Sercos III es la tercera generación de la interfaz Sercos , una interfaz digital abierta estandarizada para la comunicación entre controles industriales, dispositivos de movimiento, dispositivos de entrada / salida (E / S) y nodos Ethernet, como PC. Sercos III aplica las características estrictas en tiempo real de la interfaz Sercos a Ethernet . Se basa y cumple con el estándar Ethernet ( IEEE 802.3 e ISO / IEC 8802-3). El trabajo comenzó en Sercos III en 2003, [1] y los proveedores lanzaron los primeros productos que lo respaldan en 2005. [2]
Sercos III | |
Año de creación: | 2003 |
No. de dispositivos: | 511 |
Velocidad | Dúplex completo de 100 Mbit / s |
Hotplugging? | sí |
¿Redundancia? | sí |
Compatibilidad con Ethernet? | sí |
Órgano rector: | Sercos International eV |
Sitio web: | http://www.sercos.com |
Arquitectura general
Para lograr los requisitos de rendimiento y fluctuación en las aplicaciones Sercos, Sercos III opera principalmente en una disposición Maestro / Esclavo intercambiando datos cíclicos entre nodos. El maestro inicia toda la transmisión de datos durante un ciclo de tiempo real de Sercos. Todas las transmisiones de datos comienzan y terminan en el maestro (circular).
Ciclo Sercos III
La comunicación a través de una red Sercos III se produce en estrictos intervalos cíclicos. El usuario elige un tiempo de ciclo para una aplicación determinada, que oscila entre 31,25 µs y 65 ms. Dentro de cada ciclo, los datos se intercambian entre los nodos Sercos III utilizando dos tipos de telegramas: MDT y AT (ver Tipos de telegramas ). Una vez transmitidos todos los MDT y AT, los nodos Sercos III permiten que el tiempo restante del ciclo se utilice como un canal UC (comunicación unificada) , que se puede utilizar para intercambiar datos utilizando otros formatos, como IP.
La red permanece disponible para el tráfico UCC hasta que comienza el siguiente ciclo, momento en el que Sercos III cierra los nodos al tráfico UCC nuevamente. Esta es una distinción importante. Sercos está diseñado a propósito para proporcionar acceso abierto en todos los puertos para otros protocolos entre mensajes cíclicos en tiempo real. No se requieren túneles . Esto proporciona la ventaja de que cualquier nodo Sercos III está disponible, ya sea que Sercos III esté en modo cíclico o no, para utilizar otros protocolos, como TCP / IP, sin ningún hardware adicional para procesar la tunelización. Los nodos de Sercos se especifican para proporcionar un método de almacenamiento y reenvío de almacenamiento en búfer de mensajes que no son de Sercos en caso de que se reciban en un nodo mientras la comunicación cíclica está activa.
Telegramas
Formato de telegrama
Todos los telegramas de Sercos III cumplen con el formato de trama IEEE 802.3 e ISO / IEC 8802-3 MAC ( Media Access Control ).
- Dirección de destino
- La dirección de destino para todos los telegramas Sercos III es siempre 0xFFFF FFFF FFFF (todos unos), que se define como una dirección de difusión para telegramas Ethernet. Esto se debe a que todos los telegramas los emite el maestro y están destinados a todos los esclavos de la red.
- Dirección de la fuente
- La dirección de origen de todos los telegramas Sercos III es la dirección MAC del maestro, ya que emite todos los telegramas.
- Tipo de Ethernet
- Se ha asignado un valor EtherType único a través de la Autoridad de registro de campo EtherType IEEE para Sercos III (0x88CD).
- Cabecera Sercos III
- El comienzo del campo de datos definido por Ethernet siempre comienza con un encabezado Sercos III, que contiene información de control y estado exclusiva de Sercos.
- Campo de datos Sercos III
- El encabezado de Sercos III es seguido por el campo de datos de Sercos III, que contiene un conjunto configurable de variables definidas para cada dispositivo en la red.
Tipos de telegramas
Se utilizan dos tipos principales de telegramas dentro del ciclo Sercos III. El telegrama de datos maestros (MDT) y el telegrama de confirmación (AT). Ambos tipos de telegramas son emitidos por el maestro (control). El MDT contiene información proporcionada por el maestro a los esclavos. Lo llena el maestro y lo leen los esclavos. El AT lo emite el maestro, pero en realidad cada esclavo lo llena con sus datos de respuesta apropiados (valores de retroalimentación, estados de entrada, etc.). Más de un esclavo usa el mismo AT, completando su área predeterminada en el telegrama AT, actualizando las sumas de verificación y luego pasando el telegrama al siguiente dispositivo. Este método reduce el impacto de la sobrecarga de la trama de Ethernet en el rendimiento de la red sin comprometer IEEE 802.3 e ISO / IEC 8802-3. La cantidad de datos enviados desde el maestro a los esclavos, así como la suma de los datos devueltos por los esclavos, puede exceder el tamaño máximo de campo de datos de 1500 bytes especificado por 802.3. Para cumplir con este límite, Sercos III puede utilizar más de un telegrama MDT en un ciclo, así como más de un telegrama AT (hasta 4 en cada caso).
