Chrupiące bagietki – to zasługa sieci POWERLINK !

De la Ballina wytwarza linie do konfekcjonowania od ponad 20 lat i funcjonuje na rynku jako dostawca wysoce zaawansowanych rozwiązań, w tym systemów wizualizacji i robotyki do pakowania pieczywa i wyrobów cukierniczych w produkcji przemysłowej. Skanery optyczne i komponenty przetwarzania obrazu, które Francuzi instalują w swoich maszynach, gwarantują wysoką precyzję i szybki czas reakcji na zmienne w procesie technologicznym. W przeszłości De la Ballina realizowała te funkcje za pomocą obwodów o połączeniach stałych i ekonomicznych standardów magistral fieldbus.

Poszukiwanie nowych rozwiązań komunikacji

W 2008 roku firma postanowiła całkowicie przeorientować architekturę automatyki jej produkcji. Celem zmian było osiągnięcie długotrwałej przewagi rynkowej oraz nadążenie za nowymi wymaganiami odbiorców. De la Ballina bardzo dobrze wiedziała, czego chce od nowych rozwiązań automatyki w swoich produktach: kluczem do sukcesu projektu miał być dobór odpowiedniego protokołu komunikacji danych – jako fundament  zintegrowanej architektury automatyki. Wedle specyfikacji warunków dla technologii sieciowej, miała ona być deterministyczna (o stopniu precyzji poniżej 1 ms) i mieć bardzo dużą wydajność.

Sieć POWERLINK - idealny wybór dla maszyn nowej generacji

Przy precyzji poniżej 10 ns, czasie cyklu równym nawet 100 µs i reakcji znacznie poniżej 1 ms, sieć POWERLINK z naddatkiem spełnia wyżej omówione wymagania. Sieć POWERLINK  okazała się idealnym protokołem czasu rzeczywistego dla nowej generacji projektowanych maszyn. Dla porównania, rozwiązania oparte na ASIC, okazały się zbyt ryzykowne dla długotrwałego rozwoju produktu. "Technologia opracowana na ustandaryzowanej sieci zabezpieczyła naszą inwestycję", stwierdził Emmanuel Dumas, szef działu projektowania systemów wizualizacji w De la Ballina, po czym dodał: „Przeprojektowanie ASIC w razie przyszłych zmian rozwojowych standardu Ethernet zapędziłoby nas w technologiczny zaułek."

Rozwiązanie open source - gwarancja przejrzystości

Znalazłszy B&R, De la Ballina uznała, że nie musi już dalej  szukać swojego dostawcy. "Dobór sieci jest decyzją strategiczną w procesie rozwoju nowej architektury maszyn. POWERLINK doskonale odpowiada naszej wizji zintegrowanego rozwiązania automatyki", podkreśla Dumas. "W przeciwieństwie do zastrzeżonych rozwiązań technicznych, technologia open source gwarantuje brak ukrytych wad konstrukcyjnych. Na tym polega ogromna zaleta reguły white box, na której opierają się produkty open source", ciągnie dalej Dumas. Od 2010 roku każda maszyna firmy De la Ballina zainstalowana gdziekolwiek na świecie pracuje na POWERLINK.

Za pomocą POWERLINK zintegrowano system przetwarzania obrazu zaprojektowany przez De la Ballina na bazie komputera PC z systemem operacyjnym Linux. Otwarta budowa POWERLINK maksymalnie uprościła integrację systemów. "Na całym świecie zainstalowaliśmy 90 systemów na bazie POWERLINK, które pracują 24 godziny na dobę i 7 dni w tygodniu", podumowuje Dumas.

Prosta integracja aplikacji CANopen

Protokoły komunikacji obejmują szereg warstw. Model OSI wprowadzony przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO) przewiduje siedem warstw, z których każda spełnia określoną funkcję komunikacji danych. Dwie dolne warstwy POWERLINK (1 i 2) pracują w standardzie Ethernet IEEE802.3.

Warstwy od 3 do 6 służą do komunikacji funkcji właściwych dla POWERLINK, tj. transmisji w czasie rzeczywistym oraz "hot plugging". Dzięki nim dostęp do sieci ma tylko jeden węzeł jednocześnie. Siódma warstwa opisana jest specyfikacją CANopen. Dzięki niej łatwo jest integrować standardowe aplikacje CANopen w sieciach POWERLINK.

Urządzenie POWERLINK może pełnić rolę urządzenia nadrzędnego (master) lub podrzędnego (slave). Urządzenie nadrzędne kieruje całą aktywnością w sieci, zaś pozostałe podłączone do niej urządzenia są podrzędne względem niego. Komunikacja w sieci POWERLINK przebiega w cyklach, z których każdy otwiera ramka nadawana przez urządzenie nadrzędne.

Natychmiast po nadaniu pierwszej ramki, urządzenie to przesyła zapytanie do każdego z urządzeń podrzędnych. Urządzenia podrzędne, do których zapytanie adresowano, udzielają odpowiedzi które odebrać może każde urządzenie nadrzędne i podrzędne podłączone do sieci. Zapobiega to kolizjom w sieci i umożliwia taktowanie deterministyczne. Stały odcinek czasu w cyklu pracy sieci jest zastrzeżony dla danych asynchronicznych. Może on zatem służyć na potrzeby przetwarzania obrazu, funkcji diagnostycznych, czy aktualizacji firmware. Każda z ramek Ethernet może być nadana jako asynchroniczna.

POWERLINK to maksymalna wydajność

POWERLINK w pełni odpowiada wszystkim wymaganiom postawionym przez De la Ballina. Przyjęcie tego standardu otworzyło drogę ku w pełni zintegrowanej i wysoce wydajnej architekturze automatyki w nowej generacji maszyn producenta. Ponieważ POWERLINK jest rozwiązaniem otwartym, integracja istniejącego systemu przetwarzania obrazu przebiegła ekonomicznie i bardzo skutecznie zwiększyła jego wydajność.

Następnym krokiem De la Balliny będzie zmiana systemu przetwarzania obrazu na technologię FPGA. Będzie to bardzo proste dzięki POWERLINK. Architektura POWERLINK wymaga tak niewiele miejsca, że franuska firma będzie mogła zastosować jeden FPGA do obsługi algorytmu przetwarzania obrazu oraz połączenia sieciowego POWERLINK.

"Dobór sieci jest decyzją strategiczną w procesie rozwoju nowej architektury maszyn. POWERLINK doskonale odpowiada naszej wizji zintegrowanego rozwiązania automatyki", mówi Emmanuel Dumas, szef działu projektowania systemów wizualizacji w De la Ballina.

Open Source Automation Development Lab eG (OSADL) aktywnie pracuje nad patchem wywłaszczającym działającym w czasie rzeczywistym. OSADL ocenia zdolność rozwiązania do działania w czasie rzeczywistym za pomocą systemu testowego Linux, pracującego w czasie rzeczywistym i wyposażonego w moduł jądra urządzenia nadrzędnego POWERLINK. Moduł podłączony jest do węzła I/O POWERLINK na sterowniku magistrali B&R X20BC0083 i w sposób ciągły przekazuje dane z systemu cyklicznego w odstępach o długości 500 µs. Strumień pakietów nadzorowany jest przez analizator sieci Ethernet działający w czasie rzeczywistym. Wyniki prób obciążenia wykazują, że fluktuacje utrzymują się w zakresie mikrosekund nawet w warunkach skrajnie dużego obciążenia CPU.