СЕРКОС III

Серкос III
Год создания:	2003 г.
Кол-во устройств:	511
Скорость	100 Мбит / с полный дуплекс
Горячее подключение?	да
Избыточность?	да
Совместимость с Ethernet?	да
Правление:	Sercos International eV
Интернет сайт:	http://www.sercos.com

Эта статья содержит контент, который написан как реклама . Пожалуйста, помогите улучшить его , удалив рекламный контент и неприемлемые внешние ссылки , а также добавив энциклопедический контент, написанный с нейтральной точки зрения . ( Сентябрь 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Sercos III - это третье поколение интерфейса Sercos , стандартизованного открытого цифрового интерфейса для связи между промышленными элементами управления, устройствами управления движением, устройствами ввода / вывода (I / O) и узлами Ethernet, такими как ПК. Sercos III применяет к Ethernet функции жесткого реального времени интерфейса Sercos . Он основан на стандарте Ethernet ( IEEE 802.3 и ISO / IEC 8802-3) и соответствует ему. Работа над Sercos III началась в 2003 году ^[1], и в 2005 году поставщики выпустили первые поддерживающие его продукты ^[2].

Общая архитектура [ править ]

Для достижения требований к пропускной способности и джиттера в приложениях SERCOS, SERCOS III работает в основном в ведущем / ведомом устройстве обмена данных между циклическими узлами. Мастер инициирует всю передачу данных в течение цикла реального времени Sercos. Все передачи данных начинаются и заканчиваются на ведущем (циркулярное).

Цикл Серкоса III [ править ]

Обмен данными в сети Sercos III происходит в строгих циклических интервалах. Время цикла выбирается пользователем для конкретного приложения в диапазоне от 31,25 мкс до 65 мс. В каждом цикле обмен данными между узлами Sercos III осуществляется с помощью двух типов телеграмм: MDT и AT (см. Типы телеграмм ). После того, как все MDT и AT переданы, узлы Sercos III позволяют использовать оставшееся время в цикле в качестве канала UC (Unified Communication) , который может использоваться для обмена данными с использованием других форматов, таких как IP.

Сеть остается доступной для трафика UCC до начала следующего цикла, когда Sercos III снова закрывает узлы для трафика UCC. Это важное различие. Sercos специально разработан для обеспечения открытого доступа на всех портах для других протоколов между циклическими сообщениями в реальном времени. Никакого туннелирования не требуется. Это дает преимущество, заключающееся в том, что любой узел Sercos III доступен, независимо от того, находится ли Sercos III в циклическом режиме или нет, для использования других протоколов, таких как TCP / IP, без какого-либо дополнительного оборудования для обработки туннелирования. Узлы Sercos предназначены для обеспечения метода хранения и пересылки для буферизации сообщений, не относящихся к Sercos, если они будут получены узлом, пока активна циклическая связь.

Телеграммы [ править ]

Формат телеграммы [ править ]

Все телеграммы Sercos III соответствуют формату кадра IEEE 802.3 и ISO / IEC 8802-3 MAC ( Media Access Control ).

Адрес назначения

Адрес назначения для всех телеграмм Sercos III всегда 0xFFFF FFFF FFFF (все единицы), который определяется как широковещательный адрес для телеграмм Ethernet. Это связано с тем, что все телеграммы отправляются ведущим устройством и предназначены для всех ведомых устройств в сети.

Адрес источника

Исходным адресом для всех телеграмм Sercos III является MAC-адрес ведущего устройства, поскольку он отправляет все телеграммы.

Тип Ethernet

Уникальное значение EtherType было назначено через центр регистрации полей IEEE EtherType для Sercos III (0x88CD).

Заголовок Sercos III

Начало поля данных, определяемого Ethernet, всегда начинается с заголовка Sercos III, который содержит информацию об управлении и состоянии, уникальную для Sercos.

Поле данных Sercos III

За заголовком Sercos III следует поле данных Sercos III, которое содержит настраиваемый набор переменных, определенных для каждого устройства в сети.

Типы телеграмм [ править ]

В цикле Sercos III используются два основных типа телеграмм. Телеграмма с основными данными (MDT) и телеграмма с подтверждением (AT). Оба типа телеграмм выдает ведущий (управляющий). MDT содержит информацию, предоставляемую ведущим ведомым устройствам. Он заполняется мастером и читается подчиненными. AT выдается ведущим устройством, но фактически заполняется каждым ведомым устройством соответствующими данными ответа (значения обратной связи, состояния ввода и т. Д.). Более одного ведомого устройства используют один и тот же AT, заполняя заранее определенную область в телеграмме AT, обновляя контрольные суммы, а затем передавая телеграмму следующему устройству. Этот метод снижает влияние накладных расходов кадра Ethernet на производительность сети без ущерба для IEEE 802.3 и ISO / IEC 8802-3. Количество данных, отправленных от мастера к подчиненным,а также сумма данных, возвращаемых подчиненными устройствами, может превышать указанный в 802.3 максимальный размер поля данных в 1500 байт. Чтобы соответствовать этому пределу, Sercos III может использовать более одной телеграммы MDT в цикле, а также более одной телеграммы AT (до 4 в каждом случае).