Sincronización
Para lograr verdaderas características duras en tiempo real, Sercos III, como Sercos I y II, utiliza una forma de sincronización que depende de una “marca” de sincronización emitida por el control maestro en intervalos de tiempo equidistantes exactos. Todos los nodos de una red Sercos utilizan este telegrama para sincronizar todas las actividades del nodo. Para tener en cuenta las variaciones en los componentes de la red, los retrasos se miden en las transmisiones de nodo a nodo durante la fase de subida (inicialización) de una red Sercos, y esos valores se compensan durante el funcionamiento normal. A diferencia de Sercos I y II, donde se utiliza un Master Sync Telegram o MST para este propósito, Sercos III incluye el MST en el primer MDT transmitido. No se emite ningún telegrama por separado. El tiempo entre dos MST es exactamente igual al tiempo de ciclo designado por Sercos, tScyc.
El proceso de sincronización asegura que la sincronización cíclica y simultánea de todos los dispositivos conectados ocurra independientemente de la topología y del número de dispositivos en las redes Sercos.
Capas físicas y de enlace de datos
Sercos III admite entidades de capa física (PHY) dúplex completo (PHY) estándar IEEE 802.3 e ISO / IEC 8802-3 100Base-TX o 100Base-FX (banda base de 100 Mbit / s). Se utilizan subcapas de controlador de acceso a medios (MAC) compatibles con 802.3. La negociación automática debe estar habilitada en cada PHY, pero solo se admite el dúplex completo de 100 Mbit. Automático (MAU [Unidad de conexión de medios] -Incrustado) El cruce se especifica entre las dos unidades de conexión de medio físico (PMA) presentes con un puerto dúplex. Estas dos unidades se denominan canal primario y canal secundario en la especificación Sercos III. Se requieren interfaces duales (dos interfaces dúplex por dispositivo). Dentro de la especificación Sercos III, las interfaces duales se denominan P1 y P2 (puertos 1 y 2).
Alambrado
La instalación de una red Sercos es fácil y no requiere componentes de infraestructura como conmutadores o concentradores. Todos los dispositivos están interconectados mediante cables patch o cruzados de hasta 100 m de longitud. Los puertos Ethernet de los dispositivos son intercambiables y se pueden usar para conectar dispositivos Ethernet estándar, como computadoras portátiles, a la red. Se puede acceder a todos los protocolos Ethernet e IP de los dispositivos Sercos sin interferir con el protocolo en tiempo real y sin requerir que se active la operación en tiempo real.
Pila Sercos III
Toda la funcionalidad requerida para configurar una interfaz Sercos III está contenida en una pila que está disponible en versiones “duras” y “blandas”. La versión dura se usa ampliamente para aplicaciones integradas (como unidades, módulos de E / S y control de movimiento basado en microcontroladores), donde:
- Es importante que la sobrecarga de administrar los nodos Sercos III no recaiga sobre el procesador del dispositivo.
- Se requiere jitter de nanosegundos.
La pila de hardware está disponible en varias formas diferentes. [3] Estos incluyen actualmente:
- Un flujo de bits para FPGA Xilinx para maestro y esclavo
- Un flujo de bits para FPGA de Altera para maestro y esclavo
- Un flujo de bits para FPGA Lattice Semiconductor para maestro y esclavo
- Una lista neta de FPGA Xilinx para maestro y esclavo
- Una lista de red para FPGA Altera para maestro y esclavo
- Una lista de red para FPGA de celosía para maestro y esclavo
- El chip controlador de red múltiple " netX " de Hilscher, GmbH para maestro y esclavo
- El módulo Anybus CC de HMS Industrial Networks para esclavo
- Los microprocesadores Sitara ™ AM335x de Texas Instruments para maestro y esclavo.
- El chip conmutador REM FIDO 5000 de Innovasic, Inc. para esclavo.
- Los microprocesadores RZ / N1 de Renesas Electronics para esclavo.
La fluctuación máxima permitida con maestros y esclavos basados en hard-stack es inferior a 1 µs. El uso de las pilas anteriores produce una fluctuación similar a Sercos II (35-70 nanosegundos).
