Sercos – die 3. Generation

Die Interessensgemeinschaft Sercos Interface (IGS) stellt derzeit die Weichen für die 3. Generation dieser genormten Antriebsschnittstelle. Wie sieht die Roadmap konkret aus und welche Rolle spielt das Thema Ethernet in diesem Zusammenhang?

Die Interessensgemeinschaft Sercos Interface (IGS) stellt derzeit die Weichen für die 3. Generation dieser genormten Antriebsschnittstelle. Wie sieht die Roadmap konkret aus und welche Rolle spielt das Thema Ethernet in diesem Zusammenhang?

Für die wesentlichen Herausforderungen, denen sich ein Motion-Control-Kommunikationssystem heute stellen muss, existiert mit Sercos Interface bereits seit langem eine praktikable Lösung mit folgenden Eigenschaften:

  • Hardware-basierte Synchronisation,
  • Zeitschlitzverfahren zur Kollisionsvermeidung,
  • Protokolleffizienz,
  • Übertragung von echtzeitkritischen Daten und nicht-echtzeitkritischen Daten.

Die Kommunikationsmechanismen von Sercos erfordern nur geringe Rechenleistung, die der Applikationsprozessor mit erledigen kann – so ist kein zusätzlicher Kommunikationsprozessor nötig. Darüber hinaus legt Sercos Interface nicht nur eine Protokollstruktur fest, sondern schließt eine umfangreiche Definition von Profilen (Parameter und Funktionalitäten) ein. In Summe verfügt Sercos Interface heute über eine Performance, die für die bekannten Anwendungen völlig ausreicht. Dies ist einer der Gründe, weshalb nicht schon vor Jahren der Umstieg auf eine andere Physik betrieben wurde.

Mit der fortschreitenden Integration von Protokollen aus der Office- und der Internet-Welt in die Automation liegt nun allerdings die Überlegung nahe, die erprobten Mechanismen und Eigenschaften von Sercos mit den Möglichkeiten der Ethernet-Physik zu kombinieren und damit die konsequente Weiterentwicklung einer offenen Motion-Control-Kommunikationsschnittstelle zu betreiben. Diese Überlegung spielte eine maßgebliche Rolle bei der Definition von Sercos-III. Doch damit nicht genug. Über die Integrationsmöglichkeit von IP-Protokollen hinaus soll die „neue“ beziehungsweise weiterentwickelte Sercos-Schnittstelle über folgende wesentliche Eigenschaften verfügen:

  • Größtmögliche Kompatibilität zum bestehenden Sercos Interface (Topologie, Profile, Telegrammstrukturen, Synchronisation);
  • Reduktion der Hardware-Kosten für eine Sercos-III-Anschaltung auf das Niveau einer analogen Schnittstelle;
  • Möglichkeit der Querkommunikation zwischen Slaves;
  • Synchronisation von mehreren Motion-Controls;
  • Übertragungsmöglichkeit von sicherheitsrelevanten Daten:
  • Fehlertoleranz gegenüber Kabelbruch.

Im Folgenden wird auf einige der genannten Punkte etwas näher eingegangen.

Die Topologie

Wie bei der aktuellen Sercos-Generation ist auch für Sercos-III eine Ringstruktur vorgesehen. Durch die Ethernet-Physik ergibt sich allerdings nicht ein einfacher Ring, sondern eine Doppelringstruktur. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Datenübertragung redundant auszuführen. Bei einer Kabelunterbrechung an einer beliebigen Stelle des Rings bleibt die Kommunikationsfähigkeit somit vollständig erhalten. Das heißt: Die Anlage läuft störungsfrei weiter und die integrierte Diagnose meldet eine defekte Kabelverbindung, die ohne Beeinträchtigung der Maschinenverfügbarkeit ersetzt werden kann.

Neben der Ringstruktur ist auch die Linienstruktur zugelassen. Diese Variante spart eine Kabelverbindung ein, was insbesondere bei ausgedehnten Anlagen von Nutzen sein kann. Allerdings ist dann der Vorteil der Redundanz nicht mehr gegeben.

Da Sercos-III also nicht die Sterntopologie des Standard-Ethernet nutzt, finden Hubs oder Switches keine Verwendung.

Direkte Kommunikation zwischen den Slaves

Die Möglichkeit eines direkten Austausches von Daten zwischen Slaves ist bei Sercos Interface aktuell nicht gegeben. In einigen Motion-Control-Anwendungen ist dieser direkte Datenaustausch zwischen Slaves allerdings vorteilhaft. Die Ethernet-Physik erlaubt diese Slave-zu-Slave-Kommunikation und sie wird von Sercos-III unterstützt werden.

IP-Kanal

Sercos verfügt seit jeher über den sogenannten Service-Kanal, über den sowohl ein Austausch der Kommunikationseinstellungen als auch von Parameter- und Diagnosedaten erfolgt. Dieser Kanal soll aus Kompatibilitätsgründen auch bei Sercos-III in seiner jetzigen Form erhalten bleiben. Optional dazu ist ein IP-Kanal vorgesehen, der es erlaubt, entweder zusätzliche echtzeitrelevante Daten oder nicht-echtzeitkritische Daten in Standard-Ethernet-Frames zu übertragen. Zyklischer Kanal und IP-Kanal sind je-weils bezüglich der Dateninhalte kon-figurierbar.

Die endgültige Struktur der optimierten Ethernet-Telegramme wird erst im Rahmen der noch laufenden Feinspezifikationsarbeiten für Sercos-III festgelegt.

Mit Sercos-III halbiert sich die minimal mögliche Zykluszeit von derzeit 62,5 µs auf 31,25 µs. Durch die höhere Bandbreite der Ethernet-Physik kann auch bei diesen extrem kurzen Zykluszeiten noch eine hinreichende Anzahl von Slaves (8 Slaves) angeschlossen werden. Damit sind neben den dezentralen Antriebskonzepten auch Lösungen mit zentralisierter Signalverarbeitung realisierbar. Bei dezentralen Antriebskonzepten werden sämtliche Regelkreise im Antriebsregelgerät geschlossen und gegebenenfalls auch noch Technologiefunktionen realisiert. Zentrale Antriebskonzepte sind dadurch gekennzeichnet, dass im Antriebsregelgerät im Wesentlichen nur der Stromregelkreis geschlossen wird und die Regelkreise mehrerer Achsen in einer zentralen Steuerungselektronik realisiert werden.