Синхронизация [ править ]

Для достижения характеристик точного реального времени Sercos III, как и Sercos I и II, использует форму синхронизации, которая зависит от «метки» синхронизации, выдаваемой главным устройством управления через точные равноудаленные интервалы времени. Все узлы в сети Sercos используют эту телеграмму для синхронизации всех действий в узле. Чтобы учесть вариации в компонентах сети, во время фазового перехода (инициализации) сети Sercos измеряются задержки в передачах от узла к узлу, и эти значения компенсируются во время нормальной работы. В отличие от Sercos I и II, где для этой цели используется отдельная Master Sync Telegram, или MST, Sercos III включает MST в первый передаваемый MDT. Отдельной телеграммы не выдается. Время между двумя MST точно равно назначенному времени цикла Sercos, tScyc.

Процесс синхронизации гарантирует, что циклическая и одновременная синхронизация всех подключенных устройств происходит независимо от топологии и количества устройств в сетях Sercos.

Физический уровень и уровень передачи данных [ править ]

Sercos III поддерживает стандартные объекты полнодуплексного физического уровня (PHY) на физическом уровне (PHY) стандарта IEEE 802.3 и ISO / IEC 8802-3 100Base-TX или 100Base-FX (100 Мбит / с в основной полосе частот). Используются подуровни контроллера доступа к среде (MAC), соответствующие стандарту 802.3. Автосогласование должно быть включено на каждом PHY, но поддерживается только полнодуплексный режим 100 Мбит. Авто (MAU [Media Attachment Unit] - Embedded) Кроссовер указывается между двумя модулями Physical Medium Attachment (PMA), имеющимися с дуплексным портом. Эти два блока называются первичным каналом и вторичным каналом в спецификации Sercos III. Требуются двойные интерфейсы (два дуплексных интерфейса на устройство). В спецификации Sercos III двойные интерфейсы обозначаются как P1 и P2 (порты 1 и 2).

Электропроводка [ править ]

Установка сети Sercos проста и не требует компонентов инфраструктуры, таких как коммутаторы или концентраторы. Все устройства соединяются между собой коммутационными или перекрестными кабелями длиной до 100 м. Порты Ethernet на устройствах взаимозаменяемы и могут использоваться для подключения к сети стандартных устройств Ethernet, например портативных компьютеров. Доступ ко всем протоколам Ethernet и IP на устройствах Sercos можно получить без вмешательства в протокол реального времени и без необходимости активации операции в реальном времени.

Стек Sercos III [ править ]

Все функции, необходимые для настройки интерфейса Sercos III, содержатся в стеке, который доступен как в «жесткой», так и в «мягкой» версиях. Жесткая версия широко используется для встроенных приложений (таких как приводы, модули ввода / вывода и управление движением на основе микроконтроллера), где:

• Важно, чтобы накладные расходы на управление узлами Sercos III не возлагались на процессор устройства.
• Требуется наносекундный джиттер.

Аппаратный стек доступен в нескольких различных формах. ^{[3] В} настоящее время к ним относятся:

• Битовый поток для ПЛИС Xilinx для ведущего и ведомого
• Битовый поток для ПЛИС Altera для ведущего и ведомого
• Битовый поток для ПЛИС Lattice Semiconductor для ведущего и ведомого
• Сетевой список для ПЛИС Xilinx для ведущего и ведомого
• Сетевой список для ПЛИС Altera для ведущего и ведомого
• Сетевой список решетчатых ПЛИС для ведущего и ведомого
• Микросхема мультисетевого контроллера « netX » от Hilscher, GmbH для ведущего и ведомого устройства.
• Модуль Anybus CC от HMS Industrial Networks для ведомого
• Микропроцессоры Sitara ™ AM335x от Texas Instruments для ведущего и ведомого.
• Микросхема переключателя Fido 5000 REM от Innovasic, Inc. для ведомого устройства.
• Микропроцессоры RZ / N1 от Renesas Electronics для ведомых.

Максимальный джиттер, допустимый для ведущих и ведомых устройств с жестким стеком, составляет менее 1 мкс. Использование вышеуказанных стеков дает джиттер, аналогичный Sercos II (35-70 наносекунд).