Sercos III también admite un sistema operativo y una plataforma de hardware independiente "Soft Master", utilizando una pila completamente basada en software para la interfaz maestra. [4] Dado que el jitter máximo en tal configuración depende del sistema operativo del Master, el jitter máximo puede ser establecido por una variable para la red Sercos III cuando se emplea un Soft Master. Se puede utilizar un controlador Ethernet estándar para aplicaciones con topología de línea, tiempos de ciclo de bus superiores a 500 us y sincronización de rango de microsegundos. Las aplicaciones con mayores requisitos de sincronización y menores tiempos de ciclo de bus se pueden implementar utilizando un controlador Ethernet compatible con TTS con un sistema operativo en tiempo real adecuado.
Para esclavos básicos, como dispositivos de E / S, EasySlave-IO, está disponible una variante de flujo de bits sin licencia de EasySlave .
Está disponible un producto que utiliza una placa Arduino como plataforma de prototipo rápido para una aplicación, más un escudo correspondiente (módulo adicional) con un FPGA Sercos EasySlave, además de otros componentes periféricos.
Consistencia de los datos
Un término generalmente asociado con la empresa de TI, la coherencia de los datos también se puede aplicar al control en tiempo real (consulte, por ejemplo, comunicación entre pares ). Por esta razón, Sercos III especifica que no se sobrescriban (destruyan) datos durante una transmisión. Cada esclavo de una red puede acceder a los datos de entrada y salida de todos los demás esclavos de la red.
Direccionamiento
Los dispositivos deben admitir el direccionamiento MAC de Ethernet, más el direccionamiento Sercos III. Otros esquemas de direccionamiento son opcionales.
- Dirección Sercos III
- Cada dispositivo Sercos III contiene una dirección numérica utilizada por otros dispositivos en la red Sercos III para intercambiar datos. La dirección puede ser cualquier número entero de 1 a 511.
- dirección IP
- Sercos III no utiliza una dirección IP para su propio funcionamiento. El hecho de que un dispositivo contenga una dirección IP o no depende de su compatibilidad con otras especificaciones, ya sea independientes (exclusivas) de la operación de Sercos III o mediante la parte del ciclo del canal UC (comunicación unificada) .
Topologias de red
La especificación Sercos III define dos posibles topologías de red ; Anillo y línea. Para aquellos familiarizados con otras redes, ambas pueden parecer configuradas como un anillo. Todos los telegramas comienzan y terminan en el maestro. La función Full Duplex de la capa física se utiliza para lograr esto.
Topología de línea
- Una topología de línea es la más simple de las dos configuraciones posibles y no proporciona redundancia. Sin embargo, esta configuración ahorra el costo de un cable. En él, solo se utiliza una de las dos interfaces del maestro. Los telegramas se emiten desde el PMA de transmisión en el puerto activo del Maestro. Cualquiera de los puertos del maestro puede ser el activo. Sercos III determina esto durante la fase de subida (inicialización).
El primer esclavo recibe los telegramas en el PMA de recepción de la interfaz conectada, los modifica según sea necesario y los emite en el PMA de transmisión de la segunda interfaz. Cada esclavo en cascada hace lo mismo hasta que se alcanza el último esclavo de la línea. Ese esclavo, al no detectar ninguna conexión Sercos III en su segundo puerto, vuelve a doblar el telegrama en el puerto de transmisión de la interfaz receptora. El telegrama luego se abre paso a través de cada esclavo de regreso al maestro. Tenga en cuenta que el último esclavo también emite todos los telegramas Sercos III en su segundo puerto, aunque no se detecta ninguna conexión Sercos III. Esto es para espiar, cierres de anillo (ver más abajo) y conexión en caliente .
Tenga en cuenta que dado que el campo de destino de Ethernet en todos los telegramas de Sercos III es la dirección de transmisión de 0xFFFF FFFF FFFF (todos unos), todos los telegramas emitidos desde este puerto abierto serán vistos por otros dispositivos como telegramas de transmisión. Este comportamiento es por diseño y no se puede deshabilitar. Para evitar gravar las redes conectadas a un puerto Sercos abierto, se puede usar un IP-Switch , o alternativamente se puede usar un switch Ethernet administrado programado para bloquear los telegramas de difusión recibidos desde el puerto Sercos. A partir de la versión 1.3.1 de la especificación Sercos III, se admite la conexión de dispositivos Ethernet industriales cuando los dispositivos funcionan con un tiempo de ciclo de 20 ms en la fase de comunicación 0 (CP 0).
