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antriebstechnik 8/2016

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STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIEREN I TITEL 2. Ring-Topologie Durch zusätzliche Kabel kann man das Netzwerk zu einem Ring verbinden. Das funktioniert bei einer Linie mit nur einem Kabel zwischen dem Master und dem letzten Slave, bei zwei Linien jeweils zwischen den beiden letzten Slaves. Bei der Ring-Topologie schickt der Master jeweils aus beiden Ports Daten in den Ring, sodass diese auch im Ring in zwei Laufrichtungen ausgewertet werden. Dabei handelt es sich bei den Topologien von Sercos III nicht um einen einfachen Ring, sondern um eine Doppelringstruktur. Dabei sind alle Komponenten jeweils über zwei Verbindungen miteinander verbunden. Erst diese Verschaltung ermöglicht eine weitere Funk tionsfähigkeit des Netzwerks auch bei Ausfall einzelner Verbindungen. 02 Blockschaltbild eines Kommunikationsmoduls Kunbus-Com mance von Sercos III, sondern sie erhöht auch die Sicherheit, weil ein Sercos-III-Netzwerk dadurch mit einer Ring-Struktur aufgebaut werden kann. Somit kann z. B. im Falle eines Kabelbruchs ein redundanter Signalweg benutzt werden. Dies ist beim klassischen Ethernet nicht der Fall. Auch die Datenübertragung ist sicherer: Sercos bietet ein zertifiziertes Sicherheitsprotokoll, das Sercos Safety, an, welches die Anforderungen der Sicherheitsnorm IEC 61508 bis zum Safety Integrity Level 3 erfüllt. Sercos Safety ist gegen Fehler wie Wiederholung, Verlust, Einfügung, falsche Abfolge, Verfälschung, Verzögerung und Verwechslung von sicheren Daten mit Standarddaten abgesichert. Durch das CIP Safety On Sercos Protokoll werden Signale, welche die Sicherheit im Sercos Interface Netzwerk garantieren, übertragen. Somit entfällt ein zusätzlicher Sicherheitsbus, der normalerweise diese Funktion übernimmt. Durch das CIP Safety on Sercos werden die Daten genauso übertragen wie normale Standard Daten, sprich auf demselben Medium. Dabei liegt die Funktionalität des Sicherheitsprotokolls in den Endgeräten. Dies macht einen gleichzeitigen Betrieb von Standard- und Sicherheitsgeräten im Sercos Interface Netzwerk möglich. Diese Sicherheit wird für alle Kommunikationsebenen und Kanäle garantiert. Die Topologie Als Topologie beschreibt man die Vernetzungsstruktur mehrerer Geräte untereinander, die einen Datenaustausch dieser Geräte miteinander ermöglicht. Die spezielle Topologie eines Netzwerks bestimmt dessen Ausfallsicherheit. Nur bei alternativen/redundanten Verbindungen zwischen den Komponenten bleibt bei Ausfällen einzelner Komponenten die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems erhalten. Allgemein bestehen alle Sercos-Netzwerke aus mindestens einem Master für die Koordination und einem Slave für die Ausführung von Automatisierungsfunktionen. Sie sind einfach und übersichtlich in Linien- oder Ring-Topologie angeordnet. Dabei wird auf Switches oder Hubs verzichtet, was zu enormen Kosteneinsparungen führt. Jedes Gerät hat dabei mindestens zwei Ethernet-Anschlüsse. Diese werden über CAT5e-Ethernetkabel mit den anderen Geräten verbunden. Sercos III benutzt dabei nicht die Stern-Topologien des Industrial Ethernets, sondern bietet nachfolgende Möglichkeiten. 1. Linien-Topologie Bei der Linien-Topologie (auch lineare Topologie oder Bus-Topologie genannt) sind alle Geräte seriell angeordnet. Der Master befindet sich in der Regel jeweils am Anfang einer Linie. Die Daten durchlaufen alle Slaves, die seriell, d. h. in Reihe hintereinander geschaltet sind, und werden vom letzten Gerät zurückgeleitet (der sogenannte „Loop Back“). 3. Andere Topologien Andere mögliche Topologien von Sercos III sind hierarchisch kaskadierte Netzwerkstrukturen. Dabei werden einzelne Netzwerksegmente untereinander über eine Ring- und Linientopologie miteinander vernetzt. Installation von Sercos III Die Installation einer flexiblen Topologie von Sercos III ist einfach und erfordert keine spezielle Netzwerkkonfiguration. Alle Geräte werden durch Patch- oder Crossoverkabel miteinander verbunden. Die Ethernet-Ports der Geräte sind austauschbar und können auch genutzt werden, um Standard-Ethernet-Geräte (z. B. Notebooks) an ein Sercos-III-Echtzeit-Netzwerk anzuschließen. Die maximale Teilnehmerzahl pro Ring/Linie beträgt bei den flexiblen Topolo gien von Sercos III 511 Teilnehmer. Doch wie bringe ich nun meine Applikation (sei es ein Sensor, ein Aktor oder ein HMI) dazu, Sercos zu „sprechen“? Hier können Hersteller unterschiedliche Wege gehen. Zum einen die Integration von Sercos III durch eine Eigenentwicklung mittels Stack oder Chip, zum anderen durch den Einsatz eines Gateways (mit Masterfunktion). Der dritte Weg ist der Einsatz eines aufsteckbaren Kommunikationsmoduls. Nachfolgend bezieht sich diese Abhandlung auf diesen dritten Weg mittels eines Kunbus-Com-Sercos-III-Kommunikationsmoduls. Die leistungsfähigen Kommunikationsmodule von Kunbus bieten dem Anwender eine einfache und kostensparende Möglichkeit, Sercos III ohne großen, eigenen Entwicklungsaufwand in sein Gerät zu integrieren. Die Module enthalten neben dem Ethernet-Interface eine 32-Pin-Steckverbindung als Schnittstelle zur Applikation. Dank einheitlichen Hardware- und Softwareschnittstellen sind alle Module untereinander austauschbar. Somit können auch andere Protokolle ohne Aufwand eingesetzt werden, z. B. Profinet, Profibus, Powerlink, EtherCAT, Ethernet IP und alle klassischen Feldbusse. Die Module verfügen über eine leistungstarke Dual-Port-RAM- Schnittstelle. Diese ermöglicht der CPU des Moduls und der CPU der Steuerplatine einen zeitgleichen Zugriff auf den gemeinsamen Speicher. Die Module können auch an den Prozessor der Steuerung über eine UART-Schnittstelle oder eine SPI-Schnittstelle angebunden werden. Für prozessorlose Geräte steht eine Schieberegister- Schnittstelle zur Verfügung. Es können Aus- und Eingangssignale mit bis zu bis zu 32 Byte verarbeitet werden. Dabei lassen sich die Signale beliebig auf die In- und Output-Register verteilen. Eine zweite serielle Schnittstelle ermöglicht den Anschluss eines Terminals und dient z. B. als Debug- und Konfigurations-Schnittstelle. Kunbus-COM Module arbeiten völlig autark von der Steuerung und entlasten somit deren Prozessor. Im Normalfall kann dieses Kommunikationsmodul innerhalb weniger Tage in die Applikation integriert werden, da lediglich ins Layout der Platine ein paar Anpassungen integriert werden müssen. Als Hilfsmittel stehen auch ein Evaluation-Kit sowie Musteranschaltungen zur Verfügung. www.kunbus.de 22 antriebstechnik 8/2016

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