СЕРКОС III
 | Эта статья содержит контент, написанный как реклама . ( сентябрь 2020 г. ) |
| Серкос III | |
| |
| Год создания: | 2003 |
| Количество устройств: | 511 |
| Скорость | Полнодуплексный режим 100 Мбит/с. |
| Горячее подключение? | Да |
| Избыточность? | Да |
| Совместимость с Ethernet? | Да |
| Руководящий орган: | Серкос Интернешнл э.В. |
| Веб-сайт: | Официальный сайт 
|
Sercos III — это третье поколение интерфейса Sercos , стандартизированного открытого цифрового интерфейса для связи между промышленными средствами управления, устройствами управления движением, устройствами ввода-вывода (I/O) и узлами Ethernet, такими как ПК. Sercos III применяет функции жесткого реального времени интерфейса Sercos к Ethernet . Он основан на стандарте Ethernet ( IEEE 802.3 и ISO/IEC 8802-3). Работа над Sercos III началась в 2003 году. [1] при этом поставщики выпустили первые продукты, поддерживающие его, в 2005 году. [2]
Общая архитектура
[ редактировать ]Чтобы удовлетворить требования к пропускной способности и джиттеру в приложениях Sercos, Sercos III работает в основном по схеме «главный/подчиненный» , обмениваясь циклическими данными между узлами. Мастер инициирует всю передачу данных во время цикла Sercos в реальном времени. Все передачи данных начинаются и заканчиваются на ведущем устройстве (кольцевом).
Серкос III цикл
[ редактировать ]
Связь через сеть Sercos III происходит через строгие циклические интервалы. Время цикла выбирается пользователем для конкретного применения в диапазоне от 31,25 мкс до 65 мс. В рамках каждого цикла обмен данными между узлами Sercos III осуществляется с помощью телеграмм двух типов: MDT и AT (см. Типы телеграмм ). После того, как все MDT и AT переданы, узлы Sercos III позволяют использовать оставшееся время в цикле в качестве канала UC (Unified Communication) Channel , который можно использовать для обмена данными с использованием других форматов, таких как IP.
Сеть остается доступной для трафика UCC до начала следующего цикла, после чего Sercos III снова закрывает узлы для трафика UCC. Это важное различие. Sercos специально разработан для обеспечения открытого доступа ко всем портам для других протоколов между циклическими сообщениями в реальном времени. Никакого туннелирования не требуется. Это дает то преимущество, что любой узел Sercos III доступен независимо от того, находится ли Sercos III в циклическом режиме или нет, для использования других протоколов, таких как TCP/IP, без какого-либо дополнительного оборудования для обработки туннелирования. Узлы Sercos предназначены для обеспечения метода хранения и пересылки буферизации сообщений, отличных от Sercos, если они получены на узле во время активной циклической связи.
Телеграммы
[ редактировать ]
Формат телеграммы
[ редактировать ]Все телеграммы Sercos III соответствуют формату кадров IEEE 802.3 и ISO/IEC 8802-3 MAC ( управление доступом к среде передачи ).
- Адрес назначения
- Адресом назначения для всех телеграмм Sercos III всегда является 0xFFFF FFFF FFFF (все 1), который определяется как широковещательный адрес для телеграмм Ethernet. Это связано с тем, что все телеграммы выдаются ведущим устройством и предназначены для всех подчиненных устройств в сети.
- Исходный адрес
- Адресом источника для всех телеграмм Sercos III является MAC-адрес ведущего устройства, поскольку оно отправляет все телеграммы.
- Тип Ethernet
- Уникальное значение EtherType было назначено через центр регистрации полей IEEE EtherType для Sercos III (0x88CD).
- Заголовок Sercos III
- Начало поля данных, определенного Ethernet, всегда начинается с заголовка Sercos III, который содержит информацию управления и состояния, уникальную для Sercos.
- Поле данных Sercos III
- За заголовком Sercos III следует поле данных Sercos III, которое содержит настраиваемый набор переменных, определенных для каждого устройства в сети.
Типы телеграмм
[ редактировать ]В цикле Sercos III используются два основных типа телеграмм. Телеграмма основных данных (MDT) и телеграмма подтверждения (AT). Оба типа телеграмм выдаются мастером (управлением). MDT содержит информацию, предоставляемую ведущим другим устройствам. Он заполняется мастером и читается другими устройствами. AT выдается ведущим устройством, но заполняется каждым другим устройством соответствующими данными ответа (значения обратной связи, состояния входов и т. д.). Несколько устройств используют один и тот же AT, заполняя его заранее определенную область в AT-телеграмме, обновляя контрольные суммы и затем передавая телеграмму следующему устройству. Этот метод снижает влияние служебных данных кадров Ethernet на производительность сети без ущерба для IEEE 802.3 и ISO/IEC 8802-3. Объем данных, отправленных от ведущего устройства на другие устройства, и сумма данных, возвращаемых другими устройствами, могут превышать указанный в 802.3 максимальный размер поля данных в 1500 байт. Чтобы соблюсти это ограничение, Sercos III может использовать более одной телеграммы MDT в цикле и более одной телеграммы AT (до 4 в каждом случае).
