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sercos III

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plug and play –<br />

<strong>sercos</strong>, der Automatisierungsbus


<strong>sercos</strong> – seit mehr als 20 Jahren eines der führenden Bussysteme für die Industrie.<br />

Die millionenfach bewährte Echtzeittechnologie, die universellen Einsatzmöglichkeiten<br />

und die beständige Zukunftssicherheit machen das Ethernet-System zur ersten Wahl<br />

im Maschinen- und Anlagenbau. <strong>sercos</strong>, der Automatisierungsbus.<br />

Ein effizientes und deterministisches<br />

Kommunikationsprotokoll auf Basis<br />

eines gegenüber elektrischen und<br />

magnetischen Feldern und Masseschleifen<br />

störunempfindlichen, optischen<br />

Übertragungssystems schuf die<br />

Grundlage dafür, dass <strong>sercos</strong> heute in<br />

den unterschiedlichsten Branchen und<br />

Applikationen mit großem Erfolg eingesetzt<br />

wird. Gerade bei anspruchsvollen<br />

Anwendungen mit hohen Anforderungen<br />

an Dynamik und Präzision<br />

hat sich <strong>sercos</strong> als De­facto­Standard<br />

in allen großen Automatisierungsmärkten<br />

etabliert. <strong>sercos</strong> spezifiziert jedoch<br />

nicht nur ein echtzeitfähiges Kommunikationssystem,<br />

sondern legt darüber<br />

hinaus über 500 standardisierte Parameter<br />

fest, die das Zusammenspiel<br />

von Steuerungen, Antrieben und<br />

anderen Peripheriege räten mit einer<br />

herstellerübergreifenden Semantik<br />

beschreiben. Damit ist die Grundlage<br />

dafür geschaffen, dass Geräte unterschiedlicher<br />

Hersteller kombiniert<br />

werden können. Bis heute kommen<br />

bereits über 3 Millionen Echtzeit­<br />

knoten zum Einsatz.<br />

2<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> – universelle Kommunikation<br />

für alle Anwendungen<br />

Die Vision einer echtzeitfähigen und<br />

herstellerunabhängigen Kommunikationslösung<br />

durchdringt die Industrieautomation.<br />

Verschiedenartige Automatisierungsgeräte<br />

müssen heute einfach<br />

und durchgängig vernetzbar sein.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong>, der offene und IEC­konfor<br />

me Universalbus für die Ethernet­<br />

basierte Echtzeitkommunikation, erfüllt<br />

schon heute diese Anforderungen.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> ist die dritte Generation des<br />

herstellerunabhängigen Bussystems<br />

<strong>sercos</strong> interface (IEC 61491) mit einer<br />

Vielzahl von Vorteilen:<br />

• Universalbus für die gesamte<br />

Industrie automation<br />

• standardisiert nach IEC 61158,<br />

61784 und 61800­7<br />

• flexibel, kostengünstig und durchgängig<br />

durch die Verwendung von<br />

Ethernet­Technologie<br />

• Nutzung und konsequente Weiterentwicklung<br />

des seit über 20 Jahren<br />

bewährten <strong>sercos</strong> Antriebsprofils<br />

• Nutzung und innovative Weiterentwicklung<br />

bewährter Echtzeitkommunikationsverfahren<br />

• Durchgängiges und einheitliches<br />

Geräteprofil mit höchstem Standardisierungsgrad<br />

– dadurch einfaches<br />

Engineering und einfache Wartung<br />

Was bleibt gleich?<br />

• Bewährte Prinzipien wie Topologie,<br />

Profile, Telegrammstruktur und<br />

Synchronisation bleiben bestehen.<br />

• Bestehende <strong>sercos</strong> Implementierungen<br />

und Applikationen können<br />

einfach auf <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> übertragen<br />

werden.


Was ist neu?<br />

• Nutzung von Standard­Ethernet als<br />

Übertragungsphysik und Protokoll<br />

• noch schneller dank höherer Bandbreite<br />

und kürzerer Zykluszeit<br />

• noch synchroner durch ein hochpräzises<br />

Synchronisationsverfahren<br />

mit Laufzeitkompensation<br />

• noch universeller einsetzbar durch neue<br />

Kommunikationsmechanismen, sowie<br />

neue und erweiterte Geräteprofile<br />

• neue, innovative Kommunikationsfunktionen,<br />

wie beispielsweise direkter<br />

Querverkehr und durchgängige<br />

Standard Ethernet­Kommunikation<br />

• schnelle Medienredundanz in der<br />

Kommunikation – dadurch höhere<br />

Maschinenverfügbarkeit<br />

• einfache Implementierung<br />

Vielseitig<br />

• Mit <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> kommunizieren beliebige<br />

Automatisierungsgeräte wie<br />

z. B. Steuerungen, Servoantriebe<br />

und E/A­Peripherie über ein einheitliches<br />

Ethernet­basiertes Netzwerk<br />

für die Automatisierungstechnik.<br />

Welche Vorteile hat <strong>sercos</strong> <strong>III</strong>?<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> ist der logische nächste Schritt der evolutionären Entwicklung der<br />

<strong>sercos</strong> Technologie. Neben günstigen Kosten sowie einer überragenden<br />

Performance spezifiziert <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> viele neue Funktionen, die richtungs-<br />

weisend für die Auto matisierungstechnik sind.<br />

• Sichere und nicht­sichere Teilnehmer<br />

können gemischt in einem<br />

Netzwerk betrieben werden, ohne<br />

dass die Sicherheitstechnik dadurch<br />

beeinflusst wird.<br />

• Beliebige Ethernet­basierte Protokolle<br />

können parallel zu den Echtzeitdaten<br />

übertragen werden, ohne<br />

dass die Echtzeitcharakteristik beeinflusst<br />

wird.<br />

Schnell und direkt<br />

• Hohe Geschwindigkeit: <strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

arbeitet mit der Geschwindigkeit<br />

des Fast Ethernet von 100 MBit/s.<br />

• Kurze Laufzeiten: Die Laufzeiten<br />

durch das Netzwerk werden auf ein<br />

Minimum reduziert. Dies erfolgt<br />

durch:<br />

– extrem schnelle Bearbeitung der<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Echtzeittelegramme<br />

während des Durchlaufs durch die<br />

Geräte („on the fly“)<br />

– Verzicht auf zusätzliche Netzwerkkomponenten,<br />

wie z. B. Hubs oder<br />

Switches<br />

• Direkter Querverkehr: Zwischen<br />

beliebigen Teilnehmern kann bei<br />

minimaler kommunikativer Totzeit<br />

innerhalb eines Kommunikationszykluses<br />

direkt kommuniziert werden.<br />

Effizient<br />

• Effiziente Bandbreitennutzung:<br />

Optimierte Nutzung der Bandbreite<br />

durch Verwendung von Multiplexing­<br />

Verfahren möglich.<br />

• Frei wählbare Zykluszeit: Der Kommunikationszyklus<br />

kann zwischen<br />

31,25 µs und 65 ms variiert werden.<br />

Synchron<br />

• Synchronität bis in den Sub­Mikrosekundenbereich<br />

Durchgängig<br />

• Beliebige Protokolle aus der Bürokommunikation<br />

(z. B. TCP/IP, UDP/IP)<br />

können parallel zur <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Echtzeitkommunikation<br />

über dasselbe Kabel<br />

übertragen werden.<br />

3


Die Vorteile<br />

• Synchronisation und Redundanz<br />

schließen sich nicht gegenseitig aus.<br />

• Mit einzelnen <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Geräten kann<br />

direkt über MAC­ oder IP­Adressen<br />

über Standard­Ethernet­Protokolle<br />

kommuniziert werden. Ein Tunneln<br />

dieser Protokolle ist nicht erforderlich.<br />

• Inbetriebnahme und Diagnose von<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Geräten über standardisierte<br />

