Präzise im Takt #####

Die Umsetzung von Maschinenkonzepten auf der Basis vernetzter Automatisierungskomponenten erfordert eine Kommunikationsschnittstelle, die nicht nur schnell und deterministisch ist, sondern auch synchron arbeitet. Wie trägt die Echtzeit-Ethernet-Lösung Sercos III diesen Anforderungen Rechnung?

Die Umsetzung von Maschinenkonzepten auf der Basis vernetzter Automatisierungskomponenten erfordert eine Kommunikationsschnittstelle, die nicht nur schnell und deterministisch ist, sondern auch synchron arbeitet. Wie trägt die Echtzeit-Ethernet-Lösung Sercos III diesen Anforderungen Rechnung?

INHALT:

Synchronisation bei Sercos III
Einfach und robust
Das Übertragungsverfahren
Autoren

Synchronität und Gleichzeitigkeit in verteilten Systemen lassen sich auf verschiedene Art und Weise erreichen. Die meisten Echtzeit-Ethernet-Systeme setzen auf eine Uhrzeit-Synchronisation, um eine gemeinsame, netzwerkweite Zeitbasis herzustellen, die unabhängig von Laufzeiten und Laufzeitschwankungen auf dem Kommunikationsmedium ist. Nicht so bei Sercos: Das hier verwendete Verfahren beruht auf dem Versenden eines Synchronisationssignals, das von allen Netzwerkteilnehmern zyklisch empfangen und ausgewertet wird. Um eine bestmögliche Synchronisation gewährleisten zu können, ist es erforderlich, dass sowohl das Senden als auch der Empfang des Signals in einem festen Zeitraster mit möglichst geringen zeitlichen Abweichungen erfolgt. Üblicherweise genügt eine Genauigkeit von unter 1 µs, um bei hochdynamischen Produktionsmaschinen und -anlagen eine ausreichende Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen. So lässt sich beispielsweise bei einer wellenlosen Druckmaschine mit synchronisierten Einzelantrieben und einer Druckgeschwindigkeit von 10 m/s eine Druckgenauigkeit von 10 µm erzielen.

Bei Sercos I und II wird die Synchronisation aus einem separaten Telegramm abgeleitet, dem so genannten Master-Synchronisations-Telegramm (MST). Zu Beginn eines Kommunikationszyklus sendet der Master das MST aus und überträgt es an die Slave-Teilnehmer. Die synchronen Funktionen eines Geräts beziehen sich auf den Empfangszeitpunkt des MST (Synchronisationszeitpunkt). Zur so genannten „t3“-Zeit werden die Sollwerte synchron und gleichzeitig gültig, zur „t4“-Zeit erfolgt die synchrone und gleichzeitige Erfassung der Istwerte. Da der Durchlauf der Telegramme zwangsläufig zu einer Verzögerung führt und die Knoten das MST nicht exakt gleichzeitig empfangen, kommt es zu einem zeitlichen Versatz. Dieser ist abhängig von der Netzwerkausdehnung und der Teilnehmerposition. Die Gleichzeitigkeitsfehler sind durch knotenspezifische „t3“- und „t4“-Zeiten kompensierbar. Hierzu korrigiert der Master anhand der physikalischen Reihenfolge der Teilnehmer im Ring die Zeiten „t3“ und „t4“ für jeden Netzwerkteilnehmer.