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antriebstechnik 8/2016

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STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIEREN I TITEL Aufsteckbare High-Performance Installation von Sercos III in die Antriebstechnik – aber wie? Andreas Müller Sercos III ist ein Übertragungsprotokoll auf der Basis des Standard-Ethernets, das sich durch hohe Performance und Effizienz auszeichnet. Sercos-III-Mechanismen, z. B. die im Sercos-Standard spezifizierten Motion- Control-Profile, die Telegrammstruktur und die Hardware-Synchronisation, wurden dabei auf den Ethernet-Standard übertragen. Doch wie lässt sich Sercos III rasch und sicher in eine Applikation integrieren? Andreas Müller ist Leiter Vertrieb und Marketing bei der Kunbus GmbH in Denkendorf 20 antriebstechnik 8/2016

TITEL I STEUERN UND AUTOMATISIEREN Sercos (Serial Realtime Communication System) Interface ist eine genormte, Ethernet basierte, digitale Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Steuerungen und Antrieben. Diese erfolgt in Echtzeit und wurde vor allen Dingen für die Synchronisierung digitaler Servoantriebe konzipiert. Sercos III ist die dritte Generation der Reihe nach IEC/EN 61491 auf der Basis von Standard-Ethernet IEEE 802.3. Sercos III ist bei der IEC (International Electric/Electrotechnical Commission) zur weltweiten Standardisierung hinterlegt und ist damit nach Sercos I und II Teil der internationalen Standards IEC 61800-7, IEC 61784 und IEC 61158. Sercos-Mechanismen wie die im Sercos-Standard spezifizierten Motion-Control-Profile, die Telegrammstruktur und die Hardware-Synchronisation, die sich bereits bewährt haben, wurden dabei auf den Ethernet-Standard übertragen. Sercos wird international unterstützt von namhaften Steuerungs-, Antriebs- und sonstigen Geräteherstellern. Die Weiterentwicklung des Standards erfolgt innerhalb der Nutzerorganisation Sercos International (SI). Diese überwacht die weltweite Einhaltung des Standards und bietet Mitgliedern Unterstützung für Entwicklung, Konformitätstests, Marketing usw. Vor allen Dingen im Bereich Antriebe/Motion Controll wird Sercos III häufig eingesetzt. Das liegt an der großen Echtzeitfähigkeit, der hohen Performance und der Störunempfindlichkeit. Um die Anforderung einer Echtzeitübertragung zu erfüllen, wird ein kollisionsfreier Echtzeitkanal parallel zu einem Nicht-Echtzeitkanal geschaltet. In dem kollisionsfreien Echtzeitkanal werden die Telegramme, die von Sercos definiert wurden, mit hoher Protokolleffizienz übertragen. Dadurch wird selbst bei einer hohen Benutzeranzahl eine bestmögliche Performance von Sercos III erreicht. Diese parallele Schaltung ermöglicht eine Übertragung von beliebigen Ethernet-Telegrammen und IPbasierten Protokollen (z. B. TCP/IP, UDP/IP) im Nicht-Echtzeitkanal (auch Zeitschlitz genannt), ohne die garantierten Zykluszeiten der Echtzeitdaten zu gefährden. Dadurch wird z. B. eine Parametrierung ohne laufende Steuerung mit einem Standard-Notebook und Ethernet-Schnittstelle ermöglicht. Auf die Automatisierungsindustrie angepasst, verwendet Sercos III Hochleistungsprotokolle. Die Daten werden dabei in zyklischen Telegrammen gesendet. Diese stellen die oben erwähnten Kommunikationskanäle zur Verfügung und wurden durch die Parameter der Geräteprofile standardisiert. Es werden zwei Telegramm arten unterschieden: Master-Daten-Telegramm (MDT) und Antwort­ Telegramm (AT). Bei der Initialisierung werden jedem Slave Geräte kanäle im MDT und im AT zugeteilt, mit denen er Telegramme empfängt oder sendet. Je nach Datenmenge werden bis