Синхронизация
[ редактировать ]Для достижения истинных характеристик жесткого реального времени Sercos III, как и Sercos I и II, использует форму синхронизации, которая зависит от «метки синхронизации», выдаваемой главным элементом управления через точные равноотстоящие интервалы времени. Все узлы в сети Sercos используют эту телеграмму для синхронизации всех действий на узле. Чтобы учесть изменения в компонентах сети, задержки измеряются при передаче между узлами во время фазы запуска (инициализации) сети Sercos, и эти значения компенсируются во время нормальной работы. В отличие от Sercos I и II, где для этой цели используется отдельная основная синхронизирующая телеграмма или MST, Sercos III включает MST в первый передаваемый MDT. Отдельной телеграммы не выдается. Время между двумя MST точно равно назначенному времени цикла Sercos, Стейси.
Процесс синхронизации гарантирует, что циклическая и одновременная синхронизация всех подключенных устройств происходит независимо от топологии и количества устройств в сетях Sercos.
Физический уровень и уровень канала передачи данных
[ редактировать ]Sercos III поддерживает стандарты IEEE 802.3 и ISO/IEC 8802-3 100BASE-TX или 100BASE-FX (модульная полоса 100 Мбит/с) полнодуплексные объекты физического уровня (PHY). Используются подуровни контроллера доступа к среде передачи (MAC), совместимые со стандартом 802.3. Автосогласование должно быть включено на каждом физическом уровне, но поддерживается только полнодуплексный режим 100 Мбит. Автоматический (MAU [Media Attachment Unit]-Embedded) Кроссовер указывается между двумя устройствами Physical Medium Attachment (PMA), имеющими дуплексный порт. Эти два устройства называются первичным каналом и вторичным каналом в спецификации Sercos III. Требуются двойные интерфейсы (два дуплексных интерфейса на устройство). В спецификации Sercos III двойные интерфейсы обозначаются как P1 и P2 (порты 1 и 2).
Электропроводка
[ редактировать ]Для установки сети Sercos не требуются компоненты инфраструктуры, такие как коммутаторы или концентраторы, и все устройства соединяются между собой патч-кордами или перекрестными кабелями. Порты Ethernet на устройствах взаимозаменяемы и могут использоваться для подключения к сети стандартных устройств Ethernet, таких как ноутбуки. Доступ к каждому протоколу Ethernet и IP на устройствах Sercos возможен без вмешательства в протокол реального времени и без необходимости активации операции в реальном времени.
Стек Sercos III
[ редактировать ]Вся функциональность, необходимая для настройки интерфейса Sercos III, содержится в стеке, который доступен как в «жесткой», так и в «мягкой» версиях. Жесткая версия широко используется для встроенных приложений (таких как приводы, модули ввода-вывода и управление движением на базе микроконтроллера), где:
- Важно, чтобы затраты на управление узлами Sercos III не возлагались на процессор устройства.
- Требуется наносекундный джиттер.
Аппаратный стек доступен в нескольких различных формах. [3] В настоящее время к ним относятся:
- Битовый поток для Xilinx FPGA для ведущего и ведомого устройств.
- Битовый поток для FPGA Altera для ведущего и ведомого устройств.
- Битовый поток для FPGA Lattice Semiconductor для ведущего и ведомого устройств.
- Список сетей для FPGA Xilinx для ведущего и ведомого устройств.
- Список сетей для FPGA Altera для ведущего и ведомого устройств.
- Список цепей для решетчатых FPGA для ведущего и ведомого устройств.
- « netX » от Hilscher, GmbH для ведущего и ведомого устройств. Чип мультисетевого контроллера
- Модуль Anybus CC от HMS Industrial Networks для ведомых устройств.
- Микропроцессоры Sitara™ AM335x от Texas Instruments для ведущего и ведомого устройств.
- Чип Innovasic, Inc. fido 5000 REM Switch для ведомого устройства.
- Микропроцессоры RZ/N1 от Renesas Electronics для раб.
Максимальный джиттер, допустимый для ведущих и ведомых устройств с жестким стеком, составляет менее 1 мкс. Использование вышеуказанных стеков дает джиттер, аналогичный Sercos II (35–70 наносекунд).