Schnittstellen (SCI, S/IP und<br />

FDT/DTM).<br />

4<br />

Meilensteine <strong>sercos</strong> interface<br />

Sicher<br />

• Sicherheitsfunktionen bis SIL3 nach<br />

IEC 61508 können mit CIP Safety on<br />

<strong>sercos</strong> realisiert werden.<br />

• Durch die Routingfähigkeit von CIP<br />

Safety können Geräte über Netzwerkgrenzen<br />

hinweg sicher kommunizieren.<br />

• Ein Sicherheitsnetzwerk kann sich<br />

dabei über verschiedenartige CIP<br />

Safety Netzwerke erstrecken, darun­<br />

1985 Arbeitskreis WZM-Schnittstelle (in Zusammenarbeit mit<br />

dem ZVEI und dem VDW)<br />

1987 Gründung des Arbeitskreises „Digitale Antriebsschnittstelle“<br />

1989 Vorstellung der <strong>sercos</strong> Schnittstelle auf der EMO in Hannover<br />

1990 Gründung der Fördergemeinschaft <strong>sercos</strong> interface (FGS)<br />

1993 Verfügbarkeit des SERCON410B Asic (<strong>sercos</strong> I)<br />

1994 Gründung von <strong>sercos</strong> North America (<strong>sercos</strong> N.A.)<br />

1995 <strong>sercos</strong> interface wird als internationaler Standard IEC 61491<br />

anerkannt<br />

1998 Gründung von <strong>sercos</strong> Japan<br />

2000 Neues Prüflabor an der Universität Stuttgart<br />

2001 Verfügbarkeit des SERCON816 Asic (<strong>sercos</strong> II)<br />

2003 Beginn der Entwicklung von <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> auf Basis des<br />

Industrial Ethernet<br />

2005 Vorstellung erster <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Produkte und Anwendungen<br />

2006 Sicherheitskonzept CIP Safety on <strong>sercos</strong><br />

2007 <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> wird als internationaler Standard IEC 61158/61784<br />

anerkannt<br />

2010 25 Jahre <strong>sercos</strong><br />

2012 Gründung von <strong>sercos</strong> Asien<br />

ter z. B. Ethernet/IP, DeviceNet und<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong>.<br />

Hochverfügbar<br />

• Für hochverfügbare Automatisierungslösungen<br />

stellt <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> bei<br />

Nutzung der Ring­Topologie automatisch<br />

sicher, dass Kabelbruch oder<br />

Knotenausfall sicher erkannt werden<br />

und die Kommunikationsfähigkeit<br />

erhalten bleibt („Ring­Redundanz“).<br />

• Die notwendige Zeit für die Erkennung<br />

und die Reaktion auf einen<br />

Kabelbruch beträgt maximal 25 µs,<br />

so dass höchstens die Daten eines<br />

Zyklus verloren gehen, danach wird<br />

die Kommunikation ungestört fortgesetzt.<br />

• Die Synchronisation bleibt im Redundanzfall<br />

mit gleichbleibender Güte<br />

erhalten.<br />

Flexibel<br />

• Es werden sowohl zentrale als auch<br />

dezentrale Steuerungsarchitekturen<br />

unterstützt.<br />

• Geräte können frei innerhalb eines<br />

Netzwerks angeordnet werden.<br />

• Es kann eine Linien­ oder Ring­Topologie<br />

verwendet werden. Darüber<br />

hinaus können hierarchische, synchronisierte<br />

und in Echtzeit gekoppelte<br />

Netzwerkstrukturen realisiert<br />

werden.<br />

• Hot­Plugging wird unterstützt, ohne<br />

dass die Echtzeit oder Synchronisation<br />

beeinträchtigt werden.


Einfach<br />

• <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Geräte lassen sich durch<br />

ein einheitliches, durchgängiges<br />

Gerätemodell und durchgängige,<br />

standardisierte Geräteprofile sehr<br />

einfach konfigurieren und in Betrieb<br />

nehmen.<br />

• Das Protokoll erkennt automatisch,<br />

wo welches Gerät in der Topologie<br />

angeschlossen ist. Dadurch ist im<br />

Servicefall eine einfache Lokalisierung<br />

des betroffenen Gerätes möglich.<br />

• Auch die Verkabelung ist einfach,<br />

da auf die physikalische Reihenfolge<br />

der Geräte nicht geachtet werden<br />

muss und die Beschaltungsreihenfolge<br />

der beiden <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Ports am<br />

Gerät egal ist.<br />

Kostengünstig<br />

• Durch den Einsatz von Standard­<br />

Komponenten können kostengünstige<br />

Anschaltungen realisiert werden.<br />

Zusätzliche aktive Netzwerkkomponenten<br />

wie z. B. Switches<br />

oder Hubs sind nicht erforderlich.<br />

• Die Implementierung des Masters<br />

kann rein in Hardware, in Hard­ und<br />

Software oder rein in Software erfolgen.<br />

• Die Slave­Anschaltung basiert auf<br />

kos tengünstigen und flexiblen<br />

FPGA, integrierten Multi­Protokoll­<br />

Chips oder Mikroprozessoren.<br />

Standardisiert<br />

• <strong>sercos</strong> ist seit 1995 anerkannter internationaler<br />

Standard für die Echtzeitkommunikation<br />

(IEC 61491).<br />

• Das Echtzeit­Ethernet­Protokoll<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> ist in der IEC 61158 und<br />

IEC 61784 genormt. Das Geräteprofil<br />

für die Antriebskommunikation<br />

ist in der IEC 61800­7 enthalten.<br />

• Experten aus den Arbeitskreisen<br />

von <strong>sercos</strong> international arbeiten in<br />

na tio nalen und internationalen<br />

Standar disierungsgremien mit.<br />

Herstellerunabhängig<br />

• <strong>sercos</strong> ist eine herstellerunabhängige<br />

Technologie.<br />

• Die Spezifikationen sind offen zugänglich.<br />

• Die Rechte an der <strong>sercos</strong> Technologie<br />

liegen bei der Nutzerorganisation<br />

<strong>sercos</strong> international e. V.<br />

• Für die Nutzung der <strong>sercos</strong> Technologie<br />

ist keine Mitgliedschaft in der<br />

Nutzerorganisation erforderlich.<br />

Zukunftssicher<br />

• <strong>sercos</strong> ist ein offener, internationaler<br />

Standard.<br />

• Die Spezifikation wird von Experten in<br />

herstellerübergreifenden Arbeitskreisen<br />

gepflegt und weiterentwickelt.<br />

• Durch Rückwärtskompatibilität wird<br />

ein hoher Investitionsschutz gewährleistet.<br />

• Die Technologie wird ständig weiterentwickelt<br />

und an neue Marktanforderungen<br />

angepasst.<br />

„Erst CNC, dann anspruchsvolle Motion-Control und<br />

jetzt allgemeine Automatisierung: <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> eröffnet die<br />

Vorteile standardisierter, bewährter Echtzeit-Mechanismen<br />

mit Ethernet – und das äußerst wirtschaftlich.“<br />

Dr. Bernd-Josef Schäfer,<br />

1. Vorsitzender <strong>sercos</strong> international<br />

Bewährt<br />

• Führende Automatisierungshersteller<br />

unterstützen <strong>sercos</strong> mit ihren<br />

Produkten.<br />

• <strong>sercos</strong> stößt in den unterschiedlichsten<br />

Branchen auf breite Akzeptanz,<br />

insbesondere in anspruchsvollen<br />

Anwendungen.<br />

• Weltweit werden bis heute über<br />

3 Millionen <strong>sercos</strong> Echtzeitknoten in<br />

über 350.000 Anwendungen eingesetzt<br />

– kon tinuierlich wachsend.<br />

5


Warum Ethernet?<br />

Der steigende Anteil an Steuerungskomponenten, Aktoren und Sensoren in der Industrieautomation<br />

führt zu komplexeren Steuerungsnetzwerken. Die kostengünstige Vernetzung<br />

dieser Automatisierungskomponenten mit dem Ethernet-Standard, angepasst an die Anfor-<br />

derungen der Industrie automation, ist die Zukunft in der industriellen Kommunikation.<br />

Vor der Verwendung von Ethernet in der<br />

Automatisierungstechnik wurden für eine<br />

vereinfachte Vernetzung spezialisierte<br />

Feldbussysteme eingesetzt. Die Fast­<br />

Ethernet­Technologie löst diese Systeme<br />

ab und bietet eine Reihe von Vorteilen:<br />

• anerkannte und zukunftssichere<br />

Technologie<br />

• 10­ bis 100­fach höherer Datendurchsatz<br />

als Feldbusse<br />

• keine teure und proprietäre Hardware<br />

erforderlich<br />

• Einsatz von Standard­Komponenten<br />

wie z. B. doppelt geschirmte CAT5e­<br />

Kupferkabel, Stecker und Controller<br />

mit hohen Stückzahlen<br />

• übergreifende IT­Konzepte mit einem<br />

durchgängigen Übertragungsmedium<br />

und ­protokoll von der Office­ bis zur<br />

Feldebene<br />

• flexible und kompatible Automatisierungssysteme<br />

durch internationalen Standard<br />

• Möglichkeit zur weltweiten Vernetzung<br />

für Diagnose und Wartung<br />

Die Ethernet­Technologie vereint Peripherie­,<br />

Antriebs­, Safety­ und Officekommunikation<br />

auf einem gemeinsamen<br />

Medium – einfach, kostengünstig und<br />

leistungsstark.<br />

6<br />

Ethernet – durchgängig von der Office- bis zur Feldebene<br />

Internet<br />

Firmen-Netz<br />

Fabrik-Netz<br />

Anlagen-Netz<br />

Maschinen-Netz<br />

Peripherie E/A<br />

Ethernet<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

Intranet Router<br />

Office<br />

PPS Service<br />

Router<br />

Router<br />

Master<br />

Antrieb<br />

Leitsystem<br />

Peripherie E/A<br />

Master Feldbus<br />

Antrieb<br />

Service


Wie funktioniert <strong>sercos</strong> <strong>III</strong>?<br />

Die Lösung ist so einfach wie effizient: <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> verbindet die bewährten Mechanismen mit<br />

der Physik und dem Protokoll von Ethernet. Ein kollisionsfreier Echtzeitkanal überträgt mit<br />

hoher Protokolleffizienz die von <strong>sercos</strong> definierten Telegramme.<br />

