Neue Funktionen und Profile erweitern den Anwendungsbereich von SERCOS interface
Echtzeit-Ethernet SERCOS III
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Einfache Installation
Die Installation eines SERCOS-III-Netzwerks ist einfach und erfordert keine spezielle Netzwerk-Konfiguration. Alle Teilnehmer werden mit Hilfe von Patch- oder „Cross over“-Kabeln (CAT5E) miteinander verbunden. Geräte können direkt miteinander verbunden werden, so dass externe Switches nicht benötigt werden. Die Ethernet-Ports der Geräte sind untereinander austauschbar und können sogar genutzt werden, um Standard-Ethernet-Geräte (z.B. Notebooks oder Web-cams) direkt ohne Zusatz-Hardware anzuschließen. Selbst wenn Standard-Ethernet-Geräte an ein SERCOSIII-Netzwerk angeschlossen werden, wird das Echtzeit-Verhalten des Netzwerks nicht beeinträchtigt. Die Nicht-Echtzeit-Telegramme werden nur in dem dafür vorgesehenen Nicht-Echtzeit-Kanal (Zeitschlitz mit definierter Länge) übertragen. Eine entsprechende Ein- und Auskoppelfunktion ist Bestandteil eines jeden SERCOS-III-Knotens.
Höchste Verfügbarkeit durch Ring-Redundanz
SERCOS III unterstützt Ring- und die Linien-Topologie. Durch die voll-duplex-fähige Ethernet-Verbindung ergibt sich bei einer Ring-Topologie ein Doppelring, bei einer Linien-Topologie ein Einfachring. Die Doppelringstruktur ermöglicht eine redundante Datenübertragung. Bei einer Kabelunterbrechung an einer beliebigen Stelle des Rings bleiben die Kommunikationsfähigkeit und auch die Synchronisierungsgenauigkeit vollständig erhalten. Der Ring teilt sich hierzu in zwei Linien auf, die weiterhin zyklisch versorgt und vollständig synchron zueinander betrieben werden. Die Umschaltung im Fehlerfalle (Switch-over Time) erfolgt spätestens nach 25 μs, so dass maximal die Daten eines einzigen Kommunikationszyklus verloren gehen. Die Anlage läuft somit störungsfrei weiter. Die integrierte Diagnose meldet eine defekte Kabelverbindung oder eine defekte Station, die ohne Beeinträchtigung der Maschinenverfügbarkeit ersetzt werden kann. Nach dem Austausch des Kabels oder der Station kann die redundante Ringstruktur wieder hergestellt werden. Neben der Ringstruktur ist auch die Linienstruktur möglich. Sie hat selbstverständlich nicht den Vorteil der Redundanz, spart allerdings eine Kabelverbindung ein.
Kurze Wege durch direkten Querverkehr
Unabhängig von der gewählten Topologie werden die Echtzeit-Telegramme immer zweimal pro Zyklus bearbeitet: In der Linie sowohl auf dem Vorwärtsals auch auf dem Rückwärtspfad – im Ring sowohl im Primär- wie auch im Sekundärring. Damit wird ein direkter Datenaustausch zwischen beliebigen Geräten sichergestellt, ohne dass hierzu der Master in Anspruch genommen werden muss. Zudem besteht keine Abhängigkeit von der physikalischen Reihenfolge der Geräte im Netzwerk. So können Daten auch bei höheren Zykluszeiten immer innerhalb eines Kommunikationszyklus mit minimaler Verzögerung zwischen den Slaves ausgetauscht werden. Darüber hinaus stehen alle Echtzeit-Daten synchron, d.h. bezogen auf einen gemeinsamen Kommunikationszyklus, an jeder Position des Netzwerkes zur Verfügung. Damit ist nicht nur eine einfache Echtzeit-Datenverarbeitung, sondern auch eine effiziente und flexible Diagnose und Überwachung des Netzwerks möglich (Bild 1). Der direkte Querverkehr arbeitet in gleicher Weise auch in der Ringstruktur.
Auch die Kommunikation und Synchronisation zwischen mehreren Steuerungen wird von SERCOS III unterstützt. Damit können – insbesondere bei modularen und vernetzten Maschinen- und Anlagen – mehrere Maschinenmodule miteinander synchronisiert und echtzeit-kritische Daten zwischen den Steuerungen ausgetauscht werden. Hierfür wurde auf Basis des SERCOS-III-Basis-Protokolls ein Kommunikationsprofil (C2C=Controller-to-Controller) definiert.
Präzision durch geringen Jitter
Die Synchronisierung der Netzwerk-Teilnehmer bei SERCOS III wird direkt aus dem ersten Echtzeit-Telegramm zu Beginn eines Kommunikationszyklus abgeleitet. Hierzu wird das Master-Synchronisations-Telegramm (MST) in das Telegramm eingebettet und über eine gesonderte Prüfsumme abgesichert. Laufzeiten und Laufzeitschwankungen, die insbesondere durch die Ethernet-Hardware bedingt sind, werden durch ein einfaches, effizientes und in Hardware implementiertes Synchronisierungsverfahren kompensiert, so dass das ganzen Netzwerk mit <20 ns synchron läuft und eine Gleichzeitigkeit von <100 ns erreicht wird. Mehrere Netzwerk-Segmente können mit unterschiedlichen Zykluszeiten und dennoch vollständig synchron miteinander betrieben werden.
- Echtzeit-Ethernet SERCOS III
- Echtzeit-Kommunikation bei kleinsten Zykluszeiten
- Einfache Installation
- Sicherheit inklusive – CIP Safety on SERCOS
- Master und Slave-Implementierungen
- Autor: Peter Lutz
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