Sercos III также поддерживает независимую от операционной системы и аппаратной платформы «Soft Master», используя полностью программный стек для главного интерфейса. [4] Поскольку максимальный джиттер в такой конфигурации зависит от операционной системы ведущего устройства, максимальный джиттер может быть установлен переменной для сети Sercos III, когда используется программный мастер. Стандартный контроллер Ethernet можно использовать для приложений с линейной топологией, временем цикла шины более 500 мкс и синхронизацией в микросекундном диапазоне. Приложения с более высокими требованиями к синхронизации и меньшим временем цикла шины могут быть реализованы с использованием контроллера Ethernet с поддержкой TTS и подходящей операционной системы реального времени.
безлицензионный вариант битового потока EasySlave . Для базовых ведомых устройств, таких как устройства ввода-вывода EasySlave-IO, доступен
Доступен продукт, который использует плату Arduino в качестве платформы для быстрого прототипирования приложения, а также соответствующий экран (дополнительный модуль) с FPGA Sercos EasySlave, а также другие периферийные компоненты.
Согласованность данных
[ редактировать ]Термин «консистентность данных», который обычно ассоциируется с ИТ-предприятием, также может применяться к управлению в реальном времени (см., например, одноранговую связь ). По этой причине Sercos III указывает, что никакие данные не перезаписываются (уничтожаются) во время передачи. Каждое подчиненное устройство в сети может иметь доступ к входным и выходным данным любого другого подчиненного устройства в сети.
Адресация
[ редактировать ]Устройства должны поддерживать MAC-адресацию Ethernet, а также адресацию Sercos III. Другие схемы адресации являются необязательными.
- Адрес Серкос III
- Каждое устройство Sercos III содержит числовой адрес, используемый другими устройствами в сети Sercos III для обмена данными. Адрес может быть любым целым числом от 1 до 511.
- IP-адрес
- Sercos III не использует IP-адрес для своей работы. Содержит ли устройство IP-адрес или нет, зависит от поддержки им других спецификаций, либо независимо (исключительно) от работы Sercos III, либо через UC (Unified Communication) . часть цикла
Топологии сети
[ редактировать ]Спецификация Sercos III определяет две возможные топологии сети ; Кольцо и линия. Тем, кто знаком с другими сетями, может показаться, что обе они настроены как кольцо. Все телеграммы начинаются и заканчиваются на мастере. Для этого используется функция полного дуплекса физического уровня.
Линейная топология
[ редактировать ]
- Линейная топология является самой простой из двух возможных схем и не обеспечивает избыточности. Однако такая конфигурация позволяет сэкономить на стоимости одного кабеля. В нем используется только один из двух интерфейсов на мастере. Телеграммы выдаются из PMA передачи на активный порт ведущего устройства. Любой порт на ведущем устройстве может быть активным. Sercos III определяет это во время фазы запуска (инициализации).
Первый подчиненный получает телеграммы на приемном PMA подключенного интерфейса, модифицирует их по мере необходимости и выдает на передающем PMA второго интерфейса. Каждое каскадное подчиненное устройство делает то же самое, пока не будет достигнуто последнее подчиненное устройство в линии. Это ведомое устройство, не обнаружив соединения Sercos III на своем втором порту, передает телеграмму обратно на передающий порт принимающего интерфейса. Затем телеграмма проходит через каждого ведомого устройства обратно к ведущему. Обратите внимание, что последнее ведомое устройство также отправляет все телеграммы Sercos III на свой второй порт, даже если соединение Sercos III не обнаружено. Это предназначено для отслеживания, замыкания колец (см. ниже) и горячего подключения .
Имейте в виду, что, поскольку поле назначения Ethernet во всех телеграммах Sercos III представляет собой широковещательный адрес 0xFFFF FFFF FFFF (все 1), все телеграммы, отправленные из этого открытого порта, будут восприниматься другими устройствами как широковещательные телеграммы. Такое поведение является особенностью и не может быть отключено. Чтобы избежать обременения сетей, подключенных к открытому порту Sercos, можно использовать IP-переключатель или, альтернативно, управляемый коммутатор Ethernet , запрограммированный для блокировки широковещательных телеграмм, полученных от порта Sercos. Начиная со спецификации Sercos III версии 1.3.1 поддерживается подключение устройств промышленного Ethernet, где устройства работают с временем цикла 20 мс в фазе связи 0 (CP 0).
Кольцевая топология
[ редактировать ]- Кольцевая топология просто закрывает сеть, присоединяя неиспользуемый порт на последнем устройстве в кольце обратно к неиспользуемому порту на ведущем устройстве. Когда Мастер Sercos III обнаруживает, что кольцо существует, он отправляет две телеграммы, вращающиеся в противоположных направлениях. Одни и те же данные выдаются одновременно из передающих PMA обоих портов ведущего устройства. Отсюда обе телеграммы обрабатываются практически одинаково, поскольку они проходят через каждого ведомого устройства и заканчиваются в противоположном порту ведущего устройства, из которого они были отправлены. Преимущества этой топологии включают более тесную синхронизацию, а также автоматическое резервирование инфраструктуры (см. ниже).