Unabhängig von dem kollisionsfreien<br />

Echtzeit­Kanal können in einem abgetrennten<br />

Kanal (Zeitschlitz) beliebige<br />

andere Ethernet­Telegramme und IPbasierte<br />

Protokolle wie z. B. TCP/IP und<br />

UDP/IP übertragen werden. Die Zykluszeiten<br />

und die Aufteilung in den Echtzeit­<br />

und Nicht­Echtzeit­Kommunikationskanal<br />

lassen sich an den jeweiligen<br />

Anwendungsfall anpassen.<br />

Die <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Kommunikation basiert<br />

auf standardisierten Parametern zur<br />

Steuerung von Gerätefunktionen – unabhängig<br />

von Hardware und Hersteller.<br />

Bei der Initialisierung des Netzwerks<br />

wird in der Konfiguration festgelegt, aus<br />

welchen Parametern sich die Echtzeitdaten<br />

eines Gerätes zusammensetzen.<br />

Als Universalbus für die Automatisierungstechnik<br />

verfügt <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> über Kommunikationskanäle<br />

und Geräteprofile für alle<br />

gängigen Automatisierungsanwendungen:<br />

Echtzeit-Kommunikationskanal<br />

• M/S (Master/Slave): Austausch von<br />

Funktionsdaten zwischen Master und<br />

Slaves in einer M/S­Verbindung.<br />

• CC (Cross Communication): direkte<br />

Querkommunikation zwischen Geräten<br />

in einer CC­Verbindung, entweder<br />

zwischen Steuerungen oder zwischen<br />

Antriebs­ bzw. Peripherie­Slaves.<br />

• SVC (Service Channel): Austausch von<br />

Servicedaten in einem SVC­Kanal als<br />

Bestandteil der Echtzeitkommunikation.<br />

• SMP (<strong>sercos</strong> Messaging Protocol):<br />

Übertragung von Funktionsdaten mehrerer<br />

Teilnehmer in einem Zeitschlitz mit<br />

Hilfe eines Multiplex­Verfahrens, konfiguriert<br />

in einer M/S­ oder CC­Verbindung.<br />

• <strong>sercos</strong> safety: Austausch von<br />

sicherheitsrelevanten Daten in einer<br />

M/S­ oder einer CC­Verbindung, z. B.<br />

Abschalt­ oder Zustimmungs signale<br />

oder auch sichere Sollwerte.<br />

Universeller<br />

Kommunika tions kanal<br />

• Standard­Ethernet: Anbindung beliebiger<br />

Ethernet­ Geräte wie Notebook<br />

oder Webcams.<br />

• Sonstige Ethernet­Protokolle: Übertragung<br />

von beliebigen Ethernet­<br />

basierten Protokollen im Unified<br />

Communication Channel (UCC).<br />

Geräteprofile<br />

• Antriebs­Profil: Einheitliche und<br />

durchgängige Funktionen für die<br />

Ansteuerung von hydraulischen,<br />

pneumatischen und elektrischen<br />

Antrieben.<br />

• E/A­Profil: Einheitliche und durchgängige<br />

Funktionen für die Ansteuerung<br />

von modularen und nicht­<br />

modularen E/A­Stationen.<br />

• Encoder­Profil: Einheitliche und<br />

durchgängige Funktionen für die<br />

Ansteuerung von Encodern.<br />

• Generisches Geräteprofil: Einheitliche<br />

und durchgängige Funktionen<br />

zur Steuerung von Verwaltungsfunktionen<br />

in allen Gerätetypen.<br />

Energy-Profil<br />

Einheitliche und durchgängige Funktionen<br />

zum energieoptimalen Betrieb der<br />

mit <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> betriebenen Maschinen<br />

und Anlagen.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Echtzeitkommunikation mit standardisierten Parametern<br />

2 Byte 4 Byte 4 Byte<br />

S­0­0012<br />

S­0­0050<br />

Warnung<br />

Binär Dezimal<br />

mit Vorzeichen<br />

S­0­0051 Lage­Istwert<br />

S­0­0100<br />

S­0­0101<br />

…<br />

P­Verstärkung im Drehzahlregler<br />

„Unsere annähernd 10-jährige positive Erfahrung mit<br />

<strong>sercos</strong> Steuerungen und Antrieben hat uns dazu veranlasst,<br />

uns für <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> als Systembus für unsere Maschinen<br />

und Anlagen zu entscheiden. Durch die Echtzeitperformance<br />

von <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> für Motion und I/O, sowie die Möglichkeit<br />

der einfachen Integration von TCP/IP-Diensten, erwarten<br />

wir für zukünftige Entwicklungen einen wichtigen Mehrwert<br />

für unsere Produktionsmaschinen.“<br />

Eduard Ams,<br />

Manz AG, Bereichsleiter F&E Basistechnologie<br />

zyklische Echtzeitdaten in einer Verbindung<br />

Dezimal<br />

ohne Vorzeichen<br />

Parameter für Gerät gewählte Parameter für konkrete Applikation<br />

7


Das <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Protokoll –<br />

die DNA Ihrer Industriekommunikation<br />

Um den Ansprüchen der modernen Industrieautomation gerecht zu werden, bietet<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> ein Hochleistungsprotokoll. Dieses verbindet die Offenheit des Standard-<br />

Ethernet mit den Anforderungen an Echtzeit-Präzision in der Automatisierungstechnik.<br />

Daten werden bei <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> in zyklischen<br />

Telegrammen des Ethernet­<br />

Protokolltyps 0x88CD nach IEEE<br />

802.3 versendet. Diese stellen die<br />

Kommunika tionsmechanismen M/S,<br />

CC sowie SVC, SMP und Safety zur<br />

Verfügung. Die ausgetauschten Daten<br />

sind über standardisierte Parameternummern<br />

der Antriebs­, E/A­, Encoder­<br />

und generischen Geräteprofile<br />

adressierbar.<br />

Man unterscheidet folgende<br />

Telegramm arten:<br />

• Master-Daten-Telegramm (MDT):<br />

Der Master sendet Vorgabedaten<br />

an die Slave­Geräte.<br />

• Acknowledge-Telegramm (AT):<br />

Die Slaves senden ihre Zustandsdaten<br />

an den Master und an andere<br />

Slave­Geräte.<br />

In einer Initialisierungsphase werden<br />

8<br />

Offener <strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

Kommunikationszyklus<br />

MDT<br />

0<br />

MDT<br />

1<br />

MDT<br />

2<br />

MDT<br />

3<br />

AT<br />

0<br />

AT<br />

1<br />

die angeschlossenen Geräte erkannt,<br />

adressiert und für die Anwendung<br />

konfiguriert. Jedem Slave werden Gerätekanäle<br />

im MDT und im AT zugewiesen,<br />

aus denen er Daten ausliest<br />

bzw. in die er sie hineinschreibt. Abhängig<br />

von der Datenmenge werden<br />

bis zu 4 MDT und 4 AT pro Taktzyklus<br />

vom Master gesendet. Die Telegramme<br />

transportieren die Daten von<br />

Gerät zu Gerät. In jedem der Geräte<br />

werden die relevanten Vorgabedaten<br />

ausgelesen bzw. die angeforderten<br />

Zustandsdaten hineingeschrieben.<br />

Die konventionelle Ethernet­Kommunikation<br />

wird außerhalb der<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Telegramme im sogenannten<br />

Unified Communication Channel<br />

(UCC) eingetaktet, z. B. für<br />

E­Mail, Webdienste oder sonstige<br />

proprietäre und standardisierte<br />

AT<br />

2<br />

AT<br />

3<br />

Ethernet-<br />

Telegramme<br />

Echtzeitkanal (RTC) UCC<br />

Taktzyklus<br />

MDT<br />

0<br />

Ethernet­ basierte Protokolle. Dieser<br />

Kanal setzt ungetunnelt direkt auf<br />

der Ethernet­Schicht auf und hat<br />

eine Reihe von Vorteilen:<br />

• Test und Konfiguration von Slaves<br />

auch ohne initialisiertes Echtzeit­<br />

Netzwerk und Master­Hardware<br />

möglich.<br />

• Anschluss weiterer Automatisierungsgeräte,<br />

die kein <strong>sercos</strong> <strong>III</strong>,<br />

dafür aber ein anderes Ethernet­<br />

basiertes Protokoll unterstützen<br />

• Direkte Adressierung der <strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

Geräte über MAC­ bzw. IP­Adresse.<br />

• Anschluss von Standard­Ethernet­<br />

Geräten wie Laptops direkt an<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Geräte über jeden freien<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Port.<br />

• Volle Rechenleistung für die Anwendung,<br />

denn der Master muss die<br />

Ethernet­Pakete nicht tunneln oder<br />

fragmentieren.


