Sercos II

Was ist SERCOS II?

Der Bereich der Informationstechnik und Automationstechnik bedarf eines hohen Maßes an Fortschritt. Denn hier kommt es neben der Reduzierung von Zeitaufwand und anfallenden Kosten auch um die Steigerung der Sicherheit. Wenn es darum geht, Vorgänge innerhalb von komplexen Anlagen und System zu standarisieren, dann steht stets das Streben nach dem Finden einer international anerkannten Form. Doch auch dies bürgt aufgrund der zahlreichen Spezifikationen einzelner Firmen und Verbunde Probleme, da es oft auch Jahre nach einer Zusammenarbeit der verschiedenen Gruppierungen keine klar definierte Einheit gibt. Gerade innerhalb der 90er Jahre vergrößerte sich die Anzahl von Anwendungen, die sich auf dem Markt finden lassen. Basierend war dies auf dem Zuwachs innerhalb der Industrie und damit auch der Notwendigkeit der industriellen Kommunikation. Denn Maschinen und deren Bestandteile müssen dazu befähigt sein, untereinander und mit anderen Komponenten zu agieren, damit Fehler erkannt und behoben werden können und der Prozess effektiv und effizient ablaufen kann. Eine Norm, die sich zunächst im Jahre 1995 unter der Kennung IEC 61491 international und anschließend im Jahre 1998 unter der Kennung En 61491 auch im europäischen Segment durchgesetzt hat ist SERCOS. Diese eigentliche Abkürzung steht für „Serial Real-time Communication System“ und bezeichnet eine digitale Antriebsschnittstelle, die für den Einsatz an Industriemaschinen geeignet ist. Seit den 90er Jahren ist Sercos, zunächst mit dem Sercos I (=Interface) und dem Sercos II, und mittlerweile mit Sercos III, zu einem Kommunikationsstandard avanciert, der es möglich macht, Daten in Echtzeit aufzunehmen und zu übertragen. Aufgrund dessen eignet sich z.b Sercos II für komplexe Motion-Control-Anwendungen, die anspruchsvoll gestaltet sind. Neben der Echtzeit zählen zu der digitalen Antriebsschnittstelle auch die technischen Eigenschaften der Performance und die der Störsicherheit. Zudem finden sich hier auch eine große Vielzahl an Produkten und dementsprechend ein breites Spektrum an deren Anbietern.

Spezifikationen von Sercos II

Sercos II wurde im Jahre 1999 eingeführt und besitzt verständlicherweise das SERCOS-Echtzeitprotokoll. Das Basisprotokoll ist HDLC, also das „High-Level-Data-Link-Control, bei welchem es sich um normiertes Netzwerkprotokoll handelt. Das physikalische Medium ist der Lichtwellenleiter, kurz auch LWL genannt. Hierbei handelt es sich um ein Kabel, welches mittels Steckverbindern konfektioniert ist und sich aus Lichtleitern zusammensetzt. Über diese Leitungen wird Licht übertragen, wobei dieses bei diesem Vorgang in Fasern überführt wird, die aus Quarzglas und einem Kunststoff, der polymeren optischen Faser, besteht. Bei der Topologie in welcher die Teilnehmer des Netzwerkes angeordnet sind, handelt es sich um die Form des Rings. Synchronisation in diesem System erfolgt über die entsprechende Hardware. Wurde eine Datenübertragung initialisiert, so beläuft sich ihre Geschwindigkeit auf ein Intervall zwischen 2Mbit/s und 16 Mbit/s, da dies von der Länge des Kabels abhängig ist. Die Zykluszeit bei Sercos II lässt sich konfigurieren und beträgt minimal 62,5 μs. Vorteil dieser digitalen Antriebsschnittstelle ist ihre geringe Jitter-Zeit. Die bezeichnet das Taktzittern, welches von Zeit zu Zeit bei der Übertragung von Digitalsignalen passieren kann und eine geringe Genauigkeitsschwankung innerhalb des Übertragungstaktes verursacht. Diese Ungenauigkeit liegt hier gerade einmal bei < 1μsec, was die Eignung der Anwendung verdeutlicht. Pro Ring einer Topologie gibt es nur einen Master, doch insgesamt bis zu 254 Teilnehmer, wobei die Anzahl der Ringe, und somit auch der Teilnehmer, erhöht werden kann.

Kommunikationsmöglichkeiten des Sercos II

Neben der Schaffung einer Immunität gegen digitale Störungen, steht natürlich die industrielle Kommunikation im Fokus der Funktionen von Sercos II. So ist es nicht verwunderlich, dass sich hier auch dementsprechend viele Möglichkeiten der Kommunikationen finden lassen. Die Schnittstelle weißt grundsätzlich drei unterschiedliche Optionen an, eine Interaktion zwischen CNC, dem „Communication Network Control“, und den digitalen Antriebsstellern zu realisieren.

  • Übergabe von Sollposition
  • Übergabe von Solldrehzahl
  • Übergabe von Solldrehmoment

Innerhalb dieser drei verschiedenen Kommunikationsmöglichkeiten, hat sich die der Übergabe von Sollpositionen als die wirkungsvollste erwiesen. Sie stellt demnach die optimale Lösung dar, wenn es darum geht schnelle und exakte Anwendungen zu interagieren. So können alle 0,5 ms innerhalb eines Lichtwellenleiterrings bis zu sechs einzelne Achsen zeitsynchron ablaufen. Hierbei werden sie alle mit Lagesollwerten, einem anderen Begriff für die Sollpositionen, versorgt. Diese Versorgung erfolgt zyklisch, läuft also immer wieder nach einer festgelegten Ordnung ab. Somit eignet sich das Sercos II für die Anzeige und Eingabe von antriebsinterne Daten, Diagnosen und Parametern. Allerdings muss hierfür eine SERCOS-kompatible CNC vorliegen.

Sercos II – Konfiguration

Durch die Konfigurierbarkeit der Echtzeitdaten wird es ermöglicht, unabhängig von dieser andere beliebige Betriebsarten zu bedienen und zu steuern. Allerdings erfolgt der Austausch von Servicedaten nur auf Anweisung des Masters hin. So werden diese Daten mittels einer Handshake-Prozedur in Portionen von 2, 4,6 oder 8-Byte innerhalb der Service-Datenfeld Info übertragen und während des Vorgangs des Empfangens wieder zusammengesetzt. Für diese Anwendung werden bei Sercos II die HDLC-Protokolle verwendet, welche mit einer NRZI-Codierung versehen sind.