Другие топологии сети
[ редактировать ]- Sercos III работает по «круговому» подходу, используя как линейную, так и кольцевую структуру. Все телеграммы уходят от мастера и возвращаются. Как и в любой сети, работающей таким образом, модифицированные структуры могут быть построены в виде сети в виде дерева или звезды, используя оборудование, которое управляет ветвями, но структура по-прежнему остается кольцевой.
Инфраструктурное оборудование
[ редактировать ]Sercos III спроектирован таким образом, что никакой дополнительной сетевой инфраструктуры (стандартные коммутаторы Ethernet , концентраторы для работы не требуется и т. д.). Обычные стандартные компоненты Ethernet (не поддерживающие Sercos III) могут быть размещены в сети Sercos III, поскольку их присутствие не будет отрицательно влиять на синхронизацию и синхронизацию сети. [5]
Гарантийная синхронизация в расширенных сетях с использованием медиаконвертеров требует сквозной коммутации . Если необходимо обеспечить резервирование кольца, необходима переадресация при потере канала с соответствующим временем реакции.
Интеграция с полевой шиной
[ редактировать ]Доступен ряд продуктов, которые позволяют подключать полевые шины (Profibus и CAN) или шины датчиков/исполнительных устройств (AS-i, SSI, IO-Link) к сети Sercos. Доступны шлюзы для интеграции аналоговых осей. Шлюзы встроены в устройства Sercos (например, модульные устройства ввода-вывода) или подключаются как отдельные компоненты в сети.
Функции
[ редактировать ]Помимо возможностей интерфейса Sercos , Sercos III также обеспечивает: [6]
- Ethernet: Каждое устройство Sercos представляет собой трехпортовый коммутатор и полностью прозрачно для подключенных устройств стандарта Ethernet, таких как инженерные системы, человеко-машинные интерфейсы и т. д. Прежде всего, устройство Sercos — это устройство Ethernet.
- Sercos — это детерминированная шина автоматизации на базе Ethernet, которая использует метод суммирования кадров для высокоэффективной связи. [7]
- Циклические обновления устройств выполняются со скоростью всего 31,25 мкс. [8]
- Поддержка до 511 подчиненных устройств в одной сети. [9]
- без ударов. сбоя на физическом уровне Резервирование: восстановление после одиночного [10]
- Обнаружение обрыва физического соединения в течение 25 мкс (менее одного цикла обновления)
- Горячее подключение: вставка и настройка устройств в сеть при активной циклической связи.
- Одноранговая связь: как между контроллерами (C2C) для связи нескольких главных устройств друг с другом, так и прямая перекрестная связь (CC) между несколькими подчиненными устройствами.
Прикладной уровень (профили)
[ редактировать ]Спецификация Sercos III определяет широкий диапазон переменных, разработанных консорциумом поставщиков продуктов для обеспечения взаимодействия между компонентами (управлением движением, приводами и т. д.). Весь трафик в сети Sercos III состоит из идентификаторов (параметров) с атрибутами. Идентификаторы определяют более 700 стандартизированных параметров, описывающих взаимодействие между электрическими, пневматическими и гидравлическими системами управления, приводами и другими периферийными устройствами с использованием универсальной семантики. Этот метод был впервые определен в Sercos I как практически плоский набор идентификаторов. Позже они были сгруппированы в наборы приложений, чтобы помочь в выборе соответствующих инцидентов, необходимых для конкретной отрасли, например «Профиль упаковки» для использования с упаковочным оборудованием. В ходе разработки спецификации Sercos III эта методология была дополнительно усовершенствована, чтобы логически сгруппировать инциденты по классам устройств. Определение устаревших идентификаторов осталось практически нетронутым; скорее, их группировка была переоценена для более понятной архитектуры. Это также позволило разделить идентификаторы связи на логическое подмножество, упростив переход с Sercos I/II на Sercos III и предоставив пользователям четкий обзор.
Резервирование
[ редактировать ]При использовании кольцевой сети Sercos III обеспечивает автоматическое резервирование инфраструктуры. Если какая-либо точка соединения в кольце перестает функционировать, соответствующие узлы Sercos III обнаруживают «разрыв кольца» и «закольцовывают» конечные узлы, эффективно работая как две линии, а не как одно кольцо.