<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> – flexibel und offen für alle Kommunikationsarten<br />

Anwendungsfall<br />

Applikationsebene<br />

Kommunikationsebene<br />

Hardware-Ebene<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Telegramme enthalten einen<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Header und ein Datenfeld –<br />

eingelagert in den Ethernet­Frame.<br />

Der <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Header beschreibt, in<br />

welcher Phase sich das Netzwerk befindet<br />

und die Position der Telegramme<br />

MDT und AT im Taktzyklus.<br />

Die Datenfelder von MDT und AT<br />

bestehen aus drei Bereichen:<br />

• Hot-Plug-Feld:<br />

Dient zum Austausch von Daten mit<br />

Slaves, die im laufenden Betrieb ins<br />

Netzwerk eingekoppelt werden.<br />

• Servicekanalfeld:<br />

Summe der Kommunikationskänale<br />

zum Austausch von azyklischen<br />

Daten zwischen Master und Slaves.<br />

• Echtzeitdatenfeld:<br />

Wird verwendet, um azyklische,<br />

zyklische oder taktsynchrone Verbindungen<br />

und damit Echtzeitkommu<br />

nikation zwischen beliebigen<br />

Teilnehmern im <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Netzwerk<br />

zu realisieren.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Telegramme – klare Datenstruktur für hohe Betriebssicherheit und einfache Entwicklung<br />

Ethernet-Paket<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Datenfeld<br />

Echtzeitdatenfeld mit<br />

Standard (M/S)- und Quer-<br />

kommunikationsverbindungen (CC)<br />

Gerätedaten<br />

Encoder-Profil safe<br />

Motion<br />

Ethernet­<br />

Header<br />

Drive-Profil<br />

Telegrammlänge: 84 – 1538 Byte (Protokollverwaltung: 44 Byte)<br />

Telegrammzeit: 6,8 – 123,1 µs<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

Header<br />

Hot­Plug­Feld<br />

(neue Geräte)<br />

M/S-Verbindung<br />

Gerät #1<br />

safe<br />

Drive<br />

Kundenlösung<br />

E/A-Profil<br />

Safety<br />

M/S SVC CC<br />

Sync<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Kommunikations-Controller<br />

Duplex Fast Ethernet (100 MBit/s)<br />

40…1494 Bytes<br />

Datenfeld Prüfsumme<br />

Servicekanalfeld <br />

Echtzeitdatenfeld<br />

M/S-Verbindung CC-Verbindung<br />

… Gerät # N<br />

Gerät #1 …<br />

Standarddaten<br />

safe<br />

E/A<br />

Ethernet­Applikation<br />

IP<br />

Safety-Daten-<br />

container<br />

S/IP<br />

UDP/TCP<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> verfügt über eine klare und robuste Datenstruktur. Das erhöht die Betriebssicherheit<br />

und vereinfacht die Applikations entwicklung. Der Netzwerkzustand ist jederzeit und überall<br />

eindeutig und transparent. Dies ist die ideale Voraussetzung für eine einfache Anlagendiag-<br />

nose an jedem Netzwerkknoten mit gängigen oder speziellen Ethernet-Diagnose-Tools.<br />

CC-Verbindung<br />

Gerät # N<br />

9


Das <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Netzwerk –<br />

setzen Sie auf ein eingespieltes Team<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Netzwerke bestehen aus einem Master für die Koordination und<br />

mindestens einem Slave für die Ausführung von Automatisierungsfunktionen.<br />

Sie sind einfach und übersichtlich in Linien- oder Ring-Topologie angeordnet.<br />

Jedes <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Gerät hat zwei<br />

Kom munikationsanschlüsse, die über<br />

CAT5e­Ethernetkabel mit dem vorherigen<br />

und dem nachfolgenden Gerät<br />

verbunden werden. <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> verwendet<br />

eine Linien­ und Ring­Topologie –<br />

ohne kostenintensive Netzwerktechnik<br />

wie Switches oder Hubs.<br />

10<br />

Linien-Topologie<br />

Alle <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Geräte sind seriell angeordnet.<br />

Der Master befindet sich am<br />

Anfang einer Linie oder zwischen zwei<br />

Linien. Die Daten durchlaufen die Slaves<br />

und werden vom letzten Gerät zurückgeleitet<br />

(„Loop Back“). Alle Teilnehmer<br />

werten die Daten in beide<br />

Ganz gleich ob Linien- oder Ring-Topologie –<br />

mit <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> gestalten Sie Ihr Netzwerk einfach und übersichtlich<br />

Master<br />

Ring<br />

Slaves<br />

unterbrechungsfreies Umschalten (Loop Back)<br />

auf Linien­Topologie bei Hot­Plugging oder Kabelbruch<br />

Laufrichtungen aus, so dass unabhängig<br />

von der Linienfolge alle Daten jeden<br />

Teilnehmer garantiert innerhalb<br />

eines Zyklus er reichen.<br />

• Vorteil: einfache und kostengünstige<br />

Vernetzung von Geräten über<br />

weite Strecken, z. B. Montagelinien.<br />

Master<br />

HMI<br />

Linie 1 Linie 2<br />

zusätzliches Kabel schließt zwei Linien­Topologien zu einer<br />

Ring­Topologie<br />

Slaves


Ring-Topologie<br />

Mit einem zusätzlichen Kabel schließt<br />

sich das <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Netzwerk zu einem<br />

Ring – bei einer Linie zwischen dem<br />

letzten Slave und dem Master, bei zwei<br />

Linien zwischen den beiden letzten<br />

Slaves. Der Master beschickt den Ring<br />

gegenläufig aus beiden Ports, so dass<br />

die Daten auch im Ring in zwei Laufrichtungen<br />

ausgewertet werden.<br />

• Vorteil: Die Ring­Topologie bietet<br />

neben allen Vorteilen einer Linie zusätzlich<br />

eine redundante Verkabelung.<br />

Dadurch kann ein Ringbruch<br />

ohne Verlust der Synchronisationseigenschaften<br />

und ohne Kommunikationsausfall<br />

toleriert werden.<br />

Andere Topologien<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> unterstützt auch hierarchische,<br />

kaskadierte Netzwerkstrukturen.<br />

Dabei werden einzelne Netzwerksegmente<br />

über eine Ring­ und<br />

Linientopologie miteinander vernetzt.<br />

Vorteile:<br />

• Mit Hilfe gekoppelter Netzwerksegmente<br />

entstehen in Echtzeit gekoppelte, durchsynchronisierte<br />

Netzwerkstrukturen.<br />

• Die Zykluszeiten in den einzelnen Segmenten<br />

können unterschiedlich sein,<br />

z. B. 250 µs zur Vernetzung von Antrieben<br />

und schnellen I/Os und 2 ms zur<br />

Vernetzung von Steuerungen.<br />

Querkommunikation – schneller Datenaustausch<br />

zwischen den Teilnehmern<br />

CC – Direkte Querkommunikation<br />

HMI<br />

Master<br />

• Die Synchronisation aller Teilnehmer<br />

im gesamten Netzwerkverbund ist<br />

gewährleistet.<br />

• Teilnehmer im gesamten Netzwerkverbund<br />

können in Echtzeit miteinander<br />

kommunizieren.<br />

Höchste Verfügbarkeit durch<br />

Ring-Redundanz<br />

Ein Netzwerk in störsicherer Ring­<br />

Topologie bleibt auch bei Kabelbruch<br />

oder beim Ein­/Auskoppeln von Slaves<br />

(Hot­Plug) ohne Unterbrechung voll<br />

verfügbar. Durch das zusätzliche Kabel<br />

in einem Ring­Netzwerk bleiben alle<br />

Geräte bei einer Kabelunterbrechung<br />

weiter mit dem Master verbunden. Die<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Anschaltungen der Slaves an<br />