Sercos III также поддерживает «Soft Master», не зависящий от операционной системы и аппаратной платформы, используя полностью программный стек для главного интерфейса. ^[4] Поскольку максимальный джиттер в такой конфигурации зависит от операционной системы ведущего устройства, максимальное дрожание может быть установлено переменной для сети Sercos III, когда используется мягкий ведущий. Стандартный контроллер Ethernet может использоваться для приложений с линейной топологией, временем цикла шины более 500 мкс и синхронизацией в микросекундном диапазоне. Приложения с более высокими требованиями к синхронизации и меньшим временем цикла шины могут быть реализованы с использованием контроллера Ethernet с поддержкой TTS и подходящей операционной системы реального времени.

Для базовых ведомых устройств, таких как устройства ввода-вывода, EasySlave-IO, доступен вариант EasySlave без лицензии для битового потока .

Доступен продукт, который использует плату Arduino в качестве платформы быстрого прототипа для приложения, плюс соответствующий экран (дополнительный модуль) с ПЛИС Sercos EasySlave, а также другие периферийные компоненты.

Согласованность данных [ править ]

Термин, обычно связанный с ИТ-предприятием, согласованность данных, также может применяться к управлению в реальном времени (см., Например, одноранговую связь ). По этой причине Sercos III указывает, что никакие данные не должны быть перезаписаны (уничтожены) во время передачи. Каждое подчиненное устройство в сети может получить доступ к входным и выходным данным для любого другого подчиненного устройства в сети.

Обращение [ править ]

Устройства должны поддерживать MAC-адресацию Ethernet, а также адресацию Sercos III. Другие схемы адресации не являются обязательными.

Адрес Sercos III

Каждое устройство Sercos III содержит числовой адрес, используемый другими устройствами в сети Sercos III для обмена данными. Адрес может быть любым целым числом от 1 до 511.

айпи адрес

Sercos III не использует IP-адрес для своей работы. Содержит ли устройство IP-адрес или нет, зависит от его поддержки других спецификаций, независимо от работы Sercos III или через часть цикла UC (Unified Communication) Channel .

Сетевые топологии [ править ]

Спецификация Sercos III определяет две возможные топологии сети ; Кольцо и линия. Тем, кто знаком с другими сетями, они могут показаться сконфигурированными как кольцо. Все телеграммы начинаются и заканчиваются мастером. Для этого используется функция полного дуплекса физического уровня.

Линейная топология [ править ]

Линейная топология является более простой из двух возможных схем и не обеспечивает избыточности. Однако такая конфигурация позволяет сэкономить на стоимости одного кабеля. В нем используется только один из двух интерфейсов мастера. Телеграммы отправляются из PMA передачи на активный порт Мастера. Любой порт на мастере может быть активным. Sercos III определяет это во время ввода в эксплуатацию (инициализации).

Первое ведомое устройство принимает телеграммы в PMA приема подключенного интерфейса, изменяет их по мере необходимости и выдает их в PMA передачи второго интерфейса. Каждое каскадное ведомое устройство делает то же самое, пока не будет достигнуто последнее ведомое устройство в линии. Это ведомое устройство, обнаружив отсутствие соединения Sercos III на своем втором порте, возвращает телеграмму обратно на порт передачи принимающего интерфейса. Затем телеграмма проходит через все ведомые устройства обратно к мастеру. Обратите внимание, что последнее ведомое устройство также передает все телеграммы Sercos III на свой второй порт, даже если соединение Sercos III не обнаружено. Это для отслеживания, замыкания кольца (см. Ниже) и горячего подключения .

Имейте в виду, что поскольку поле назначения Ethernet во всех телеграммах Sercos III является широковещательным адресом 0xFFFF FFFF FFFF (все единицы), все телеграммы, отправленные из этого открытого порта, будут восприниматься другими устройствами как широковещательные телеграммы. Такое поведение является преднамеренным и не может быть отключено. Чтобы избежать налогообложения сетей, подключенных к открытому порту Sercos, можно использовать IP-коммутатор или, в качестве альтернативы, можно использовать управляемый коммутатор Ethernet, запрограммированный на блокировку широковещательных телеграмм, полученных из порта Sercos. Начиная с версии 1.3.1 спецификации Sercos III, поддерживается подключение промышленных устройств Ethernet, где устройства работают с периодом цикла 20 мс в фазе связи 0 (CP 0).

Кольцевая топология [ править ]

Кольцевая топология просто закрывает сеть, присоединяя неиспользуемый порт на последнем устройстве в кольце обратно к неиспользуемому порту на главном устройстве. Когда Sercos III Master обнаруживает наличие кольца, он устанавливает две телеграммы, вращающиеся в противоположных направлениях. Одновременно отправляются одни и те же данные из PMA передачи обоих портов ведущего устройства. Отсюда обе телеграммы управляются по существу одинаково, поскольку они проходят через каждое ведомое устройство, заканчивая обратно в противоположный порт на ведущем устройстве, из которого они были отправлены. Преимущества этой топологии включают более жесткую синхронизацию, а также автоматическое резервирование инфраструктуры (см. Ниже).