Работа выполняется «без ударов», поскольку время обнаружения и восстановления такого разрыва составляет менее 25 мкс, что меньше минимального времени цикла Sercos III. Sercos III также может восстанавливаться после разрывов колец и «восстанавливаться» без перерыва в работе. Поскольку телеграммы Sercos III продолжают отправляться PMA передачи на неподключенных портах, а PMA приема на неподключенных портах продолжают отслеживать входящие данные, когда порт Sercos III распознает, что кольцо было физически повторно замкнуто, он повторно активирует счетчик. -вращающиеся телеграммы для функционального замыкания колец снова. Эта операция также является безударной.
Одноранговые коммуникации
[ редактировать ]Чтобы обеспечить требуемый детерминизм, большинство стандартов Ethernet реального времени применяют метод связи только «ведущий-подчиненный». Это может противоречить необходимости эффективного обмена данными узлом системы с узлом, отличным от главного узла сети. Обычный метод достижения этого в сети «главный-подчиненный» заключается в передаче данных от одного подчиненного узла к ведущему, где они пересылаются одному или нескольким различным подчиненным узлам. Например, если несколько сервоприводов в сети должны быть синхронизированы с сигналом от другого привода в сети, ведущий должен получить сигнал от этого привода и повторно передать его всем остальным приводам в сети. Недостатки этого метода заключаются в том, что возникают задержки из-за необходимости нескольких циклов и увеличивается вычислительная нагрузка ведущего устройства, поскольку оно должно активно участвовать в функции, хотя это ничего не дает. Поскольку никакие данные не уничтожаются в телеграмме Sercos III, данные к любому ведомому устройству и от него могут быть доступны другому узлу в сети без какой-либо дополнительной задержки цикла или вмешательства ведущего устройства. Кроме того, поскольку телеграммы проходят каждый узел дважды за цикл (для обоих типов топологии), узел может даже иметь возможность доступа к данным, предоставленным последующим узлом. В спецификации Sercos III определены два метода одноранговой связи: контроллер-контроллер (C2C) для нескольких главных устройств для связи друг с другом и перекрестная связь (CC) для нескольких подчиненных устройств.
Горячее подключение
[ редактировать ]Еще одной особенностью Sercos III является горячее подключение, то есть возможность добавления устройств в активную сеть. Используя функции, описанные для резервирования, сеть может обнаруживать подключение нового устройства к активной сети. Существуют процессы, которые настраивают новое устройство и объявляют о его доступности главному элементу управления. После этого главный элемент управления может выбрать использование нового устройства в зависимости от запущенного в данный момент приложения.
Передискретизация и отметка времени
[ редактировать ]Передискретизация позволяет передавать более одного номинального/фактического значения за цикл, повышая деликатность управления процессом в чрезвычайно важных приложениях, таких как лазерные приложения.
Метка времени передает результаты, управляемые событиями, например, конкретные измеренные данные, и переключает выходы независимо от цикла. Это повышает стабильность процесса в сложных технологических решениях, например, в полупроводниковой промышленности.
Канал унифицированных коммуникаций (UC)
[ редактировать ]Время между окончанием передачи всех циклических телеграмм Sercos III Real Time (RT) и началом следующего цикла связи определяется как «Унифицированный канал связи Sercos III» (UC Channel). В течение этого периода сеть Sercos открывается, чтобы обеспечить передачу Ethernet-совместимых кадров для других служб и протоколов. Например:
- Веб-серверы могут быть встроены в устройства, совместимые с Sercos III, для ответа на стандартные сообщения протокола передачи гипертекста (HTTP), полученные через канал UC.
- Кадры других стандартов Fieldbus , соответствующие формату кадров Ethernet, могут передаваться по сети Sercos III.
Каждый узел, совместимый с Sercos III, должен поддерживать передачу кадров UC через интерфейс Sercos III. Будет ли узел Sercos III активно использовать функцию UC, определяется набором функций продукта. Если, например, устройство имеет встроенный веб-сервер, оно может предоставить свой IP-адрес для доступа других устройств.
Сеть Sercos III всегда будет передавать кадры UC, даже если циклическая операция не была инициализирована. Это означает, что устройства всегда имеют доступ к сети для сообщений UC, пока на порты подается питание.
Sercos III не определяет, должен ли порт работать в режиме сквозной коммутации или в режиме промежуточного хранения при обработке кадров UC. В настоящее время на рынке имеются продукты Sercos III, поддерживающие оба режима. Аналогичным образом, Sercos III не определяет, должен ли порт интеллектуально обрабатывать телеграммы UC, например, изучать топологию сети.