der Unterbrechungsstelle schalten verzögerungsfrei<br />

auf zwei separate Linien<br />

mit „Loop Back“ um. Die Rekonfigurationszeit<br />

beträgt maximal 25 µs, so<br />

dass maximal die Daten eines Zykluses<br />

verloren gehen. Die Unterbrechungsstelle<br />

ist genau lokalisierbar<br />

und defekte Kabel können im laufenden<br />

Betrieb einfach ausgetauscht<br />

werden. Die Redundanz ermöglicht<br />

auch das Ein­ und Auskoppeln von<br />

Geräten im Servicefall oder bei der<br />

Einbindung zusätzlicher Geräte.<br />

Die Anlage kann eigenständig und<br />

nahtlos in den Betrieb mit der veränderten<br />

Anordnung übergehen.<br />

Kurze Wege<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> ermöglicht dezentrale Intelligenz<br />

und uneingeschränkte Echtzeit fähigkeit<br />

durch die direkte Kommunikationsmöglichkeit<br />

zwischen allen Geräten. Indirekte<br />

Kommunikation zwischen Slaves mit Umweg<br />

über den Master würde synchrone<br />

Bewegungen gefährden, z. B. bei Gantry­<br />

Achsen, oder die Reak tionszeiten verschlechtern.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Slaves können per<br />

Querkommunikation direkt und mit minimaler<br />

kommunikativer Totzeit miteinander<br />

kommunizieren – für uneingeschränkte<br />

Echtzeit­Kommunikation und intelligente<br />

Automatisierungsstrukturen. Steuerungen<br />

verwenden untereinander dasselbe Prinzip<br />

für eine direkte Kommunikation.<br />

Perfektes Timing<br />

CC CC<br />

HMI<br />

Master<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> definiert für zu synchronisierende<br />

Prozesse produkt­ und herstellerübergreifend<br />

die Istwerterfassung und die<br />

Sollwertgültigkeit. Jeder Teilnehmer empfängt<br />

Datentelegramme mit einer physikalisch<br />

bedingten individuellen Laufzeit­<br />

Verzögerung. Im Gegensatz zu anderen<br />

Ethernet­Bussystemen leitet <strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

einen gemeinsamen Ausführungszeitpunkt<br />

direkt vom Bus ab. Die Geräte gleichen<br />

sich dezentral mit dem Bus­Takt ab,<br />

indem sie das Eintreffen des MST unter<br />

Berücksichtigung der Laufzeiten am Bus<br />

in jedem Buszyklus zur Generierung und<br />

zum Nachstellen des internen Synchronisationsmechanismus<br />

nutzen. Dadurch<br />

wird eine exakte Synchronität ohne<br />

bandbreitenintensiven Austausch von Zeitdaten<br />

wie bei verteilten Uhren erreicht.<br />

CC CC<br />

CC<br />

HMI<br />

Master<br />

11


<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> – präzise und<br />

effizient ohne Kompromisse<br />

Durch die Leistung im realen Betrieb ist <strong>sercos</strong> zur führenden Technologie der Antriebskommunikation<br />

geworden. Hohe Übertragungsraten und exakte Synchronität von <strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

ermöglichen die Realisierung innovativer Maschinenkonzepte auf der Basis zentraler oder<br />

dezentraler Automatisierungslösungen.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> für maximale Nutzung der Bandbreite<br />

12<br />

100 %<br />

90 %<br />

80 %<br />

70 %<br />

60 %<br />

50 %<br />

40 %<br />

30 %<br />

20 %<br />

10 %<br />

0 %<br />

Nutzdaten<br />

Protokollverwaltung<br />

Polling einzelner<br />

IP-Pakete<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

Telegramm<br />

Ideale Bandbreitenausnutzung<br />

Aus der Bürotechnik bekannte Ethernet­Protokolle<br />

basieren darauf, dass die<br />

Nutzdaten als einzelne Pakete zu jedem<br />

Gerät gesendet werden – eingebettet<br />

in einen definierten Rahmen aus<br />

Protokollverwaltungsdaten.<br />

Bei kleinen Nutzdaten wie einfachen<br />

Sollwertvorgaben ist der Verwaltungsdatenanteil<br />

am Datenverkehr unverhältnismäßig<br />

hoch.<br />

Ein einfaches Beispiel für die effiziente<br />

Nutzung der Fast­Ethernet­Bandbreite:<br />

Würden Zustandsdaten von je 4 Byte für<br />

20 Geräte einzeln versendet, nähmen<br />

sie insgesamt 1.680 Byte = 20*84 Byte<br />

ein (Mindestpaketgröße von Ethernet:<br />

64 Byte). Aber nur 80 Byte davon würden<br />

produktiv für die Anwendung genutzt<br />

– ca. 5 % der Bandbreite, selbst<br />

bei minimaler Zykluszeit.


In <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Telegrammen hingegen<br />

werden alle Geräte­Nutzdaten bis zu<br />

1494 Byte gebündelt, zuzüglich 44 Byte<br />

Verwaltungsdaten. Bei maximaler<br />

Paketgröße von 1.538 Byte steigt der<br />

für produktive Daten verfügbare Bandbreitenanteil<br />

auf bis zu 97 %.<br />

Präzision durch geringen Jitter<br />

Echtzeitpräzision erfordert das rechtzeitige<br />

Empfangen von Signalen und<br />

das möglichst gleichzeitige Ausführen<br />

und Aufnehmen von Signalen. Die Tele­<br />

Zykluszeit<br />

in µs<br />

i<br />

Jitter:<br />

Genauigkeitsschwankungen<br />

(z. B. Varianz der Laufzeit von<br />

Datenpaketen)<br />

Synchronität:<br />

Gleichzeitigkeit der Abarbeitung<br />

der Funktionen in einem<br />

Automatisierungsverbund<br />

Gleichzeitigkeit:<br />

zeitlicher Versatz der Funktionen<br />

in einem Automatisierungsverbund<br />

zyklische Daten<br />

je Gerät<br />

in Byte<br />

grammtaktung bei <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> gewährleistet<br />

diese Rechtzeitigkeit. <strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

erreicht höchste Echtzeitpräzision<br />

durch den einzigartigen Synchronisationsmechanismus<br />

und daraus resultierende<br />

minimale Jitterzeiten.<br />

Effizienz durch automatische<br />

Abstimmung<br />

Die Anzahl und Länge der Telegramme<br />

im Echtzeit­Kanal kann automatisiert<br />

auf die erforderliche Datenmenge für<br />

die Anwendung und die angemeldeten<br />

Echtzeitdaten, UCC-Kommunikation und Zykluszeit auf einen Blick<br />

max. Anzahl Geräte<br />

(ohne UCC)<br />

Geräte eingestellt werden. Die Zykluszeit<br />

kann ebenfalls für die beste Bandbreiten­Ausnutzung<br />

vorgewählt oder<br />

automatisch auf die Datenmenge im<br />

Echtzeit­Kanal abgestimmt werden.<br />

Der Zykluszeit­Anteil, der nicht von<br />

Echtzeit­Telegrammen verwendet<br />

wird, steht im UCC für zusätzliche<br />

Ethernet­basierte Kommunikation<br />

zur Verfügung. Durch Telegrammgröße,<br />

Zykluszeit und UCC­Bandbreite<br />

kann die Bandbreitenausnutzung<br />

des Netzwerks für jede Anwendung<br />

optimiert werden.<br />

max. Anzahl Geräte<br />

(mit UCC,<br />

250 Byte = 20 µs)<br />

max. Anzahl Geräte<br />

(mit UCC,<br />

1.500 Byte = 125 µs)<br />

31,25 8 7 2 –<br />

62,5 12 14 8 –<br />

125 16 26 21 –<br />

250 12 61 57 30<br />

250 32 33 31 17<br />

500 12 122 120 94<br />

1.000 50 97 95 85<br />

1.000 32 137 134 120<br />

1.000 12 251 245 220<br />

13


Sicherheit inklusive –<br />

CIP Safety on <strong>sercos</strong><br />

CIP Safety on <strong>sercos</strong> ist das Protokoll zur Übertragung sicherheitsrelevanter Signale über<br />

<strong>sercos</strong> – definiert in Kooperation mit der ODVA und zertifiziert nach IEC 61508 bis SIL3.<br />

Eine zusätzliche Verkabelung für einen Sicherheitsbus entfällt, denn diese Signale werden<br />

einfach neben den anderen Echtzeitdaten des <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Netzwerks mitübertragen.<br />