Другие сетевые топологии [ править ]

Как с линейной, так и с кольцевой структурой, Sercos III работает по «круговой» схеме. Все телеграммы покидают хозяина и возвращаются туда. Как и в случае любой сети, которая работает таким образом, модифицированные структуры могут быть построены в виде древовидной или звездообразной сети с использованием оборудования, которое управляет ветвями, но структура по-прежнему имеет круговой характер.

Оборудование инфраструктуры [ править ]

Sercos III спроектирован таким образом, что для работы не требуется дополнительная сетевая инфраструктура (стандартные коммутаторы Ethernet , концентраторы и т. Д.). Фактически, никакие дополнительные стандартные компоненты Ethernet (не поддерживающие Sercos III) не могут быть размещены в сети Sercos III, поскольку их присутствие отрицательно повлияет на синхронизацию и синхронизацию сети.

Чтобы гарантировать синхронизацию в расширенных сетях с использованием медиаконвертеров, требуется сквозная коммутация . Если должно быть достигнуто кольцевое резервирование, необходима переадресация потери связи с соответствующим временем реакции.

Интеграция с полевой шиной [ править ]

Доступно множество продуктов, которые позволяют подключать полевые шины (Profibus и CAN) или шины датчиков / исполнительных устройств (AS-i, SSI, IO-Link) к сети Sercos. Доступны шлюзы для интеграции аналоговых осей. Шлюзы встраиваются в устройства Sercos (например, модульные входы / выходы) или подключаются как отдельные компоненты в сети.

Особенности [ править ]

В дополнение к функциям интерфейса Sercos, Sercos III также предоставляет: ^[5]

• Sercos - это технология, не зависящая от производителя. Все права на эту технологию принадлежат организации пользователей Sercos International eV и ее членам, что означает защиту инвестиций.
• Sercos - это открытый международный стандарт в соответствии с IEC 61491 для полнодуплексной шины Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит / с (и, следовательно, часть стандартов IEC 61784, IEC 61158, IEC 61800-7).
• Экономичная и простая организация сети без коммутаторов и концентраторов.
• Доступны Sercos Hard- и Soft-Master (лицензия с открытым исходным кодом).
• С Sercos Hard Master загрузка ЦП значительно снижается по сравнению с другими шинными системами.
• Поведение Sercos в реальном времени до 31,25 мкс (класс реального времени 3, IEC 61784-2) с телеграммой суммированного кадра и высочайшей точностью синхронизации << 1 мкс.
• Вместе с EtherCAT, Sercos является самой быстрой промышленной технологией Ethernet со скоростью 100 Мбит / с.
• Любая Ethernet-шина (например, EtherCAT, EtherNet / IP, Modbus / TCP, Profinet и т. Д.) И Ethernet-протокол (TCP / IP, FTP, UDP, OPC / UA, веб-сервер и т. Д.) Могут работать параллельно с Канал Sercos в реальном времени (без туннелирования).
• Полная интеграция классических полевых шин, таких как CANopen M / S, Profibus M / S, DeviceNet M / S, ASi-Interface, IO-Link, Serial, 3964R и т. Д.
• Sercos - это сеть, совместимая с Ethernet TSN.
• Технология Sercos предлагает гибкие сетевые топологии, такие как кольцо, дерево для кольца, линия, дерево для линии и двойная линия.
• Резервирование с кольцевой топологией без дополнительного оборудования - не проблема для Sercos. Обрывы кабеля в кольцевой конфигурации распознаются в течение 25 мкс.
• Простая прокладка кабелей: автоматическое определение прямых или перекрестных кабелей и Sercos Port 1/2 можно без проблем поменять местами.
• Горячее подключение от ведомых устройств Sercos значительно увеличивает доступность машины.
• Прямая перекрестная связь между ведомыми устройствами в реальном времени гарантирует минимальное время реакции.
• Кросс-коммуникация в режиме реального времени позволяет синхронизировать несколько сетей Sercos III.
• Самое быстрое время реакции безопасности SIL3 с подходом черного канала для безопасности CIP и безопасности ASi.
• Стабильные профили Sercos: привод, ввод-вывод, энергия, энкодер, безопасное движение и источник питания.
• Комплексные диагностические функции для облегчения поиска и устранения неисправностей, например, прямое подключение к сети Sercos для сервисных ПК.
• Подробный анализ сетей Sercos с помощью Sercos III Monitor (бесплатное ПО для Windows и Linux).

