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SERCOS III-Kommunikation

SERCOS III ist ein frei verfügbarer Echtzeit-Kommunikationsstandard für digitale Antriebsschnittstellen, der neben der Hardwarearchitektur für die Anschaltungen nicht nur eine Protokollstruktur spezifiziert, sondern auch eine umfangreiche Definition von Profilen einschließt. Bei SERCOS III, der dritten Generation des 1985 im Markt eingeführten SERCOS Interface, dient Standard-Ethernet nach IEEE 802.3 als Transportprotokoll. Das Kommunikationssystem kommt schwerpunktmäßig in Motion-Control-basierten Automationssystemen zum Einsatz. Für die Weiterentwicklung der Technologie und die weltweite Einhaltung des Standards sorgt sercos International e. V. 

Funktionsweise

Während für SERCOS III Slaves spezifische Hardware eine Voraussetzung ist, kann der Master auch in Software gelöst werden. Zur Entwicklung der SERCOS III-Hardware auf FPGA-Basis stellt die SERCOS-Nutzerorganisation einen SERCOS III-IP-Core zur Verfügung. SERCOS III nutzt ein Summenrahmenverfahren und schreibt die Verkabelung der Netzteilnehmer in einer Linie oder in einem geschlossenen Ring vor. Die Daten werden im Durchlauf bearbeitet, wobei für verschiedene Kommunikationsbeziehungen  unterschiedliche  Telegramme genutzt werden. Durch die voll-duplexfähige Ethernet-Verbindung ergibt sich bei einer Linientopologie ein Einfachring und bei einer Ringtopologie ein Doppelring, der eine redundante Datenübertragung ermöglicht. Direkter Querverkehr wird dadurch ermöglicht, dass jeder Teilnehmer über zwei Kommunikationsschnittstellen verfügt: Die Echtzeittelegramme durchlaufen sowohl bei der Linien- als auch bei der Ringtopologie jeden Teilnehmer auf dem Hin- und dem Rückweg und werden damit zweimal pro Zyklus bearbeitet. Auf diese Weise können die Geräte innerhalb eines Kommunikationszyklus ohne Umweg über den Master direkt miteinander kommunizieren.

Neben dem Echtzeitkanal, bei dem ein Zeitschlitzverfahren mit reservierten Bandbreiten die Kollisionsfreiheit gewährleistet, lässt sich bei SERCOS III auch ein Nicht-Echtzeit-Kanal einrichten. Die Synchronisierung der Teilnehmer erfolgt auf Hardwareebene und wird direkt aus dem ersten Echtzeittelegramm zu Beginn eines Kommunikationszyklus abgeleitet. Dazu wird das Master-Synchronisations-Telegramm (MST) in das Telegramm eingebettet. Laufzeiten und Laufzeitschwankungen, die ihre Ursache in der Ethernet-Hardware haben, werden durch ein hardwarebasiertes Verfahren kompensiert, das eine Genauigkeit der Synchronisation von unter 100 Nanosekunden erreicht. Mehrere Netzwerksegmente können mit unterschiedlichen Zykluszeiten und dennoch vollständig synchron miteinander betrieben werden.