Die Integration von Antriebs­, Peripherie­<br />

und Sicherheitsbus sowie Standard­<br />

Ethernet in einem einzigen Netzwerk<br />

vereinfacht die Handhabung und reduziert<br />

Hardware­ und Installationskosten.<br />

Integrierte Sicherheitssteuerungen und<br />

homogene Sicherheitslösungen lassen<br />

sich so einfach umsetzen.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> für maximale Nutzung der Bandbreite<br />

14<br />

<strong>sercos</strong><br />

Safety Profiles<br />

on <strong>sercos</strong><br />

Adaption to CIP Safety<br />

CIP<br />

Safety Profiles<br />

<strong>sercos</strong> Messaging Protocol (SMP)<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Transportsystem<br />

CIP Safety on <strong>sercos</strong> bedeutet:<br />

• Nutzung des CIP Safety­Standards<br />

zur sicheren Datenübertragung<br />

• Adaption von CIP Safety on <strong>sercos</strong><br />

• <strong>sercos</strong> spezifische Safety­Profile<br />

on <strong>sercos</strong><br />

Mit CIP Safety on <strong>sercos</strong> werden<br />

Daten sicher auf demselben Medium<br />

und mit derselben Anschaltung übertragen<br />

wie die übrige Kommunikation.<br />

Die Funktionalität des transportprotokoll­<br />

und medienunabhängigen CIP­<br />

Sicherheitsprotokolls liegt in den Endgeräten,<br />

so dass ein simultaner Betrieb<br />

von Standard­ und Sicherheitsgeräten<br />

im selben Netzwerk ermöglicht wird.<br />

Sichere Kommunikation ist auf allen<br />

und zwischen allen Netzwerk­Ebenen<br />

möglich. Der Master muss dabei nicht<br />

zwangsläufig eine Sicherheitssteuerung<br />

sein, sondern kann die Daten<br />

auch routen, ohne sie interpretieren zu<br />

müssen.<br />

Dies bietet dem Anwender die Möglichkeit<br />

einer flexiblen Gestaltung der<br />

Sicherheitsnetzwerk­Architektur zum<br />

Einsatz von sicherheits­programmierbaren<br />

Controllern oder der direkten<br />

Übertragung von Sicherheitsdaten zwischen<br />

Sensoren und Aktoren. Außerdem<br />

ermöglicht es durch Verwendung<br />

eines Standard­CIP­Netzwerks als


<strong>sercos</strong> Safety-Datencontainer zur Übertragung aller sicherheitsrelevanten Daten<br />

Ethernet-Paket<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Datenfeld<br />

Echtzeitdatenfeld mit<br />

Standard (M/S)- und Quer-<br />

kommunikationsverbindungen (CC)<br />

Gerätedaten mit<br />

Safety-Datencontainer<br />

Safety-Datencontainer<br />

Ethernet­<br />

Header<br />

Standarddaten<br />

Safety­Header<br />

übergelagertes Netz die nahtlose Kommunikation<br />

von Sicherheitsgeräten in<br />

einem Subnetz mit Sicherheitsgeräten<br />

eines anderen Subnetzes.<br />

Die sicherheitsrelevanten Daten werden<br />

in Form eines Safety­Datencontainers<br />

übertragen. Dieser wird wie<br />

die Standard­Daten in den entsprechenden<br />

Echtzeit­Gerätekanal eingelagert<br />

– im MDT ebenso wie im AT.<br />

Um unterschiedlich oft abgetastete<br />

Sicherheitsdaten ohne Bandbreitenverlust<br />

und trotz kurzer Buszyklen effizient<br />

übertragen zu können, wird ein<br />

Multiplex­Protokoll, das sogenannte<br />

<strong>sercos</strong> Messaging Protocol (SMP),<br />

genutzt.<br />

CIP Safety ist ein Netzwerk­Protokoll<br />

für funktionale Sicherheit. Es ist vom<br />

TÜV Rheinland für den Einsatz in<br />

Anwendungen bis Sicherheitsintegritätslevel<br />

3 (SIL3) zertifiziert und erfüllt<br />

die IEC­Norm 61508 für funktionale<br />

Sicherheit („Funktionale Sicherheit<br />

sicherheitsbezogener elektrischer/<br />

elektronischer/programmierbar elektronischer<br />

Systeme“).<br />

DeviceNet, CIP, CIP Safety sind Warenzeichen der<br />

Open DeviceNet Vendors Association, Inc. (ODVA).<br />

EtherNet/IP wird unter Lizenz von ODVA verwendet.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

Header<br />

Hot­Plug­Feld<br />

(neue Geräte)<br />

M/S-Verbindung<br />

Gerät #1<br />

Standarddaten<br />

Datenfeld Prüfsumme<br />

Servicekanalfeld<br />

Echtzeit-<br />

datenfeld<br />

M/S-Verbindung CC-Verbindung<br />

… Gerät # N<br />

Gerät #1 …<br />

Safety­Datencontainer<br />

Standarddaten<br />

Daten…Daten Prüfsumme Safety­<br />

Header<br />

i<br />

Was ist CIP?<br />

CC-Verbindung<br />

Gerät # N<br />

Safety­Datencontainer<br />

redundante<br />

Daten…Daten<br />

„In der Industrieautomation beobachten wir<br />

eine zunehmende Bedeutung von sicheren<br />

Bussystemen. Das Sicherheitskonzept von<br />

<strong>sercos</strong> ist ein wesentlicher Bestandteil<br />

moderner Anlagenkonzepte.“<br />

Klaus Kemp,<br />

TÜV Rheinland Industrie Service GmbH/<br />

Projektleiter Funktionale Sicherheit/Software<br />

Das Common Industrial Protocol (CIP) ist ein netzwerkunabhängiges<br />

Anwendungsprotokoll, das unabhängig von dem<br />

Übertragungsmedium und dem verwendeten Transportprotokoll<br />

arbeitet. Dieses Industrieprotokoll benutzen Feldbusse<br />

und Industrienetzwerke, wie z. B. DeviceNet, ControlNet und<br />

EtherNet/IP. Das CIP-Protokoll liegt oberhalb der Transportschicht<br />

und erweitert die reinen Transportdienste um Kommunikationsdienste<br />

für die Automatisierungstechnik. Dazu<br />

gehören Dienste für den zykli schen, den zeitkritischen und<br />

den ereignisgesteuerten Daten verkehr.<br />

Die CIP-Technologie wird von der Organisation ODVA<br />

(Open DeviceNet Vendors Association, www.odva.org)<br />

gepflegt, weiterentwickelt und vermarktet.<br />

Standarddaten<br />

Prüfsumme<br />

15


Vereinfachte Prozesse –<br />

vom Engineering bis zur Wartung<br />

Die Konfiguration, Inbetriebnahme, Diagnose und Wartung von <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Netzwerken ist denk-<br />

bar einfach. Sie konzentrieren sich auf die Anwendung – <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> organisiert Ihr Netzwerk und<br />

entlastet Sie von Problemen und der Fehlersuche.<br />

Alle Geräte werden mit industrietauglichen<br />

Standard­CAT5e­Kabeln verbunden.<br />

Nach einer Initialisierungsphase<br />

ist das Netzwerk synchronisiert<br />

und einsatzfähig. Neu eingekoppelte<br />

Geräte (Hot­Plugging) werden im laufenden<br />

Betrieb automatisch in die<br />

Kommunikation und den Echtzeitdatenaustausch<br />

eingebunden.<br />

Ihre Vorteile<br />

• Inbetriebnahme ohne Voreinstellungen<br />

dank automatischer Geräteerkennung<br />

und Adresszuweisung.<br />

Bei Bedarf ist eine individuelle<br />

Adressvorwahl oder Adressvorgabe<br />

per Wahlschalter möglich.<br />

• Automatische Erkennung und Kompensation<br />

von Adress­Doppelbelegungen.<br />

• Einfache und robuste Verkabelung<br />

bei Inbetriebnahme und Wartung,<br />

denn beide <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Ports eines<br />

Geräts funktionieren identisch und<br />

müssen beim Verkabeln nicht unterschieden<br />

werden.<br />

• Einfache Ersatzteilhaltung, sowohl<br />

Patch­ als auch Crossover­Kabel<br />

können verwendet werden.<br />

16<br />

Kein Master für<br />

Konfiguration/<br />

Diagnose<br />

erforderlich<br />

Standard­<br />

IP­Netzwerk<br />

• Inbetriebnahme ohne Master­<br />

Hardware durch einfaches Einbinden<br />

von Service­PCs in das<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Netzwerk möglich.<br />

Patch­ oder<br />

Crossover­Kabel<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Echtzeit­Netzwerk<br />

• Volle Diagnosemöglichkeiten wie<br />

z. B. automatische Erkennung von<br />

Topologie und Anschlussreihenfolge<br />

der Teilnehmer, Lokalisierung und<br />

Redundanz gegenüber Kabelbrüchen.<br />

Ports in beliebiger<br />

Anordnung verbindbar<br />

• Reparaturen und Änderungen in der<br />

Anlage ohne Beeinträchtigung des<br />

restlichen Netzwerks durch Hot­<br />

Plug.<br />

• Möglichkeit der vertikalen Integration<br />

durch Einbindbarkeit von Ethernet­basierten<br />

Protokollen.