Уровень приложения (профили) [ править ]

Спецификация Sercos III определяет широкий спектр переменных, разработанных консорциумом поставщиков продукции для обеспечения взаимодействия между компонентами (элементы управления движением, приводы и т. Д.). Весь трафик в сети Sercos III состоит из идентификаторов (параметров) с атрибутами. Иденты определяют более 700 стандартизованных параметров, которые описывают взаимодействие между электрическими, пневматическими и гидравлическими системами управления, приводами и другими периферийными устройствами с использованием универсальной семантики. Этот метод был впервые определен в Sercos I как плоский набор идентов. Позже они были сгруппированы в наборы приложений, чтобы помочь в выборе подходящих идентификаторов, необходимых для данной отрасли, таких как «Профиль упаковки» для использования с упаковочным оборудованием. Во время разработки спецификации Sercos III,эта методология была дополнительно доработана для логической группировки идентов по классам устройств. Определение унаследованных идентов осталось в основном нетронутым; скорее их группировка была переоценена для более понятной архитектуры. Это также позволило разделить коммуникационные идентификаторы на логическое подмножество, упростив переход с Sercos I / II на Sercos III и предоставив пользователям четкий обзор.

Избыточность [ править ]

Когда используется кольцевая сеть, Sercos III обеспечивает автоматическое резервирование инфраструктуры. Если какая-либо точка межсоединения в кольце перестает функционировать, соответствующие узлы Sercos III обнаруживают «разрыв кольца» и «закольцовывают» конечные узлы, эффективно работая как две линии, а не как одно кольцо.

Эта операция является «безударной», так как время обнаружения и восстановления для такого разрыва составляет менее 25 мкс, что меньше минимального времени цикла Sercos III. Sercos III также может восстанавливаться после разрыва кольца и «лечить» без перерыва в работе. Поскольку телеграммы Sercos III продолжают отправляться посредством PMA передачи на неподключенных портах, а полученные PMA на неподключенных портах продолжают отслеживать входящие данные, когда порт Sercos III распознает, что кольцо было физически повторно замкнуто, он повторно активирует телеграммы встречного вращения, чтобы снова функционально закрыть кольца. Эта операция также безударная.

Одноранговые коммуникации [ править ]

Чтобы обеспечить требуемый детерминизм, большинство стандартов Ethernet в реальном времени применяют метод связи «только ведущий-ведомый». Это может конфликтовать с необходимостью для узла в системе эффективно обмениваться данными с узлом, отличным от мастера сети. Традиционный метод достижения этого в сети «ведущий-ведомый» заключается в передаче данных от одного ведомого узла ведущему, где они повторно отправляются одному или нескольким различным ведомым. Например, если несколько сервоприводов в сети должны быть синхронизированы с сигналом от другого привода в сети, мастер должен получить сигнал от этого привода и повторно отправить его всем другим приводам в сети. Недостатки этого метода заключаются в том, что задержки возникают из-за нескольких требуемых циклов, и нагрузка обработки ведущего увеличивается, поскольку он должен активно участвовать в функции,хотя это ничего не дает. Поскольку никакие данные не уничтожаются в телеграмме Sercos III, данные к любому ведомому устройству и от него могут быть доступны другим узлом в сети без какой-либо дополнительной задержки цикла или вмешательства ведущего. Кроме того, поскольку телеграммы проходят каждый узел дважды за цикл (для обоих типов топологии), узел может даже иметь возможность доступа к данным, предоставленным последующим узлом. В спецификации Sercos III определены два метода одноранговой связи: от контроллера к контроллеру (C2C) для связи нескольких мастеров друг с другом и перекрестная связь (CC) для нескольких ведомых.поскольку телеграммы проходят каждый узел дважды за цикл (для обоих типов топологии), узел может даже иметь возможность доступа к данным, предоставленным последующим узлом. В спецификации Sercos III определены два метода одноранговой связи: от контроллера к контроллеру (C2C) для связи нескольких мастеров друг с другом и перекрестная связь (CC) для нескольких ведомых.поскольку телеграммы проходят каждый узел дважды за цикл (для обоих типов топологии), узел может даже иметь возможность доступа к данным, предоставленным последующим узлом. В спецификации Sercos III определены два метода одноранговой связи: от контроллера к контроллеру (C2C) для связи нескольких мастеров друг с другом и перекрестная связь (CC) для нескольких ведомых.

Горячее подключение [ править ]

Еще одна особенность Sercos III - горячее подключение, то есть возможность добавлять устройства в активную сеть. Используя функции, описанные для резервирования, сеть может определять, когда новое устройство подключено к активной сети. Существуют процессы, которые настраивают новое устройство и сообщают о его доступности главному элементу управления. После этого главный элемент управления может выбрать использование нового устройства в зависимости от текущего запущенного приложения.

Передискретизация и отметка времени [ править ]

Передискретизация позволяет передавать более одного номинального / фактического значения за цикл, увеличивая деликатный характер управления процессом в чрезвычайно критических приложениях, таких как лазерные приложения.

Отметка времени передает результаты, управляемые событиями, такие как конкретные измеренные данные, и переключает выходы независимо от цикла. Это увеличивает стабильность процесса в сложных технологических решениях, например, в полупроводниковой промышленности.

