Sercos III

Kommunikationslösungen für Sercos III Netzwerke

  • Sercos III Modul KUNBUS-COM

    KUNBUS-COM

    Leistungsfähiges Kommunikationsmodul für Secos III Netzwerke

  • Modulares Gateway

    Modulares Gateway

    Gateway zur Anbindung eines SERCOS III Netzes an andere Netzwerkprotokolle

  • KUNBUS-TAP 2100 für Sercos

    TAP 2100

    Handlicher Netzwerkmonitor für alle gängigen Real-Time Ethernet Netze

SERCOS III ist ein wichtiges Übertragungsprotokoll in der Antriebstechnik. Mit unserem KUNBUS-COM SERCOS III Slave Kommunikationsmodul haben Sie eine ideale Lösung für die Anbindung Ihrer Applikation an ein SERCOS III Netzwerk mittels Aufsteckplatinen bzw Optionsplatine.Kundenspezifische Entwicklungen sind natürlich auch möglich.

Die Anbindung der Applikation erfolgt wahlweise über:

  • SPI (Schieberegister Schnittstelle) zum Anschluß prozessorloser Endgeräte
  • Dual Port RAM (Nur COM-Module)
  • RS 485, RS 232, UART
  • Modbus-RTU
  • Protokollskripter (frei programmierbar)

Selbstverständlich finden wir im Falle besonderer Anforderungen auch eine kundenspezifische Lösung.

Sercos III und seine Grundlagen

SERCOS (SErial Realtime COmmunication System) Interface ist eine genormte, Ethernetbasierte digitale Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Steuerungen und Antrieben/Servos (IEC 61491 und EN 61491). Diese erfolgt in Echtzeit und wurde vor allen Dingen für die Synchronisierung digitaler Servoantriebe konzipiert. Das SERCOS interface wird von SERCOS International e.V. (SI) betreut und weiterentwickelt.

Mitte der 80er Jahre entwickelten der Zentralverband der Elektro-Industrie (ZVEI) gemeinsam mit dem Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) die Spezifikationen für eine dgitale und iherstellerunabhängige Schnittstelle. Die erste Generation SERCOS I wurde 1995 veröffentlicht und arbeitete mit einer Übertragungsrate von 2 oder 4 Mbit/s. SERCOS II wurde 1999 eingeführt und arbeitet mit bis zu 16 Mbit/s und besitzt zudem die Möglichkeit asynchrone Daten in einem Servicekanal zu übertragen.

Peter Lutz, Geschäftsführer SERCOS International im Gespräch mit Andreas Müller.

SERCOS I und II basierten auf der Übertragung über einen Lichtwellenleiter-Ring. Bei SERCOS III erfolgt die Kommunikation über das physikalische Medium von Ethernet.

 

Eigenschaften von SERCOS sind:

  • kollisionsfreie Übertragung mit Hilfe eines Zeitschlitzverfahrens
  • hocheffizientes Kommunikationsprotokoll
  • Zykluszeit von 1 ms bei 254 Antrieben
  • Jitter kleiner 1 µs.
  • Nutzung von Geräteprofilen
  • Parallele Sicherheitsdaten
  • Hot Plug-in, Topologiescan
  • Kabelredundanz, bidirektional Voll-Duplex
  • Ringstruktur
  • Master/Slave und Cross-Connect-fähig
  • Anbindung von PC, Kamera usw möglich (Nicht- Echtzeit Daten)

Sercos III wurde auf Grundlage des Standard-Ethernets - aufbauend auf dem damals bestehenden Sercos interface-Standard (IEC/EN 61491) - weiterentwickelt. Obwohl neue Funktionen zu Sercos III hinzukamen, konnten die bewährten Mechanismen auf den Ethernet-Standard übertragen werden. Diese sind zum Beispiel die Hardware-Synchronisation, die Telegrammstruktur sowie die speziellen Motion-Control-Profile.

Bei der Weiterentwicklung von Sercos auf Sercos III bestand das Hauptziel in der Erfüllung von Echtzeitanforderungen. Zu diesem Zweck nutzt Sercos III einen kollisionsfreien Echtzeitkanal, in welchem die Telegramm-Definitionen (Ethertype 0x88CD) übertragen werden. Der größte Vorteil hierbei ist die hohe Protokolleffizienz, die eine hohe Performance auch bei mehreren Teilnehmern und geringen Nutzerdaten erzielt. Weiter wird bei Sercos III ein Nicht-Echtzeit-Kanal in Kombination mit dem Echtzeitkanal verwendet. Der Nicht-Echtzeit-Kanal bei Sercos III ermöglicht die Übertragung von IP-basierten Protokollen (TCP/IP, UDP/IP) und Ehternet-Telegrammen (Ethertype <>8x88CD).

