POWERLINK, lo standard per la robotica

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Robofoot 1Il protocollo di comunicazione POWERLINK, sviluppato nel 2001 e divenuto standard grazie al supporto e all’azione di un’associazione internazionale che ha individuato in questo protocollo lo strumento più adatto alla comunicazione tra i diversi sistemi presenti nelle industrie manifatturiere, fa riferimento allo standard Ethernet IEEE 802.3.

Le caratteristiche di questo protocollo di comunicazione aperto che lo rendono adatto all’impiego nell’ambiente manifatturiero e, in particolare, nelle applicazioni di tipo robotico, sono innumerevoli. La capacità di gestire con lo stesso bus processi sia critici dal punto di vista temporale, sia non critici, tutti quanti coesistenti grazie ad algoritmi efficienti, ne ha favorito la diffusione in una miriade di applicazioni, in particolare in quelle che prevedono una rilevante componente di motion, come la robotica. Se da una parte la libertà di scegliere la topologia di rete più adatta all’applicazione (a stella, ad albero, ad anello o combinazioni di tutte queste architetture di rete), ne fa lo strumento ideale per la realizzazione di sistemi complessi e flessibili, dall’altra, la peculiarità di essere un sistema di trasmissione real-time, lo rende particolarmente efficace in situazioni nelle quali la reattività  e la precisione dei movimenti sono prioritari.

La gestione dei dati tra nodi

Per meglio comprendere come POWERLINK possa garantire comunicazioni affidabili e deterministiche, vediamo come avviene il coordinamento tra i diversi nodi del sistema: un PLC o un PC industriale, detto Managing Node (nodo di gestione), ha la funzione di gestione dei vari nodi presenti all’interno del sistema, denominati Controlled Nodes (nodi controllati). Durante il ciclo di clock il nodo di gestione invia le richieste a tutti i nodi in base a una sequenza prefissata, aspettando il responso da parte di ciascun nodo. Un ciclo POWERLINK consiste in tre periodi principali: nel primo periodo il nodo di gestione invia una stringa a tutti i nodi per sincronizzare i dispositivi, nel secondo periodo avviene lo scambio ciclico e isocrono dei dati, nel terzo periodo, asincrono, è implementato lo scambio dei grandi pacchetti non critici dal punto di vista delle tempistiche. La trasmissione delle informazioni avviene in modo tale che ogni dispositivo invia alla rete i pacchetti dati senza la necessità di un nodo dedicato attraverso il quale fare fluire le informazioni che sono, invece, ricevute da parte dei restanti nodi in grado di riconoscere, in base all’indirizzamento, quelle di loro pertinenza. Questa proprietà, detta di direct cross traffic, evita colli di bottiglia nelle trasmissioni e assicura, per esempio, la sincronizzazione degli encoder presenti nei robot e nelle macchine di movimentazione sulle linee produttive, contribuendo alla riduzione dei tempi e dei controlli da implementare nella comunicazione tra i vari dispositivi.

Ridondanza e hot plug

Un’ulteriore caratteristica di POWERLINK che lo rende particolarmente adatto alle applicazioni di automazione come la robotica, il motion control e lo scambio dati tra PLC e PLC, è l’hot plugging, ovvero la possibilità di connettere e disconnettere i nodi senza compromettere le funzionalità della rete e senza la necessità di effettuare il reboot dei dispositivi presenti nella rete stessa. Questo implica, per esempio, che è possibile staccare parte della linea robotizzata per manutenzione e riaconnetterla senza “disturbare” le altre macchine collegate. A questo si aggiunge la possibilità di implementare una ridondanza al livello richiesto dall’applicazione fino alla cosiddetta ridondanza di tipo Master, che garantisce la ridondanza sia del nodo di gestione sia della rete, in quanto prevede, nella stessa architettura, due o più nodi di gestione e due percorsi fisici differenti attraverso i quali le informazioni sono convogliate in contemporanea, assicurando in questo modo una comunicazione immune da eventuali guasti o anomalie presenti sulla rete o nei dispositivi. Questo tipo di ridondanza, particolarmente adatta ad applicazioni che richiedono la continuità dello scambio dei dati in qualsiasi situazione e in tempo reale, trova impiego naturale nella robotica.

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