Übertragungsverfahren, Synchronisation und Protokollstruktur

Die Kommunikation bei Sercos erfolgt im Betrieb zyklisch als Master-Slave-Kommunikation, mit einer bei der Initialisierung zu wählenden Zykluszeit. Sie kann wahlweise 62 µs, 125 µs, 250 µs oder Vielfache von 250 µs bis zu 65 ms betragen. Die Zykluszeiten sind so spezifiziert, dass die erforderliche Synchronisation mit fixen Arbeitszykluszeiten in Steuerung und Antrieben erzielt wird. Kommunikationsmaster in einem Sercos-Ring ist jeweils die Steuerung. Die Kommunikation erfolgt mit drei Telegrammarten: Das Master-Sync-Telegramm (MST) wird von allen Antrieben gleichzeitig empfangen und dient der Synchronisation aller zeitbezogenen Aktionen in der Steuerung und den Antrieben. Das Master-Datentelegramm (MDT) wird ebenso wie das Master-Sync- Telegramm von allen Antrieben gleichzeitig empfangen. Es beinhaltet die zyklischen Daten und die Servicedaten für alle Antriebe am Ring. Die Antriebe senden ihre Telegramme (AT) aufeinanderfolgend in zugeteilten Zeitschlitzen.  

Die Synchronisation zwischen der zyklisch arbeitenden Steuerung und den ebenfalls zyklisch arbeitenden digitalen Antrieben erfolgt mikrosekundengenau. Da die Istwerte in allen digitalen Antrieben exakt gleichzeitig gemessen werden und alle Sollwerte gleichzeitig wirksam werden, ist eine präzise Koordination der Antriebe gewährleistet ist. Die Synchronisationsgenauigkeit von unter 1 µs ist unabhängig von der Anzahl der Antriebe, der gewählten Übertragungsgeschwindigkeit und von der konfigurierten Zykluszeit. Bei einer Geschwindigkeit von 60 m/min. entspricht eine Zeitpräzision von 1 Mikrosekunde z.B. einer Maßpräzision von 1 Mikrometer.

Sercos erlaubt Übertragungsraten von 2 und 4 Mbit/s in der 1. Generation, sowie 2, 4, 8 und 16 MBit/s in der 2. Generation. Die exakte Anzahl der max. je LWL-Ring bedienbaren Antriebe ist von der erforderlichen Kommunikations-Zykluszeit, dem gewählten Betriebsdatenumfang und der Datenrate abhängig. Bild 3 zeigt die Anzahl der je LWL-Ring anschließbaren Antriebe für eine typische CNC-Anwendung mit den Betriebsarten Geschwindigkeitsregelung und Lageregelung. Die Anzahl der Antriebe je Steuerung ist durch die Verwendung mehrerer Lichtwellenleiterringe beliebig ausbaubar.

Die Konfigurierbarkeit der Echtzeitdaten erlaubt unabhängig davon die Bedienung beliebiger anderer Betriebsarten. Der Austausch von Servicedaten erfolgt nur auf Anforderung durch den Master. Servicedaten werden mit einer Handshake-Prozedur in 2, 4, 6 oder 8-Byte-Portionen im Service-Datenfeld Info übertragen und beim Empfänger wieder zusammengesetzt. Für die Kommunikation finden NRZI-codierte HDLC-Protokolle Anwendung. Die Echtzeitdaten werden in jedem Kommunikationszyklus komplett im sogenannten konfigurierbaren Datenfeld übertragen. Mit Hilfe des Identnummernsystems kann bei der Initialisierung festgelegt werden, welche Echtzeitdaten übertragen werden. Dies können neben numerischen Daten wie Soll- und Istwerten auch Bitlisten mit I/O-Instruktionen sein. Für die drei grundlegenden Antriebsbetriebsarten – Drehmomentregelung – Drehzahlregelung – Lageregelung und kombinierte Drehzahl/ Lageregelung – wurden Vorzugstelegramme mit bestimmten Echtzeitdaten spezifiziert.