zu vier MDT und vier AT vom Master entsendet. Die Telegrammstruktur Durch die klare und robuste Datenstruktur des Sercos III wird die Betriebssicherheit erhöht und dies sorgt zudem für transparente, nachvollziehbare Prozesse innerhalb des Netzwerks. Anlagendiagnosen an beliebigen Netzwerkknoten lassen sich so einfach realisieren. Die Sercos-III-Telegramme bestehen aus einem Sercos-3-Header und einem Datenfeld, welches in den Ethernet-Frame eingebettet ist. Der Header gibt Auskunft über die Lage der Telegramme sowie über die Phase, in welcher sich das Netzwerk zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet. Die Datenfelder von MDT und AT lassen sich in drei Bereiche unterteilen: n Hot-Plug-Feld: Angabe der ans Netzwerk neu angekoppelten Slaves n Service-Kanal-Feld: Gerätekanäle, die zur Konfiguration der Slaves dienen n Echtzeitdaten-Feld: Gerätekanäle der Slaves, um zyklische Echtzeitdaten zu senden (MDT) oder zu empfangen (AT) Integrierte Sicherheit bei Sercos III Die Kommunikation zwischen den Komponenten beruht dabei auf standardisierten Parametersätzen zur Steuerung von Gerätefunktionen. Diese sind sowohl vom Hersteller als auch von der Hardware unabhängig. Bei der Initialisierung eines Netzwerkes wird in der Konfiguration dann festgelegt, aus welchen unterschiedlichen Parametern sich die Echtzeitdaten eines bestimmten Gerätekanals zusammenzusetzen haben. Sercos III verfügt dabei über Kommunikationskanäle und Geräteprofile für alle gängigen Automatisierungsanwendungen, die Performance und Effizienz von Sercos III erhöhen: Echtzeit-Kommunikationskanäle n M/S (Master/Slave)-Gerätekanal: direkter Austausch von Funktionsdaten zwischen Master und Slaves n CC (Cross Communication)-Gerätekanal: direkte Querkommunikation zwischen Geräten, entweder zwischen Steuerungen (C2C) oder zwischen Antriebs- bzw. Peripherie-Slaves. n SVC (Service Channel)-Kanal: Austausch von Servicedaten n SMP (Sercos Messaging Protocol)-Zeitschlitz: Übertragung von Funktionsdaten mehrerer Teilnehmer mithilfe eines Multiplex- Verfahrens n Sercos Safety: Austausch von sicherheitsrelevanten Daten in einem M/S oder einem CC-Gerätekanal. Dazu gehören z. B. Abschaltoder Zustimmungssignale oder auch sichere Sollwerte Universeller Kommunikations kanal n Standard-Ethernet: Anbindung beliebiger Ethernet-Geräte wie Notebook, Webcam oder E/A-Peripherie n Sonstige Ethernet-Protokolle: Übertragung von beliebigen ethernetbasierten Protokollen im Unified Communication Channel (UCC) Geräteprofile n Motion-Profil: Motion- und SPS-Funktionen für Steuerungen auf Basis der Sercos Motion-Control-Parameter n Drive-Profil: Funktionen zur Steuerung von Antrieben E/A-Profil n Energy-Profil Die Synchronität Sercos III bezieht sich auf die bewährte Hardware-Synchronisierung. Jedes Modul besitzt einen speziellen Logikbaustein, der die Systempunkte untereinander koordiniert. Dadurch werden zusätzliche Hubs und Switches als teure Schaltstellen überflüssig und das Netzwerk stimmt sich weitestgehend selbständig ab. Synchronität wird somit zu einer Grundeigenschaft jedes Sercos-Systems. Diese Synchronität und die Datenübertragungsrate von 100 Mbit/s (Fast Ethernet) im Vollduplex-Modus führen zu einer minimalen Zykluszeit von 31,25 µs und somit zu einer maximalen Effizienz und Performance von Sercos III. Die Sicherheit 01 Kommunikationsmodul Kunbus-Com für Sercos-III- Netzwerke Die Technik der Querkommunikation zwischen einzelnen Knoten leistet nicht nur einen Beitrag zur Flexibilität, Effizienz und Perfor­ antriebstechnik 8/2016 21

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