Neue Features von Sercos III wurden also mit alten Funktionen kombiniert, was einen evolutionären Ansatz darstellt, mit dessen Hilfe eine Erweiterung des Anwendungsbereiches der Schnittstelle stattfindet:

  • hohe Toleranz gegenüber Kabelschäden
  • Sicherheitsrelevante Daten können übertragen werden
  • Mehrere Steuerungen können synchronisiert werden
  • Quer- und Direktkommunikation zwischen Slaves
  • Kommunikation beliebiger Ethernet-Protokolle (TCP/IP, UDP/IP)
  • Geringere Hardware-Kosten auf Basis analoger Schnittstelle
  • Hohe Kompatibilität zum Sercos interface-Standard (IEC/EN 61491)

 

Das Sercos III Netzwerk und die redundante Datenübertragung

Sercos III ermöglicht, kennzeichnend für PROFINET und PROFIBUS, aufgrund der eingesetzten Ringstruktur eine redundante Datenübertragung. Die Ringstruktur ist nicht wie bei Sercos I und II einfach. Sondern es wird aufgrund der voll-duplex-fähigen Ethernet-Physik eine Doppelringstruktur aufgebaut. Auf diese Weise kann die Kommunikation auch dann beibehalten werden, wenn eine Kabelunterbrechung an einem beliebigen Punkt stattgefunden hat. Folglich wird ein störungsfreier Betrieb der Anlage gewährleistet. Ein integrierter Diagnosemechanismus leitet in diesem Fall die beschädigte Kabelverbindung weiter, die problemlos ersetzt werden kann. Handelt es sich bei der Nutzung von Sercos III um eine ausgedehnte Anlage, kann auch eine Linienstruktur eingesetzt werden. Bei dieser entfällt zwar der Vorteil der redundanten Datenübertragung, jedoch wird eine Kabelverbindung eingespart. Die Sterntopologie des Standard-Ethernets findet bei Sercos III keine Verwendung, ebenso wenig Switches und Hubs.

 

Sercos III und die Installation

Bei der Installation eines Sercos III Netzwerkes steht eine einfache Bedienbarkeit im Vordergrund, weshalb keine spezielle Netzwerkkonfiguration notwendig ist. Der Einsatz von Patch- und Crossoverkabeln ermöglicht hierbei die Verbindung sämtlicher Teilnehmer. Während die Ethernet-Ports sogar dazu eingesetzt werden können, um ein Sercos III Echtzeit Netzwerk mit gängigen Ethernet-Geräten (z.B.: Laptops) zu verbinden, sind die einzelnen Geräte einfach austauschbar. Somit ist der Zugriff zahlreicher IP- und Ethernet-Protokolle auf Sercos III Geräte möglich. Hierbei ist weder die Aktivierung des Protokolls notwendig (offline), noch findet eine Beeinflussung des Echtzeitverhaltens (online) im Sercos III Netzwerk statt.

 

Die Übertragung im Sercos III Netzwerk

Auf Grundlage der Master-Slave-Methode erfolgt die Sercos III Kommunikation, wobei ein Zeitschlitzverfahren mit periodischer Übertragung von Telegrammen angewendet wird. Master-Daten-Telegramme (MDT) - Sollwerte - werden hierbei vom Master an die jeweiligen untergeordneten Slaves versendet. Die Slaves wiederum senden die entsprechenden Acknowledge-Telegramme (AT) - Istwerte - an den Master zurück. Der oben erwähnte Querverkehr ermöglicht darüber hinaus bei Sercos III Netzwerken eine direkte Datenübertragung zwischen Slaves.

Die Kommunikation von Sercos III ist aufgrund der Übernahme alter Funktionen sowohl auf zyklischer, als auch auf azyklischer Ebene möglich.

 

Azyklische Kommunikation von Sercos III

Service-Kanal:

  • Azyklischer Austausch von Daten zwischen Master und Slaves (Diagnosedaten, Parameter, Kommunikationseinstellungen),
  • Echtzeitübertragung.

S/IP-Protokoll:

  • wird sowohl im Echtzeit, als auch im Nicht-Echtzeit-Protokoll verwendet,
  • Kommunikation zwischen Geräten findet unabhängig vom Master statt,
  • Keine Störung des Echtzeitverhaltens im Netzwerk bei paralleler Übertragung der S/IP-Telegramme im Nicht-Echtzeit-Kanal.

Sercos Messaging Protokoll (SMP):

  • effektives Multiplexing möglich, da Datenpakete niedriger Priorität von solchen mit hoher Priorität unterbrochen werden können,
  • Datenübertragung in zyklischem Datencontainer (auf Basis fester Längen),
  • Zyklische und azyklische Echtzeit-Datenübertragung fragmentierter Daten innerhalb des Sercos III Datencontainers möglich.

Zyklische Kommunikation von Sercos III

Wie bei den Vorgängern Sercos I und II erfolgt auch die Kommunikation bei Sercos III auf zyklischer Ebene. Bis zu einem Höchstwert von 65 ms können die Zykluszeiten im Sercos III Netzwerk 31,25 µs, 62,5 µs, 125 µs, 250 µs und ein Mehrfaches von 250 µs betragen. Aufgrund variabler Zykluszeiten ist die Realisation sowohl bei zentralisierter als auch bei dezentraler Signalverarbeitung in Antriebskonzepten gegeben.

Hier existiert eine Unterscheidung beim Sercos III Netzwerk, die auf Basis der Unterteilung des Kommunikationszyklus beachtet wird. Dies wird mit Hilfe einer Zeitsteuerung erreicht:

Echtzeit-Kommunikation:

  • Übertragung der Sammelprogramme als Broadcast ("on-the-fly")
  • Kommunikationszyklus (Bandbreite von 100 MBit/s) anpassungsfähig an Anwendungsfall

Nicht-Echtzeit-Kommunikation:

  • Versendung der Einzeltelegramme (Nicht-Echtzeit-Frames) an beliebige Geräte
  • Kommunikationszyklus (Bandbreite von 100 MBit/s) anpassungsfähig an Anwendungsfall
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