Von Vorteil ist es, wenn POWERLINK-Geräte bereits über einen integrierten 2-Port-Hub verfügen, da somit Linienstrukturen sehr einfach realisiert werden können.
Die Applikationsschnittstelle von Ethernet POWERLINK V2 basiert auf den im CANopen Kommunikationsprofil DS301 von CAN in Automation (bzw. EN50325-4) definierten Mechanismen. Dies eröffnet Ethernet POWERLINK eine breite Basis von bereits vorhandenen und einsetzbaren Geräte- und Anwendungsprofilen, ermöglicht die Durchgängigkeit von Kommunikationsdiensten zwischen CANopen- und POWERLINK-Systemen und erleichtert eine Migration von CANopen zu Ethernet POWERLINK auf Softwareebene.
Bild 2: Referenzmodell
Das in Bild 2 dargestellt Referenzmodell zeigt die von CANopen bekannten Kommunikationsmechanismen und -elemente wie PDO, SDO, Objektverzeichnis und Netzwerkmanagement. Wie ebenfalls ersichtlich ist, kann das SDO-Protokoll auch über UDP/IP und damit über Standard IP-Nachrichten realisiert werden. Dies ermöglicht den direkt Zugriff auf die Objektverzeichnisse von POWERLINK-Geräten auch von Geräten und Anwendungen außerhalb des POWERLINK-Systems über spezielle POWERLINK-Router.
Auf Grund seiner Eigenschaften ist das Real-Time Industrial Ethernet Protokoll "Powerlink" geeignet um Anwendungen mit harten Echtzeitbedingungen im µs Bereich zu realisieren. Genauso gut ist es aber auch geeignet um größere Datenmengen mit der von CANopen bekannten Flexibilität innerhalb eines definierten Zeitraums zu übertragen.