Время, отведенное для трафика UC, определяется объемом данных, передаваемых в течение части цикла в режиме реального времени. В реальных приложениях для кадров UC доступна значительная полоса пропускания. Например, в типичном приложении с 8 осями движения и частотой цикла 250 мкс для использования UC доступен эквивалент 85 Мбит/с. Это количество времени означает, что длина кадров UC в этом примере может достигать максимальной длины, определенной для Ethernet ( Максимальная единица передачи [MTU] = 1500). Используя тот же пример с 8 осями, но с временем цикла 62,5 мкс, эффективная пропускная способность, доступная для кадров UC, составит 40 Мбит/с, а MTU уменьшится до 325. Как и в любой сети, где время на шине является общим, Значения MTU должны быть настроены для обеспечения надежной связи. Правильно настроенные сети Sercos установят для параметра Sercos «Запрошенный MTU» (S-0-1027.0.1) рекомендуемое значение MTU, которое затем может быть прочитано другими устройствами в соответствии с их настройками MTU. Независимо от значения этого параметра, узел Sercos будет разрешать прохождение трафика, не относящегося к Sercos, в течение всего периода канала UC (т. е. телеграммы, длина которых превышает настройку MTU, не отбрасываются стеком Sercos). Параметр Sercos S-0-1027.0.1 по умолчанию установлен на 576, минимальное значение, указанное в RFC 791.
UCC-доступ
[ редактировать ]Кадры UC могут поступать в сеть Sercos III только через порт, совместимый с Sercos III. Этого можно достичь двумя разными способами. Один из них — использовать неиспользуемый порт Sercos III на конце сети Sercos III, настроенной с линейной топологией, как показано справа.
В сети, настроенной по кольцевой топологии, кольцо можно временно разорвать в любой точке, чтобы также подключить устройство. Поскольку функция резервирования Sercos III позволяет плавно переконфигурировать сеть (реагируя менее чем за один цикл), никаких нарушений сетевой передачи не произойдет. Кольцо можно снова закрыть после того, как доступ больше не требуется.
Если требуется доступ в середине линейной топологии (где нет свободных портов) или нежелательно разрывать кольцевую топологию на длительный период времени, спецификация Sercos III допускает использование устройства под названием «IP-коммутатор», которое можно используется для предоставления доступа к каналу UC в любой точке сети. IP-коммутаторы имеют два порта, совместимых с Sercos III, и один или несколько портов для доступа UCC.
Коммерчески доступные коммутаторы UCC блокируют передачу широковещательных телеграмм Sercos III через порт(ы), не относящиеся к Sercos III, чтобы предотвратить переполнение сетей, отличных от Sercos III, циклическими данными Sercos III.
Общий сетевой протокол
[ редактировать ]Sercos III разработан таким образом, чтобы EtherNet/IP. Устройства TC/IP и Sercos могут работать по одному и тому же кабелю Ethernet. Высокоэффективные телеграммы Sercos используют только часть существующей полосы пропускания, позволяя передавать телеграммы сторонних производителей через канал UC.
Для реализации общей сетевой инфраструктуры необходимы мастер Sercos и сканер EtherNet/IP. Их можно объединить в мастер с двумя стеками.
Если резервирование не требуется, устройства подключаются по линейной топологии, где последнее устройство Sercos в линии передает и принимает телеграммы сторонних производителей через свой свободный порт. Свободный порт недоступен, если сеть настроена в кольцевой топологии для резервной передачи данных. В такой конфигурации IP-коммутатор необходим для пропуска в кольцо пакетов, отличных от Sercos.
Поддержка функциональной безопасности
[ редактировать ]«Функциональная безопасность» — это общий термин, обозначающий конструкцию системы, которая снижает риск возникновения опасного события, вредного для человека, в системе. Основное определение содержится в международном стандарте IEC 61508 . Большинство промышленных сетей содержат те или иные функции, соответствующие требованиям функциональной безопасности. Вместо того, чтобы определять уникальную спецификацию этой функциональной безопасности, Sercos III Safety основан на протоколе безопасности CIP, разработанном Ассоциацией поставщиков Open DeviceNet (ODVA). [11] Это обеспечивает совместимость на уровне безопасности со всеми сетями, основанными на общем промышленном протоколе (CIP), включая DeviceNet и EtherNet/IP.
CIP Safety на Sercos обеспечивает безопасную передачу данных через Sercos III до SIL 3 ( уровень полноты безопасности ). Никакой дополнительной шины безопасности не требуется, поскольку информация о безопасности передается в дополнение к стандартным данным в сети Sercos.
Благодаря CIP Safety на Sercos данные передаются по той же среде, используя те же соединения, что и стандартная связь. Функцию кросс-медийного протокола CIP Safety выполняют конечные устройства, что позволяет одновременно использовать стандартные устройства и устройства безопасности в одной сети. Надежная связь может осуществляться между всеми уровнями сети, включая одноранговую связь и межсетевую связь. Мастер не обязательно должен быть контроллером безопасности. Он также может маршрутизировать данные, не имея возможности их интерпретировать. Это позволяет сконфигурировать архитектуру сети безопасности для реализации программируемых контроллеров безопасности или одноранговой связи между датчиками и исполнительными механизмами.
