Encoder-Profil für den Automatisierungsbus sercos III
sercos zählt zu den führenden seriellen Schnittstellen zur Kommunikation zwischen Steuerungen, Antrieben und dezentralen Peripheriegeräten und wird z.B. im Maschinenbau seit über 20 Jahren eingesetzt. Mit sercos III steht ein Ethernet-basierter Automatisierungsbus zur Verfügung, der eine Geschwindigkeit von 100 Mbit/s Voll-Duplex unterstützt, Kupferkabel und den Einsatz von Lichtwellenleitern erlaubt. Die sercos-III-Echtzeit-Telegramme werden als Sammeltelegramme im Broadcast-Verfahren übertragen und von allen angeschlossenen Geräten während des Durchlaufs verarbeitet. Die Zykluszeiten sind von 31,25 µs bis 65 ms festgelegt und können entsprechend den Anforderungen der Applikation eingestellt werden. Das Übertragungsverfahren von sercos erlaubt den Austausch von Echtzeitdaten zwischen beliebigen Geräten innerhalb eines Kommunikationszyklus. Die Daten werden beim direkten Querverkehr schnellstmöglich übertragen und stehen auch synchron, d.h. bezogen auf einen identischen Zyklus, zur Verfügung. Das von sercos verwendete Synchronisierungsverfahren wird direkt aus den zyklisch übertragenen Telegrammen abgeleitet. Laufzeiten im Netzwerk werden kompensiert, so dass eine Synchronisationsgenauigkeit und Gleichzeitigkeit im sercos-III-Netzwerk von deutlich unter 1 µs erreicht wird. In einem konfigurierbaren, separaten Zeitschlitz können zudem beliebige zusätzliche Ethernet-Protokolle übertragen werden, ohne die Echtzeitfähigkeit des Netzwerks zu beeinträchtigen. Dieser Kanal wird beispielsweise verwendet, um EtherNet/IP Geräte in einer gemeinsamen Netzwerkinfrastruktur zu betreiben. Zudem ist das Sicherheitskonzept „CIP Safety on sercos“ eine zu sercos III kompatible Protokollerweiterung, um die Technologie auch in Sicherheitsapplikationen bis SIL3 nach IEC 61508 selbst bei kleinsten Zykluszeiten einsetzen zu können.
Einheitliche Profile für Interoperabilität
Profilstruktur von sercos-III-GerätenDie Standardisierung muss neben der Kommunikation (Physik und Protokoll) auch die Funktionen der verschiedenartigen Automatisierungsgeräte vereinheitlichen, damit Geräte unterschiedlicher Hersteller ohne größeren Engineering-Aufwand miteinander am Netzwerk kombiniert werden können. Aus diesem Grunde wurden von der sercos Nutzerorganisation verschiedene Profile spezifiziert. Die Kommunikationsfunktionen sind im sercos Communication Profile (SCP) festgelegt. Allgemeine Gerätefunktionen sind in einem Basisprofil zusammengefasst, dem Generic Device Profile (GDP). Die gerätespezifischen Funktionen werden über Function-specific Profiles (FSP) vereinheitlicht. Das FSP Drive definiert die Kommandos und Parameter für elektrische Servoantriebe, Frequenzumrichter, sowie hydraulische Antriebe. Das FSP I/O definiert die Funktionalität für kompakte und modulare E/A-Baugruppen. Das zugrunde liegende Gerätemodell wurde so konzipiert, dass neben reinrassigen Geräten, auch Hybridgeräte, die unterschiedliche Applikationen in einem Gerät vereinigen, realisiert werden können.
Das Encoder-Profil für sercos III
Das von einer Arbeitsgruppe von sercos international neu entwickelte Encoder-Profil (FSP Encoder) stellt sicher, dass die Funktionen eines Gebers über klar definierte Schnittstellen einheitlich, herstellerunabhängig und netzwerkweit zur Verfügung stehen. Bei der Festlegung des Profils wurden bereits spezifizierte Parameter für Antriebsgeber, die Bestandteil des sercos Antriebsprofils waren, berücksichtigt. Ebenso wurden die Anforderungen verschiedener beteiligter Geber-Hersteller mit eingebunden, insbesondere im Hinblick auf deren Erfahrungen mit bestehenden, vergleichbaren Geräteprofilen anderer Bussysteme. Im Encoder-Profil wird definiert, welche Encoder-Funktionen unterstützt werden und wie diese Funktionen von anderen Geräten, z.B. Steuerungen, verwendet werden können. Dank der im Profil definierten Skalierung der Positionsinformationen ist die Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller sichergestellt. Anwender können so den am besten für die jeweilige Applikation geeigneten Encoder auswählen, ohne Kompatibilitätsprobleme befürchten zu müssen. Neben einem Stand-Alone Encoder kann das Profil auch mehrfach instanziiert und mit anderen Funktionsprofilen in einem Hybridgerät kombiniert werden (z.B. Servoregler mit zwei angeschlossenen Encodern).
Schnittstellen des sercos-III-Encoder-Profils
Durch das Übertragungsverfahren von sercos III (Producer-Consumer-Prinzip in Kombination mit dem direkten Querverkehr) können die von einem Encoder bereitgestellten Daten („Producer“) von einem oder mehreren angebunden sercos-III-Geräten („Consumer“) direkt verarbeitet werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich bei dem Consumer um einen Master oder einen Slave handelt.
Implementierung von Encoder-Lösungen basierend auf sercos III
Zur Implementierung eines sercos-III-Encoders stehen verschiedenartige Hardware-Lösungen zur Verfügung. Neben FPGA-Bausteinen namhafter Hersteller (wie z.B. Altera, Lattice, Xilinx) werden auch ASIC bzw. Prozessorlösungen unterstützt. Beispiele hierfür sind die netX-Familie der Firma Hilscher und die Sitara AMA335x Mikroprozessoren der Firma Texas Instruments. Oftmals können Gerätehersteller ein bereits existierendes Hardware-Design, das bereits für ein anderes Ethernet-Protokoll realisiert wurde, übernehmen. Lediglich die Software muss angepasst werden, um die Encoder-Logik an das sercos-III-Profil und das sercos-III-Protokoll anzubinden. Erste Umsetzungen des Encoder-Profils wurden zur SPS/IPC/Drives in Nürnberg vorgestellt. Die Firma TR Electronic zeigte einen absoluten Drehgeber mit integrierter sercos-III-Schnittstelle; die Firma CANNON-Automata präsentierte ein SSI-Gateway, mit dem SSI-Encoder beliebiger Hersteller in sercos-III -Netzwerke integriert werden können.
Information:
Die Spezifikation des Encoder-Profils wird interessierten Firmen als PDF zur Verfügung gestellt. Hierfür genügt eine Registrierung auf dem Spezifikations-Server von SI (Link siehe unten). Für Mitglieder von SI steht darüber hinaus eine Online-Version der Spezifikation im sercos Wiki zur Verfügung. Über Suchfunktionen und Verlinkungen zu relevanten Teilen anderer Spezifikationen wird die Einarbeitung erheblich vereinfacht. Zudem kann auf neue Spezifikationsentwürfe zugegriffen werden.
Link: www.sercos.org/accredit