sercos III
sercos III
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 ©