Канал унифицированных коммуникаций (UC) [ править ]

Время между окончанием передачи всех циклических телеграмм реального времени (RT) Sercos III и началом следующего цикла связи определяется как «Унифицированный канал связи Sercos III» (канал UC). В течение этого периода времени открывается сеть Sercos, позволяющая передавать кадры, совместимые с Ethernet, для других служб и протоколов. Например:

1. Веб-серверы могут быть встроены в устройства, совместимые с Sercos III, для ответа на стандартные сообщения протокола передачи гипертекста (HTTP), полученные через канал UC.
2. Кадры из других стандартов Fieldbus, которые соответствуют форматированию кадров Ethernet, могут передаваться через сеть Sercos III.

Каждый узел, совместимый с Sercos III, должен поддерживать передачу кадров UC через свой интерфейс Sercos III. Будет ли узел Sercos III активно использовать функцию UC, определяется набором функций продукта. Если, например, устройство имеет встроенный веб-сервер, оно может сделать свой IP-адрес доступным для других устройств.

Сеть Sercos III всегда будет передавать кадры UC, даже если циклическая операция не была инициализирована. Это означает, что устройства всегда имеют доступ к сети для сообщений UC, пока на порты подается питание.

Sercos III не определяет, должен ли порт работать в режиме сквозной коммутации или в режиме промежуточного хранения при обработке кадров UC. В настоящее время на рынке есть продукты Sercos III, которые поддерживают оба режима. Аналогичным образом, Sercos III не определяет, должен ли порт интеллектуально обрабатывать телеграммы UC, например изучать топологию сети.

Время, отведенное для трафика UC, определяется объемом данных, передаваемых в течение части цикла в реальном времени. В реальных приложениях для кадров UC доступна значительная полоса пропускания. Например, в типичном приложении с 8 осями движения и частотой цикла 250 мкс для использования UC доступен эквивалент 85 Мбит / с. Это время означает, что кадры UC в этом примере могут иметь длину, равную максимальной, определенной для Ethernet ( Maximum Transmission Unit).[MTU] = 1500). Используя тот же пример с 8 осями, но с временем цикла 62,5 мкс, эффективная полоса пропускания, доступная для кадров UC, будет 40 Мбит / с, а MTU будет уменьшено до 325. Как и в любой сети, где время на шине равно общие, значения MTU должны быть настроены для обеспечения надежной связи. Правильно настроенные сети Sercos установят для параметра Sercos «Requested MTU» (S-0-1027.0.1) рекомендованное значение MTU, которое затем может быть прочитано другими устройствами в соответствии с их настройками MTU. Независимо от значения этого параметра, узел Sercos будет разрешать трафик, не относящийся к Sercos, в течение всего периода времени канала UC (т. Е. Телеграммы, длина которых превышает значение MTU, не отбрасываются стеком Sercos). Параметр Sercos S-0-1027.0.1 по умолчанию установлен на 576, минимальное значение, указанное в RFC 791 .

Доступ UCC [ править ]

Кадры UC могут поступать в сеть Sercos III только через порт, совместимый с Sercos III. Этого можно добиться двумя разными способами. Один из них - использовать неиспользуемый порт Sercos III в конце сети Sercos III, настроенной в линейной топологии, как показано справа.

В сети, настроенной по кольцевой топологии, кольцо может быть временно разорвано в любой точке, чтобы также подключить устройство. Поскольку функция резервирования Sercos III будет реконфигурировать сеть без всплесков (реагируя менее чем за один цикл), никаких нарушений передачи данных по сети не произойдет. Кольцо снова может быть закрыто после того, как доступ больше не требуется.

Если доступ желателен в середине линейной топологии (где нет свободных портов) или нежелательно нарушать кольцевую топологию в течение продолжительных периодов времени, спецификация Sercos III разрешает устройство, называемое «IP-коммутатор», которое может использоваться для обеспечения доступа к каналу UC в любом месте сети. IP-коммутаторы предоставляют два порта, совместимые с Sercos III, и один или несколько портов для доступа UCC.

Коммерчески доступные коммутаторы UCC блокируют передачу широковещательных телеграмм Sercos III через их порт (ы), не относящиеся к Sercos III, чтобы предотвратить переполнение сетей, отличных от Sercos III, циклическими данными Sercos III.

Общий сетевой протокол [ править ]

Sercos III разработан так, что EtherNet / IP. Устройства TC / IP и Sercos могут работать по одному и тому же кабелю Ethernet. Высокопроизводительные телеграммы Sercos используют только часть существующей полосы пропускания, что позволяет передавать телеграммы сторонних производителей по каналу UC.

Мастер Sercos и сканер EtherNet / IP необходимы для реализации общей сетевой инфраструктуры. Их можно объединить в мастер с двумя стеками.

