安全性

POWERLINK安全性–灵活的安全性协议

POWERLINK安全性基础　－　这是什么，这用于什么？
以往安全性方案的缺点：配线的代价高，但是功能没有弹性。
完整的安全协议的好处
安全协议任务：监控永久数据通信
POWERLINK安全性协议的示意性补充
POWERLINK安全性怎样确保数据通信的全部功能
怎样去设计开发具有POWERLINK安全性的网络
POWERLINK适用于 SIL 3系统
POWERLINK安全性和CAN是兼容的

POWERLINK安全性基础

POWERLINK安全性是唯一一个开放的关于机器和工厂自动化的面向安全性的实时协议。这个协议适用于毫秒级的通信周期，也可用于需要满足SIL 3 (IEC 61508)的系统。

POWERLINK通过数据传输的特定方法来确保安全性，它摒弃了以前需要的双绞线装置。因此他降低了配线需求。既然它独立于传输层，POWERLINK的安全性也可以与其他网络一起使用，比如CAN。归功于它严格的确定的时序，非常短的循环周期，很低的网络抖动，开放的实时通信系统——POWERLINK为POWERLINK安全性供了理想的基础。此外，为了更高的安全性，POWERLINK系统可以用来配置高性能的网络。

以往安全性解决方案的缺点

由于严格的需求，以往的安全性功能通过特殊用途，单独配线的硬件系统来实现。在这种情况下，急停意味着机器的运动部分已达到安全位置，继电器和接触器就立即断电。功能性因此也被限制“停止初始化”和“开始组织”作用。因此产品线的停止引起的危险直接影响车间及其相邻区域。

新近标准，例如IEC 61508――　1998生效，定义了关于电的／电子的／可编程电子相关系统事宜，有了新的可选项，例如创建给予现场总线的安全协议，或者在控制单元、I/O模块、和驱动器中实现安全性功能。这些概念使得安全性措施阻碍了产品的处理，例如降低了机器的运动，限定了扭矩，或者在车间限定的区域里初始化急停。

然而，一个试图创建基于现有现场总线和协议的综合安全系统，已经达到了它们的极限。现场总线从属于所拥有的标准，或者循环时间不满足当前的需求。另一方面，现存的安全协议在实时性方面不适合开放以太网通信。

结果，新开发的基于总线安全的方案经常以安装在现场总线上的并行系统而告终。然而这样的安全总线吹嘘他们专用的线路提供了比分离接线的以往的安全系统更多的功能，同时他们也需要更多的努力，费用也更摺Ｍ诊断功能的实现也是如此。如果这些功能要集成在一个高层系统里，必须使用网关，例如可视系统?lt;BR>

综合安全协议的优势

将面向安全的协议集成到总线系统的好处显而易见。接线工作量明显减少，一个相容的解决方案被确立了，为机器和工厂自动化提供了高的兼容性。一场关于是否赞同绝缘安全总线系统作为专用带宽，可以阻止安全相关的数据不被其他数据包处理的辩论。对于POWERLINK这个争议却没有意义，因为该协议保证了每个节点都保留了必要的带宽。POWERLINK安全的开发者要注重它在模块化机器中的使用方法。

一个面向安全性的协议的必要供给

安全协议的任务是确保数据传输的完整性。任何时候都要确保数传完整且按时传送。在传输期间，必须没有数据复制，数据丢失，没有数据被操作，没有数据被插入。安全协议也不得不认识到传输中数据序列的错误或者大的延迟。系统因此不得不执行循环的“无错操作”检查，来检测所有安全相关的网段，和网上设备的功能。在中断或者数据未传完的情况下，他将启动恰当的安全功能，或者启动安全关机。

POWERLINK的安全协议

POWERLINK安全性协议的主要特征包括他的极强的弹性报文格式，和安全相关数据的封装。

在所有应用中，POWERLINK使用统一格式的数据桢，无论是有效负荷数据传输，还是配置或者时间同步数据。桢长随要发送的数据量变化。网络上的安全节点会自动识别内容如桢的类型，且不需配置长度。该协议在POWERLINK安全层集成了所有安全相关的功能。这些功能包括管理员配置，对象字典，对象管理和服务数据对象，以及时间同步。因为POWERLINK安全性只使用了OSI模型的面向应用的层，所以他独立于所使用的总线协议。

POWERLINK安全层图解

虽让开放的传输协议POWERLINK是POWERLINK安全性最理想的基础――由于它的严格精确的时序，非常短的循环周期，以及小于1毫秒的网络抖动，但这并不是使用安全协议的必要条件。

