Einführung
Sercos interface ist heute der weltweit führende Echtzeit-Kommunikationsstandard für anspruchsvolle Motion Control Anwendungen. Mit über 1,8Mio. installierten Knoten hat sich Sercos interface in den unterschiedlichsten Anwendungen, besonders aber bei hochdynamischen und hochgenauen Multi-Achs-Anwendungen, als de-facto Standard etabliert. Das in IEC 61491 genormte Sercos definiert sowohl ein echtzeitfähiges Kommunikationssystem mit Synchroneigenschaften, als auch eine einheitliche, herstellerübergreifende Semantik für das Zusammenspiel von Steuerungs-, Antriebs- und E/A-Komponenten. Um auch zukünftige Anforderungen an die Automatisierung von Maschinen und Anlagen optimal abdecken zu können, entschloss sich die Nutzerorganisation Sercos International (SI) im Jahre 2003 den Sercos-Standard auf der Basis von Industrial Ethernet weiterzuentwickeln. Diese dritte Sercos-Generation (Sercos III) zeichnet sich durch eine hohe Performance bei gleichzeitig minimalen Kosten aus. Eine Vielzahl neuer, innovativer Kommunikationsfunktionen, das Sicherheitskonzept CIP Safety on Sercos, sowie ein zukunftsorientiertes Geräteprofil für dezentrale E/A-Peripherie stellen dabei sicher, dass künftig Sercos nicht nur als Antriebsbus, sondern vielmehr als universelles und flexibles Echtzeit-Netzwerk für die Kommunikation zwischen beliebigen Automatisierungsgeräten genutzt werden kann.
Übertragungsverfahren
Wie bereits die beiden ersten Sercos-Generationen verwendet Sercos III ein Zeitschlitzverfahren, um Daten effizient und deterministisch zwischen den einzelnen Netzwerkteilnehmern auszutauschen. Die Übertragung erfolgt zyklisch mit Zykluszeiten, die minimal 31,25µs und maximal 65ms betragen können. Die zur Verfügung stehende Bandbreite von Fast Ethernet (100MBit/s) wird dabei in zwei Kanäle unterteilt. Im Echtzeit-Kanal werden die von Sercos III spezifizierten Sammeltelegramme (siehe Bild 1) als Broadcast übertragen und \’on-the-fly\‘ bearbeitet. Im Nicht-Echtzeit-Kanal können dagegen Nicht-Echtzeit-Ethernet Frames als Einzeltelegramme an beliebige Geräte des Netzwerkverbundes gesendet werden. Die Adressierung erfolgt direkt über die den Master- und Slavegeräten zugeordneten MAC-Adressen. Geräte können somit einzeln oder auch integriert in einen Netzwerkverbund direkt mit einer beliebigen Standard-Ethernet Hardware (z.B. ein Notebook) über gängige Protokollstacks (z.B. TCP/IP) gekoppelt werden. Dieser Mechanismus arbeitet sowohl im Offline-Modus (d.h. ohne laufendes Sercos III Protokoll) als auch im Online-Betrieb (d.h. während des Sercos III Echtzeitbetriebs). Da die Sercos III Hardware sicher stellt, dass der Echtzeit-Kanal nicht durch asynchrone Ethernet-Kommunikation gestört wird, können jegliche \’Nicht-Sercos III\‘-Geräte ohne Zusatzhardware und ohne spezielle Softwaretreiber direkt an jeden freien Sercos III Port angeschlossen werden.
Direkter Querverkehr
Um unabhängig von der physikalischen Position eines Slaves im Netzwerk einen direkten Datenaustausch zwischen beliebigen Slaves (sogenannter Querverkehr) sicherzustellen, ist es erforderlich, dass die Echtzeit-Telegramme sowohl im Vorwärtspfad als auch im Rückwärtspfad bearbeitet werden (Bild 2). In diesem Falle können Daten direkt zwischen Slaves innerhalb eines Kommunikationszyklus ausgetauscht werden. Dies hat nicht nur den Vorteil, dass die Daten auch bei höheren Zykluszeiten – immer innerhalb eines Kommunikationszyklus mit einer minimalen Verzögerungszeit zwischen Slaves übertragen werden können. Durch einheitliche Synchronisationszeitpunkte werden zudem die Sollwerte synchron und gleichzeitig gültig (sogenannte \’t3\‘-Zeit), sowie die Istwerte netzwerkweit synchron und gleichzeitig erfasst (sogenannte \’t4\‘-Zeit). Sercos III erreicht eine Synchronisationsgenauigkeit von <20ns und eine Gleichzeitigkeit von <100ns. Darüber hinaus stehen alle Echtzeitdaten synchron, d.h. bezogen auf einen gemeinsamen Kommunikationszyklus, an jeder Position des Netzwerkes zur Verfügung. Damit ist eine äußerst effiziente und flexible Netzwerkdiagnose und -überwachung möglich.