Если резервирование не требуется, устройства подключаются в линейную топологию, где последнее устройство Sercos в линии передает и принимает телеграммы сторонних производителей через свой свободный порт. Свободный порт недоступен, если сеть настроена по кольцевой топологии для передачи данных с резервированием. В такой конфигурации требуется IP-коммутатор, чтобы пропускать в кольцо пакеты, не относящиеся к Sercos.

Поддержка функциональной безопасности [ править ]

«Функциональная безопасность» - это общий термин, относящийся к конструкции системы, которая снижает риск того, что опасное событие, опасное для человека, может произойти с системой. Основное определение содержится в международном стандарте IEC 61508 . Большинство промышленных сетей содержат определенные функции, отвечающие требованиям функциональной безопасности. Вместо того, чтобы определять уникальную спецификацию для этой функциональной безопасности, безопасность Sercos III основана на протоколе безопасности CIP, разработанном Open DeviceNet Vendors Association (ODVA). ^[6] Это обеспечивает совместимость на уровне безопасности со всеми сетями, основанными на Общем промышленном протоколе (CIP), включая DeviceNet и EtherNet / IP.

CIP Safety на Sercos обеспечивает безопасную передачу данных через Sercos III до SIL 3 ( уровень целостности безопасности ). Никакой дополнительной шины безопасности не требуется, поскольку информация о безопасности отправляется в дополнение к стандартным данным в сети Sercos.

С помощью CIP Safety на Sercos данные отправляются на том же носителе с использованием тех же соединений, что и стандартная связь. Функцию межсетевого протокола безопасности CIP выполняют оконечные устройства, что позволяет одновременно управлять стандартными устройствами и устройствами безопасности в одной сети. Надежная связь может иметь место между всеми уровнями сети, включая одноранговую связь и межсетевую связь. Мастер не обязательно должен быть контроллером безопасности. Он также может маршрутизировать данные, не имея возможности их интерпретировать. Это позволяет сконфигурировать архитектуру сети безопасности для реализации программируемых контроллеров безопасности или одноранговой связи между датчиками и исполнительными механизмами.

Профиль ввода-вывода Sercos [ править ]

Профиль ввода-вывода Sercos - это профиль устройства для децентрализованных модулей ввода-вывода, который можно использовать для блочного и модульного ввода-вывода. Он также поддерживает гибридные устройства, которые объединяют несколько функций в одном устройстве, например, двухосевой контроллер с функциями ввода / вывода и ведущего устройства.

Для конфигурации устройства ввода-вывода указан язык описания устройств и профилей на основе XML. SDDML (язык разметки описания устройств Sercos) описывает, какие профили поддерживаются определенным устройством. SPDML (язык разметки описания профиля Sercos) используется для определения различных профилей на основе модели параметров Sercos. Могут использоваться существующие стандартные параметры, а также могут быть определены параметры, специфичные для производителя.

Профиль Sercos Energy [ править ]

Sercos Energy - это профиль прикладного уровня, который определяет параметры и команды для снижения энергопотребления единообразным образом, независимо от производителя.

Sercos Energy снижает потребление энергии в трех областях:

• 1. Снижается постоянная нагрузка при остановке двигателя / машины;
• 2. Потребление энергии в зависимости от процесса динамически регулируется с учетом целевого времени / даты завершения для достижения более эффективной частичной загрузки; и
• 3. Энергия экономится во время обработки за счет отключения компонентов, которые не требуются в определенный момент или момент процесса (частичная работа машины).

В процессе работы система управления считывает параметры каждого компонента Sercos Energy через сеть Sercos III, получая информацию о состоянии и подробные значения потребления. В зависимости от ситуации (например, запланированные или внеплановые перерывы, компоненты машины, не требующиеся в текущем производственном процессе), система управления может выдавать стандартизированные команды для переключения подключенных компонентов (приводы, входы / выходы, датчики) в режим энергосбережения. для полного отключения, снижая их энергопотребление.

В профиле учитываются условия энергосбережения для предсказуемых перерывов, таких как обеденные перерывы и выходные. В заранее определенное время компоненты Sercos Energy переводятся в состояние покоя для экономии энергии. Незадолго до окончания прерывания Sercos Energy обеспечивает повторную инициализацию компонентов в состоянии ожидания, чтобы снова сделать их доступными.

Sercos Energy предоставляет механизмы для непреднамеренных поломок, вызванных ошибками оборудования или отсутствием деталей. В этих ситуациях целевые компоненты могут быть осторожно переведены в режимы энергосбережения на время исправления ошибок или во время ожидания новых деталей.

Используя интеллектуальные средства управления, оси и компоненты, которые не нужны в текущих производственных процессах, могут быть отключены и / или могут быть скорректированы целевые сроки завершения, при этом сохраняя полную производительность.