Sicherstellung der Interoperabilität<br />

von Geräten verschiedener Hersteller<br />

<strong>sercos</strong> Konformitätstests werden von den autorisierten Prüflaboren am Institut für Steuerungstechnik<br />

der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart<br />

und am Steinbeis-Transferzentrum Systemtechnik (STZ) in Esslingen durchgeführt.<br />

Der <strong>sercos</strong> Conformizer wird für<br />

offi zielle Konformitätstests sowohl<br />

von Slave­ als auch von Masterimplementierungen<br />

verwendet, die die<br />

Grundlage für die formale Zertifizierung<br />

darstellen.<br />

Der <strong>sercos</strong> Conformizer kann von<br />

Herstellern auch erworben werden,<br />

um bereits in der Entwicklungsphase<br />

die Übereinstimmung eines Produkts<br />

mit der Spezifikation zu überprüfen<br />

oder entwicklungsbegleitend<br />

eine umfassende Qualitätskontrolle<br />

durchzuführen. Dadurch können die<br />

Entwicklungszeiten verkürzt und die<br />

Durchführung eines Konformitätstests<br />

optimiert werden.<br />

Für den <strong>sercos</strong> Conformizer wird als<br />

Prüfhardware eine PCI­Einsteckkarte<br />

verwendet. Die Testfälle können über<br />

eine Skriptsprache konfiguriert und<br />

automatisch abgearbeitet werden.<br />

Die Testergebnisse werden in eine<br />

Protokolldatei ausgegeben und können<br />

direkt zum Nachweis der Konformität<br />

verwendet werden. Durch die<br />

Skriptsprache und die konfigurierbare<br />

Identnummern­Datenbasis ist eine<br />

einfache Anpassung und Erweiterung<br />

der Testszenarien sowie die Einbindung<br />

eigener, herstellerspezifischer<br />

Tests möglich. Nach der Durchführung<br />

des Konformitätstests wird<br />

von <strong>sercos</strong> international ein entsprechendes<br />

Zertifikat ausgestellt.<br />

„<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> ist eine offene Kommunikationsschnittstelle,<br />

die in Geräten unterschiedlichster Hersteller<br />

eingesetzt wird. Wenn sich alle Hersteller an die<br />

Spezifikation halten, können alle Geräte sofort und<br />

problemlos im System zusammenarbeiten. In unserem<br />

Prüflabor führen wir im Auftrag von <strong>sercos</strong><br />

international Konformitätstests für alle <strong>sercos</strong> Geräte<br />

durch. Anwender können sich somit auf die Kompatibilität<br />

zertifizierter <strong>sercos</strong> Geräte verlassen.“<br />

Armin Lechler,<br />

ISW, Universität Stuttgart/<br />

Bereichsleiter Steuerungstechnik<br />

17


Einfache Hardware-Implementierung<br />

Hersteller können <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> sehr einfach in eigene Systeme integrieren.<br />

Hierzu stehen verschiedene Hardware- und Software-Optionen zur Verfügung.<br />

Kommunikations-Controller<br />

Die <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Anschaltung von Gerätehardware<br />

erfolgt mit einem Kommunikations­Controller:<br />

• auf Basis eines FPGA­Logik­Bausteins<br />

oder<br />

• in Form eines universellen Multi­<br />

Protokoll­Ethernet­Controllers bzw.<br />

Mikroprozessors oder<br />

18<br />

• auf Basis eines Standard Ethernet­<br />

Controllers (SoftMaster).<br />

FPGA­Bausteine für <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> werden<br />

von mehreren Herstellern in verschiedenen<br />

Ausführungen angeboten. Die<br />

FPGA­Bausteine kommen als reine<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Kommunikations­Controller<br />

oder als universelle SoPC­Lösungen<br />

mit integrierter <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Logik zum<br />

Einsatz.<br />

Easy-Slave<br />

Für einfache E/A­Peripherie wie z. B.<br />

Drehgeber, Messtaster oder Ventilinseln<br />

kann der FPGA­basierte Easy­<br />

Slave verwendet werden. Bei dieser<br />

Realisierung handelt es sich um eine<br />

Single­Chip­Implementierung, die<br />

ohne zusätzliche CPU auskommt und<br />

mit einem minimalen Entwicklungs­<br />

und Integrationsaufwand in Slave­<br />

Geräte integriert werden kann.


Als Multi­Protokoll­Ethernet­Controller<br />

unterstützt z. B. der „Hilscher – netX“<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Anschaltungen für Master<br />

und Slave.<br />

Alle Controller­Varianten stehen in unterschiedlichen<br />

Leistungsstufen zur<br />

Auswahl – ganz gleich, ob für einfache<br />

E/A­Controller, Antriebe, Master­Steuerungen<br />

oder Leitsysteme.<br />

PC-Einsteckkarten<br />

Standard­PCs können mit fertig konfektionierten<br />

Erweiterungskarten in ein<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Netzwerk eingebunden werden.<br />

Es stehen sowohl aktive Boards mit eigener<br />

CPU als auch passive Boards ohne<br />

CPU zur Verfügung. Der Anschluss der<br />

Karten erfolgt über PC­Busse wie z. B. PCI.<br />

netX-basierte Einsteckkarte<br />

„ Seit über 15 Jahren erfüllt <strong>sercos</strong> alle unsere Anforderungen,<br />

denn die offene Struktur bietet volle Kontrolle<br />

über die Technologie. Umfassende Diagnoseoptionen<br />

und bewährte Funktionen sind essenziell für unser<br />

Kerngeschäft: Hochleistungs-Prozesslösungen für globale<br />

Kunden. <strong>sercos</strong> ist die Basis für effiziente, leicht zu<br />

handhabende und ausfallsichere Produktionssysteme.“<br />

Toshihiro Yonezu,<br />

JTEKT Corporation/CNC Group<br />

Starter-/Evaluierungs-Kits<br />

Um Ihnen den Einstieg in die Welt von<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> zu erleichtern, werden verschiedene<br />

Evaluierungsboards und PCI­Karten<br />

für Standard­PCs in Verbindung mit<br />

Master­ bzw. Slave­Software und einem<br />

Training angeboten. Außerdem gibt es<br />

WinCE­Treiber für X86­Platt formen.<br />

Aktive PC-Einsteckkarte<br />

Passive PC-Einsteckkarte<br />

Immer die richtige <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Hardware für Ihre Applikation<br />

19


Protokollstacks<br />

Zahlreiche Firmen bieten Protokollstacks<br />

für Master­ und Slave­Anschaltungen<br />

und für verschiedene Betriebssysteme<br />

an. Neben verschiedenen<br />

Lizenzmodellen werden auch Schulung,<br />

Beratung und Support angeboten.<br />

Soft-Master<br />

Mit dem sogenannten Soft­Master wird<br />

eine Möglichkeit geschaffen, einen<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Master ohne Verwendung von<br />

Spezialhardware zu realisieren. Anstelle<br />

der spezifischen <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Hardware kommen<br />

Standard­Ethernet­Controller zum<br />

Einsatz. <strong>sercos</strong> spezifische Funktionen<br />

werden dabei in den hardwarenahen und<br />

echtzeitfähigen Teil des Mastertreibers<br />

verlagert, so dass die masterseitige Anschaltung<br />

komplett in Software realisiert<br />

werden kann. Diese Master­Realisierung<br />

ist beispielsweise für PC­basierte Steuerungsplattformen<br />

interessant, die eine<br />

Ethernet­Schnittstelle „onboard“ haben.<br />

netSwitch Einbaufertiges <strong>sercos</strong> <strong>III</strong><br />

Kommunikationsmodul<br />

Open Source Master-Treiberbibliothek<br />

Über http://sourceforge.net/projects/<br />

cosema/ steht eine Open Source Master­<br />

Treiberbibliothek zur Verfügung, die<br />

die Implementierung eines konformen<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Masters erheblich vereinfacht.<br />

20<br />

„Für uns als 3S war es keine Frage, <strong>sercos</strong> <strong>III</strong> in unser CoDe-<br />

Sys-System zu implementieren. Wir haben bereits sehr gute<br />

Erfahrungen mit <strong>sercos</strong> II und dem ausgezeichneten Grad der<br />