Профиль ввода-вывода Sercos
[ редактировать ]Профиль Sercos I/O — это профиль устройства для децентрализованных модулей ввода-вывода, который можно использовать для блочных и модульных входов-выходов. Он также поддерживает гибридные устройства, которые объединяют несколько функций в одном устройстве, например, двухосный контроллер с функциями ввода-вывода и ведущими функциями.
Для конфигурации устройств ввода-вывода указан язык описания устройств и профилей на основе XML. SDDML (язык разметки описания устройств Sercos) описывает, какие профили поддерживаются определенным устройством. SPDML (язык разметки описания профиля Sercos) используется для указания различных профилей на основе модели параметров Sercos. Можно использовать существующие стандартные параметры, а также определить параметры, специфичные для производителя.
Энергетический профиль Sercos
[ редактировать ]Sercos Energy — это профиль прикладного уровня, который определяет параметры и команды для снижения энергопотребления единым, независимым от поставщика способом.
Sercos Energy снижает потребление энергии по трем направлениям:
- Постоянная нагрузка при остановленном двигателе/машине снижается;
- Потребление энергии в зависимости от процесса динамически регулируется с учетом целевых сроков/дат завершения для достижения более эффективной частичной загрузки; и
- Энергия экономится во время обработки за счет отключения компонентов, которые не требуются в определенный момент или момент процесса (частичная работа машины).
В процессе работы система управления считывает параметры каждого компонента Sercos Energy через сеть Sercos III, получая информацию о состоянии и подробные значения потребления. В зависимости от ситуации (например, плановые или внеплановые перерывы, компоненты машин, не необходимые в текущем производственном процессе) система управления может выдавать стандартизированные команды для переключения подключенных компонентов (приводов, входов/выходов, датчиков) в режим энергосбережения, вплоть до до полного отключения, снижая их энергопотребление.
В профиле учитываются условия энергосбережения для предсказуемых перерывов, таких как обеденные перерывы и праздники на заводе. В заранее определенное время компоненты Sercos Energy переводятся в состояние покоя для экономии энергии. Незадолго до окончания перерыва Sercos Energy обеспечивает повторную инициализацию компонентов в состоянии ожидания, чтобы снова сделать их доступными.
Sercos Energy предоставляет механизмы для непреднамеренных поломок, вызванных ошибками оборудования и отсутствием деталей. В таких ситуациях целевые компоненты можно аккуратно перевести в энергосберегающие режимы на время исправления ошибок или во время ожидания новых деталей.
Используя интеллектуальные средства управления, оси и компоненты, которые не нужны в текущих производственных процессах, можно отключить и/или скорректировать целевое время завершения, сохраняя при этом полную производительность.
Профиль кодировщика Sercos
[ редактировать ]Специальный профиль энкодера гарантирует, что энкодеры разных производителей могут использоваться в приложениях Sercos без проблем совместимости. Определены поддерживаемые функции кодировщика и указано их использование с другими устройствами, например, с элементами управления. Поддерживаются как автономные кодеры, так и гибридные устройства с кодировщиками.
Sercos и OPC UA
[ редактировать ]Фонд OPC и Sercos International разработали сопутствующую спецификацию OPC UA. [12] который описывает сопоставление Sercos с OPC UA. Это делает функции и параметры устройств Sercos III доступными для OPC UA независимо от какого-либо поставщика. Это упрощает связь между устройствами автоматизации станков и системами контроля более высокого уровня.
Многопротокольные возможности Sercos III допускают различные варианты реализации. Функциональность сервера OPC UA может быть реализована в системе управления машиной или непосредственно в полевом устройстве Sercos, таком как привод, датчик или модуль ввода-вывода. Клиент OPC также может быть интегрирован в контроллер Sercos.
Клиент OPC и сервер OPC UA могут взаимодействовать друг с другом, даже если связь Sercos в реальном времени не активна, поскольку процесс передачи Sercos не требует туннелирования.
Sercos и IO-Link
[ редактировать ]I/O Link — это цифровой интерфейс для подключения датчиков и исполнительных устройств к шинам автоматизации более высокого уровня, таким как Sercos III. Ведущее устройство IO-Link может быть либо автономным ведомым устройством, либо частью модульного ведомого устройства. Руководство по сопоставлению IO-Link с Sercos [13] доступен для помощи производителям в интеграции IO-Link в сеть Sercos III. Доступна плата разработки IO-Link с ведущим интерфейсом IO-Link и подчиненным интерфейсом Sercos III.