POWERLINK安全性如何工作

POWERLINK安全将数据格式分为两个相同的容量，并通过不同运算得到的校验码来保证数据的完整性。在读取时，首先使用校验码来检验桢是否完整。接着，和子桢的实际数据比较。此外，该协议将信号运行时间和处理时间加在一起，因为基于总线系统的速度通常不能和由专用连接组成的系统相比。单独接线的系统里的闭合电路也是如此，急停断连设备通过面向安全的总线不断地向安全继电器发送数据，来确保一个完整的连接。由于POWERLINK极短的循环时间（１００毫秒），因此失败可以毫无延时的被检测到。
因为所有数据通信的不规则形都可以被认识到，所以即使是不安全的网络也不会危及到安全性功能。另一方面，小的正常的波动不能引起警告。POWERLINK在安全措施触发前，将忍受不超过１００毫秒的数据包传输延迟。

POWERLINK安全网络的结构

一个POWERLINK安全网络可以包含最多1023个安全域，每个域最多1023个节点。
安全域可以跨越不同的网络，也可以将这些安全节点综合到一个域。不同的安全域通过网关通信。
POWERLINK 安全性允许用户创建分等级隔离，来再一个网络中建立不同的安全区。因此，例如服务工程师在一个区，而设备在另一个区，也能没有障碍的进行工作。在每一个域里，安全配置管理员(SCM)不断监控所有安全节点。SCM负责永久存储那些不能被安全节点自己保存详细参数。他们的任务还包括指派和确认给与所有节点唯一标识的地址。
另外，SCM还广播救生信号，这用于确保每一个节点的配置按预期的工作。安全节点以接受到救生信号，就保持操作（operational）状态。如果他们不能接收到这个信号，他们会转换到pre-operational状态。这个信号的周期性广播，因此可以使那些没有SCM管理的节点失去活性。POWERLINK安全域既支持广播式的"Producer/Consumer"通信，也支持Server/Client通信。POWERLINK安全网络里，Producer也作为SCM。另一方面，Server/Client也用于配置和网络管理。SCM作为Server，提示设备(Clients)进行应答。

POWERLINK安全性满足SIL 3要求

早在2004年，POWERLINK就通过了TÜV Rheinland的安全性测试，且因为满足IEC 61508 SIL 3 和 EU standard 954-1种类4的标准而允许应用在安全敏感中。

POWERLINK安全性

为了计算一个安全功能的剩余风险，安全电路里所有元器件以及他们之间互连线的失败的可能被记录在册。安全完整性标准的任务，为安全功能确立了一个叫做极端失败的错误。SIL 3也等同于每小时2-3个错误概率。仅有全部故障的百分之一可能被安全系统的总线触发。实际上，这就意味着POWERLINK安全性每小时产生的错误不超过1个，也就是平均115,000年不超过一个故障。因此，POWERLINK安全可以通用地，没有限制地用在任何安全级别的应用中，例如机器制造技术、发电站、或者交通系统。

POWERLINK安全性和CAN

像POWERLINK自身一样，POWERLINK安全性也与CANopen完全兼容，且支持CANopen通信说明。因此POWERLINK安全性也可用在基于CAN总线的网络里。POWERLINK允许将过程数据对象和服务数据对象嵌入到POWERLINK安全帧中。网络节点因此可以用功能块来配置。特别指出，对于安全功能来说，一些预定义的功能模块也可以使用。

用户收益

POWERLINK安全性对于那些支持模块化机器概念的下部组织是可升级的，柔性的。允许自由选择网络拓扑，并可随意用在冗余，在基于POWERLINK的面向安全的网络中。该协议的开放标准消除了成本的限制，成本考虑也限制了一些功能，同时也构成了所拥有的系统的典型缺点。此外，很多在开发过程中遇到棘手问题的公司，给了POWERLINK用户在元器件方面的自由选择权，以便他们独立于特定的厂商。
很多遇到棘手问题的公司给了POWERLINK用户元器件的自由选择权。

POWERLINK安全性　－　事实一览

适应工业实时以太网
开放且免许可
100毫秒的数据传输速度
符合IEC 61508国际安全标准
满足安全完整性级别3的需要(SIL 3, IEC 61508)
方便安装和启动
操作简单
独立于特定的传输媒介
自动化和安全设备使用相同的通信网络
支持混合层次的以太网和现场总线系统
通过标准网关路由（无需安全能力）
多达1023个安全域
每一个安全域最多1023个面向安全的设备
完全的以太网TCP/IP兼容
CANopen兼容
POWERLINK千兆以太网兼容
获得TÜV Rheinland许可证