Standardisierung des Antriebsprofils gemacht, wodurch es für<br />

uns möglich war, ohne aufwendige Treiber-Entwicklungen oder<br />

-Anpassungen Geräte verschiedenster Hersteller zu betreiben.“<br />

Manfred Werner,<br />

3S-Smart Software Solutions GmbH / Geschäftsleitung<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> Schnittstelle als Design-in


Hinter den Kulissen –<br />

<strong>sercos</strong> international e. V.<br />

<strong>sercos</strong> <strong>III</strong> ist eine offene, herstellerunabhängige und frei verfügbare Technologie. Dieser<br />

Grundsatz wird seit 1990 in der weltweit tätigen Nutzerorganisation <strong>sercos</strong> international e. V.<br />

gelebt. Sie versteht sich nicht nur als Interessenten-Netzwerk, sondern vor allem als aktives,<br />

effizientes und offenes Forum für engagierte Experten, Interessenten und Förderer.<br />

Die älteste internationale Interessengemeinschaft<br />

für Echtzeit­Kommunikation<br />

vereint das Experten­Knowhow<br />

von weltweit über 70 Mitgliedsorganisationen.<br />

Tochtergesellschaften<br />

bestehen in Nordamerika und Asien.<br />

Geschäftsstellen sind in Deutschland,<br />

USA, Japan und China eingerichtet.<br />

In den Arbeitskreisen der <strong>sercos</strong><br />

Organisation sind ständig 15 bis 20<br />

Firmen mit entsprechenden Experten<br />

vertreten. Um die verschiedenen<br />

Aktivitäten zu koordinieren, trifft sich<br />

regelmäßig das <strong>sercos</strong> Steering<br />

Committee (SSC), in dem alle<br />

Arbeitskreisleiter vertreten sind.<br />

Grundsätze<br />

• <strong>sercos</strong> ist ein gelebter offener<br />

Standard.<br />

• Technologie und Nutzerorganisation<br />

sind unabhängig von einzelnen Unternehmen.<br />

• Eine Mitgliedschaft in der Nutzerorganisation<br />

ist freiwillig und somit<br />

nicht erforderlich, um <strong>sercos</strong> zu<br />

implementieren oder anzuwenden.<br />

• In den technischen Arbeitskreisen<br />

können sich Mitglieder und auch<br />

Nicht­Mitglieder als Experten aktiv<br />

in die Entwicklung von <strong>sercos</strong> interface<br />

einbringen.<br />

• <strong>sercos</strong> wird ständig weiterentwickelt<br />

– unter Berücksichtigung<br />

von praxisnahen Impulsen aus<br />

unterschiedlichsten Branchen.<br />

• <strong>sercos</strong> international e. V. ist offiziell<br />

anerkannter Normungspartner der<br />

Industrial Electrotechnical Commission<br />

(IEC) und arbeitet aktiv in den<br />

Gremien des SC22G (Adjustable<br />

speed electric drive systems incorporating<br />

semiconductor power converters)<br />

und SC65C (Industrial Networks)<br />

mit.<br />

• <strong>sercos</strong> international e. V. arbeitet mit<br />

Industrieverbänden (z. B. der nordamerikanischen<br />

OMAC) zusammen,<br />

um gemeinsam mit Endanwendern<br />

und Maschinenherstellern Anforderungen<br />

zu diskutieren und Lösungen<br />

zu erarbeiten.<br />

• Experten aus den <strong>sercos</strong> Arbeitskreisen<br />

arbeiten in zahlreichen<br />

nationalen und internationalen<br />

Fachverbänden und Normungsausschüssen<br />

mit.<br />

21


Vorteile für Anwender<br />

• Geräte auf Basis von <strong>sercos</strong> Technologie<br />

sind leistungsstark, praxisnah,<br />

standardkonform und zukunftssicher.<br />

• Produktangebot, Bezugsquellen,<br />

Support und Schulungen sind unabhängig<br />

von einzelnen Herstellern<br />

und proprietären Standards.<br />

• Unterstützung von etablierten, weltweit<br />

agierenden Partnern wie Bosch<br />

Rexroth, Rockwell Automation,<br />

Schneider Electric und Phoenix<br />

Contact.<br />

22<br />

„Mit den immer weiter steigenden Durchsatzanforderungen<br />

verlangen Maschinenhersteller nach immer schnelleren und<br />

gleichzeitig hochpräzisen Bewegungsabläufen. Um optimale<br />

Bedienersicherheit zu gewährleisten, ist sowohl ein immer<br />

umfassender werdendes Verständnis der Maschinenfunktion<br />

als auch die nötige Kompetenz zur fachgerechten Steuerung<br />

der Maschinen unerlässlich. In Zukunft werden außerdem die<br />

Energieeffizienzanforderungen immer weiter steigen. <strong>sercos</strong><br />

nimmt bei der Erfüllung all dieser Anforderungen einen Spitzenplatz<br />

ein und bietet dabei ein Maß an Zuverlässigkeit und<br />

Flexibilität, das unübertroffen ist.“<br />

Michael Binroth,<br />

Präsident von GH Binroth Co.<br />

Weitere Vorteile für Mitglieder<br />

• Einbringen eigener Anforderungen<br />

und Ideen in die Entwicklung von<br />

<strong>sercos</strong>.<br />

• Aktive Mitglieder sind immer auf<br />

dem aktuellen Stand neuester Weiterentwicklungen.<br />

• Gemeinsame Plattform für Marketing<br />

und Präsentation, z. B. auf<br />

Messen.<br />

Struktur der weltweit tätigen<br />

Nutzerorganisation <strong>sercos</strong> international e. V.<br />

Technische<br />

Arbeitskreise<br />

(TWG)<br />

Kommunikation<br />

Mitgliederversammlung<br />

Vorstand<br />

Geschäftsführung<br />

Technischer Leitkreis (SSC)<br />

Die <strong>sercos</strong> Kompetenzzentren<br />

Um Unternehmen unabhängig und<br />

kompetent beraten zu können, wur ­<br />

den weltweit Kompetenzzentren eingerichtet.<br />

Zurzeit handelt es sich um<br />

folgende Einrichtungen:<br />

ISW an der Universität Stuttgart (D)<br />

University of Akron (USA)<br />

Technical College Alexandria (USA)<br />

HEIG­VD (CH)<br />

Beijing Polytechnical University<br />

(China)<br />

Steinbeis­Transferzentrum Systemtechnik<br />

(D).<br />

Antriebe E/A Sicherheit<br />

Marketing­<br />

Arbeitskreis<br />

(MWG)


Gebündeltes Know-how –<br />

weltweit<br />

Mitgliedsfirmen von <strong>sercos</strong> international<br />

www.<strong>sercos</strong>.org<br />

www.<strong>sercos</strong>.com<br />

www.<strong>sercos</strong>.de<br />

www.<strong>sercos</strong>.org.cn<br />

Institut für Steuerungstechnik<br />

der Werkzeugmaschinen und<br />

Fertigungseinrichtungen<br />

The Drive for Quality TM<br />

23


<strong>sercos</strong> international e. V.<br />

Küblerstr. 1<br />

73079 Süßen, Deutschland<br />

Tel. +49 7162 9468 65<br />

Fax +49 7162 9468 66<br />

E­Mail: info@<strong>sercos</strong>.de<br />

www.<strong>sercos</strong>.org<br />

<strong>sercos</strong> North America<br />

405 Loblolly Bay Drive<br />

Santa Rosa Beach, FL 32459<br />

Toll Free:<br />

1­800­5­<strong>sercos</strong> (1­800­573­7267)<br />

Tel. +1 850 269 0908<br />

Fax +1 850 269 0908<br />

E­Mail: info@<strong>sercos</strong>.com<br />

www.<strong>sercos</strong>.com<br />

<strong>sercos</strong> Asia<br />

China Office:<br />

Building No.1 #414,<br />

No.1 Jiao Chang Kou Street,<br />

De Sheng Men Wai,<br />

Xi Cheng District,<br />

Peking, 100011, China<br />

vorbehalten<br />

Tel. +86 10 62015642<br />

Fax +86 10 82015862<br />

E­Mail: info@<strong>sercos</strong>.org.cn<br />

Änderungen ·<br />

www.<strong>sercos</strong>.org.cn<br />

Japan Office:<br />

11/2012 V.<br />

Lilas Nogizaka Bldg. #901,<br />

e.<br />

Minami Aoyama 1­15­18, Minato­ku<br />

Tokyo, 107­0062, Japan<br />

Tel. +81 3 3470 0640<br />

international<br />

Fax +81 3 3478 8648<br />

E­Mail: international@<strong>sercos</strong>.org.cn<br />

<strong>sercos</strong><br />

www.<strong>sercos</strong>.org ©

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