Поддержка Sercos для AS-i
[ редактировать ]AS-i ( Интерфейс датчика исполнительного механизма ) — это сетевой интерфейс для подключения простых полевых устройств, таких как исполнительные механизмы и датчики, к шинам более высокого уровня, таким как Sercos III. Доступно несколько шлюзов AS-i/Sercos для подключения устройств AS-i к сети Sercos III.
TSN (сеть, чувствительная к времени)
[ редактировать ]Стандартный Ethernet не является детерминированным и поэтому не подходит для жесткой связи в реальном времени. Чтобы решить эту проблему, рабочая группа по чувствительным ко времени сетям рабочей группы IEEE 802.1 разрабатывает набор стандартов, определяющих механизмы жесткой передачи данных в реальном времени по сетям Ethernet.
Рабочая группа Sercos определила, что Sercos совместим с TSN. Демонстратор Sercos TSN был разработан для иллюстрации работы сети Sercos с поддержкой нескольких протоколов в реальном времени на основе TSN. [14]
Поддерживать
[ редактировать ]Программное обеспечение драйвера
[ редактировать ]Программное обеспечение драйвера используется для подключения контроллера к логике устройства. Несколько базовых драйверов Sercos доступны в виде программного обеспечения с открытым исходным кодом на сайте sourceforge.net. [15] К ним относятся общая библиотека Sercos Master API, программное обеспечение Sercos Internet Protocol Services и сетевой драйвер Sercos UCC Ethernet.
Sercos SoftMaster с открытым исходным кодом также доступен на sourceforge.net. Он эмулирует функции Sercos, поэтому вместо оборудования FPGA или ASIC можно использовать стандартный контроллер Ethernet.
Доступно предварительно сертифицированное программное обеспечение протокола CIP Safety on Sercos для оснащения устройств Sercos и EtherNet/IP соответствующей безопасной логикой до уровня SIL3.
Сертификация
[ редактировать ]Тестирование на соответствие подтверждает, что элементы управления и периферийные устройства соответствуют стандартам Sercos и могут работать в сетях с продуктами различных поставщиков. Инструмент тестирования Sercos Conformizer можно использовать для предварительного тестирования устройства перед официальной процедурой соответствия.
Группы пользователей Sercos
[ редактировать ]Sercos International eV, группа пользователей Sercos со штаб-квартирой в Германии, разработала и поддерживает Sercos как открытый стандарт IEC, независимый от какой-либо отдельной компании. Любая компания может разрабатывать и использовать Sercos. У Sercos также есть группы пользователей в Северной Америке и Азии. [16]
Членство в группе пользователей Sercos является добровольным. Эксперты как из компаний-членов, так и из компаний, не являющихся членами, активно способствуют дальнейшему развитию и поддержке Sercos через инженерные рабочие группы, учитывая тенденции рынка, а также мнения поставщиков Sercos относительно практического применения на местах.
Sercos International является признанным партнером Промышленной электротехнической комиссии (IEC) и активно участвует в разработке стандартов IEC для автоматизации машин.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «СЕРКОС III в реальном времени» . Проверено 29 февраля 2012 г.
- ^ «Продукты SERCOS III представлены на выставке SPS/IPC/DRIVES» . Проверено 26 июля 2009 г.
- ^ «Контроллер и модули связи» . Проверено 16 декабря 2016 г.
- ^ «Новости SERCOS 02/2015» (PDF) . Проверено 17 декабря 2016 г.
- ^ «Ethernet TSN знаменует новую эру промышленных коммуникаций» . www.sercos.org . Sercos International eV, 11 октября 2017 г. Проверено 26 июня 2023 г.
- ^ Журавски, Ричард (26 августа 2014 г.). Справочник по технологиям промышленной связи — 13: Шина автоматизации Sercos . ЦРК Пресс. ISBN 9781482207323 . Проверено 8 сентября 2014 г.
- ^ «Эффективность протокола» . Проверено 17 декабря 2016 г.
- ^ «Промышленный Ethernet: ключевые преимущества Sercos III» (PDF) . Проверено 17 декабря 2016 г.
- ^ «Топология» . Проверено 17 декабря 2016 г.
- ^ «Ethernet в реальном времени: новые функции SERCOS III (02 ноября 2006 г.)» . Проверено 12 октября 2010 г.
- ^ «Безопасность CIP на Sercos» . Проверено 17 декабря 2016 г.
- ^ «Серкос Интернешнл» .
- ^ «Automation.com — Новости и ресурсы по промышленной автоматизации» . Automation.com .
- ^ «Sercos представит демонстратор Sercos TSN на Ганноверской ярмарке» .
- ^ «4 программы для Серкоса» . Проверено 17 декабря 2016 г.
- ^ «Организация» . 5 сентября 2019 г.