Профиль кодировщика Sercos [ править ]

Специфичный для функции профиль энкодера гарантирует, что энкодеры разных производителей могут использоваться в приложениях Sercos без проблем совместимости. Определяются поддерживаемые функции кодировщика и указывается их использование с другими устройствами, например элементами управления. Поддерживаются как автономные кодировщики, так и гибридные устройства с кодировщиками.

Sercos и OPC UA [ править ]

OPC Foundation и Sercos International разработали сопутствующую спецификацию OPC UA ^[7], которая описывает отображение Sercos на OPC UA. Это делает функции и параметры устройств Sercos III доступными для OPC UA независимо от поставщика. Это упрощает обмен данными между устройствами автоматизации станка и системами диспетчеризации более высокого уровня.

Многопротокольные возможности Sercos III позволяют использовать различные варианты реализации. Функциональность сервера OPC UA может быть реализована в системе управления машиной или непосредственно в полевом устройстве Sercos, таком как привод, датчик или модуль ввода / вывода. Клиент OPC также может быть интегрирован в контроллер Sercos.

Клиент OPC и сервер OPC UA могут взаимодействовать друг с другом, даже когда связь в реальном времени Sercos не активна, поскольку процесс передачи Sercos не требует туннелирования.

Sercos и IO-Link [ править ]

I / O Link - это цифровой интерфейс для подключения датчиков и исполнительных механизмов к шинам автоматизации более высокого уровня, таким как Sercos III. Ведущее устройство IO-Link может быть либо автономным ведомым устройством, либо частью модульного ведомого устройства. Доступно руководство по отображению IO-Link-to-Sercos ^[8], чтобы помочь производителям интегрировать IO-Link в сеть Sercos III. Доступна плата разработки IO-Link с мастером IO-Link и подчиненным интерфейсом Sercos III.

Поддержка Sercos для AS-i [ править ]

AS-i ( интерфейс датчика привода) - это сетевой интерфейс для подключения простых полевых устройств, таких как исполнительные механизмы и датчики, к шинам более высокого уровня, таким как Sercos III. Для подключения устройств AS-i к сети Sercos III доступно несколько шлюзов AS-i / Sercos.

TSN (Time Sensitive Networking) [ править ]

Стандартный Ethernet не является детерминированным, поэтому не подходит для связи в реальном времени. Для решения этой проблемы рабочая группа « Чувствительные ко времени сети» рабочей группы IEEE 802.1 разрабатывает набор стандартов, определяющих механизмы для передачи данных в реальном времени по сетям Ethernet.

Рабочая группа Sercos определила, что Sercos совместим с TSN. Демонстратор Sercos TSN был разработан для иллюстрации многопротокольной сети Sercos в реальном времени, основанной на TSN. ^[9]

Поддержка [ править ]

Программное обеспечение драйвера [ править ]

Программное обеспечение драйвера используется для подключения контроллера к логике устройства. Ряд базовых драйверов Sercos доступен в виде программного обеспечения с открытым исходным кодом на сайте sourceforge.net. ^[10] К ним относятся общая библиотека Sercos Master API, программное обеспечение Sercos Internet Protocol Services и сетевой драйвер Sercos UCC Ethernet.

Sercos SoftMaster с открытым исходным кодом также доступен на сайте sourceforge.net. Он эмулирует функции Sercos, поэтому вместо оборудования FPGA или ASIC можно использовать стандартный контроллер Ethernet.

Для оснащения устройств Sercos и EtherNet / IP соответствующей безопасной логикой вплоть до SIL3 доступно предварительно сертифицированное программное обеспечение CIP Safety на протоколе Sercos.

Сертификация [ править ]

Тестирование на соответствие подтверждает, что как элементы управления, так и периферийные устройства соответствуют стандартам Sercos и могут взаимодействовать в сетях с продуктами различных поставщиков. Инструмент тестирования Sercos Conformizer может использоваться для предварительного тестирования устройства перед формальной процедурой соответствия.

Группы пользователей Sercos [ править ]

Sercos International eV, группа пользователей Sercos со штаб-квартирой в Германии, разработала и поддерживает Sercos как открытый стандарт IEC, независимый от какой-либо отдельной компании. Любая компания может разработать и использовать Sercos. У Sercos также есть группы пользователей в Северной Америке и Азии. ^[11]

Членство в группе пользователей Sercos является добровольным. Эксперты как из компаний-членов, так и из компаний, не являющихся членами, активно вносят свой вклад в дальнейшее развитие и поддержку Sercos через рабочие группы инженеров, учитывая рыночные тенденции и мнения поставщиков Sercos относительно практических приложений на местах.

Sercos International является признанным партнером Промышленной электротехнической комиссии (IEC) и активно участвует в разработке стандартов IEC для автоматизации машин.

См. Также [ править ]

• SERCOS интерфейс

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Sercos International eV
• Sercos Северная Америка
• Sercos Япония