Topología de anillo
- Una topología en anillo simplemente cierra la red conectando el puerto no utilizado en el último dispositivo en un anillo al puerto no utilizado en el Master. Cuando el Sercos III Master detecta que existe un anillo, configura dos telegramas de contrarrotación. Los mismos datos se emiten simultáneamente desde los PMA de transmisión de ambos puertos en el maestro. Desde allí, ambos telegramas se gestionan esencialmente de forma idéntica a medida que avanzan a través de cada esclavo, y terminan en el puerto opuesto del maestro desde el que se emitieron. Las ventajas de esta topología incluyen una sincronización más estricta, así como una redundancia automática de la infraestructura (ver más abajo).
Otras topologías de red
- Tanto con la estructura de línea como de anillo, Sercos III opera en un enfoque "circular". Todos los telegramas salen del maestro y regresan allí. Al igual que con cualquier red que opera de esta manera, las estructuras modificadas se pueden construir para que aparezcan como una red en árbol o en estrella, utilizando hardware que administra las ramas, pero la estructura sigue siendo de naturaleza circular.
Hardware de infraestructura
Sercos III está diseñado de tal manera que no se requiere ninguna infraestructura de red adicional ( conmutadores Ethernet estándar , concentradores , etc.) para funcionar. De hecho, no se pueden colocar componentes Ethernet estándar adicionales (que no sean compatibles con Sercos III) dentro de una red Sercos III, ya que su presencia afectará negativamente el tiempo y la sincronización de la red.
Para garantizar la sincronización en redes extendidas que utilizan convertidores de medios, se requiere conmutación por corte . Si se debe lograr la redundancia de anillo, es necesario el reenvío de pérdida de enlace con tiempos de reacción adecuados.
Integración de bus de campo
Hay una variedad de productos disponibles que permiten la conexión de buses de campo (Profibus y CAN) o buses de sensores / actuadores (AS-i, SSI, IO-Link) a una red Sercos. Hay pasarelas disponibles para integrar ejes analógicos. Las puertas de enlace se incorporan en los dispositivos Sercos (por ejemplo, E / S modulares) o se conectan como componentes separados en la red.
Características
Además de las características de la interfaz Sercos, Sercos III también proporciona: [5]
- Sercos es una tecnología independiente del fabricante. La organización de usuarios de Sercos International eV y sus miembros poseen todos los derechos sobre esta tecnología, lo que significa protección de la inversión.
- Sercos es un estándar internacional abierto según IEC 61491 para un bus Fast Ethernet dúplex completo de 100 Mbit / s (y, por lo tanto, parte de IEC 61784, IEC 61158, IEC 61800-7).
- Conexión en red rentable y sencilla al prescindir de conmutadores y concentradores.
- Se encuentran disponibles Sercos Hard- y Soft-Master (licencia de código abierto).
- Con Sercos Hard Master, la carga de la CPU es extremadamente reducida en comparación con otros sistemas de bus.
- Comportamiento de Sercos Real Time hasta 31,25 µseg (Real Time Class 3, IEC 61784-2) con un telegrama de cuadro de suma y la máxima precisión de sincronización << 1 µs.
- Junto con EtherCAT, Sercos es la tecnología Ethernet industrial de 100Mps más rápida.
- Cualquier bus Ethernet (por ejemplo, EtherCAT, EtherNet / IP, Modbus / TCP, Profinet, etc.) y protocolo Ethernet (TCP / IP, FTP, UDP, OPC / UA, servidor web, etc.) puede funcionar en paralelo al Canal Sercos en tiempo real (sin tunelización).
- Integración perfecta de buses de campo clásicos, como CANopen M / S, Profibus M / S, DeviceNet M / S, ASi-Interface, IO-Link, Serial, 3964R, etc.
- Sercos es una red compatible con Ethernet TSN.
- La tecnología Sercos ofrece topologías de red flexibles, como anillo, árbol por anillo, línea, árbol por línea y doble línea.
- La redundancia con topología en anillo, sin hardware adicional, no es un problema para Sercos. Las roturas de cable en una configuración de anillo se reconocen dentro de los 25 μs.
- Cableado sencillo: Detección automática de cables rectos o cruzados y Sercos Port 1/2 se puede intercambiar sin problemas.
- La conexión en caliente de los esclavos Sercos aumenta significativamente la disponibilidad de la máquina.
- La comunicación cruzada directa en tiempo real entre esclavos garantiza un tiempo de reacción mínimo.
- La comunicación cruzada maestro a maestro en tiempo real permite la sincronización de varias redes Sercos III.
- El tiempo de reacción de seguridad SIL3 más rápido con enfoque de canal negro para CIP Safety y ASi Safety.
- Perfiles de Sercos estables: Drive, IO, Energy, Encoder, Safe Motion y Power supply.
- Completas funciones de diagnóstico para una fácil resolución de problemas, p. Ej., La conexión directa a la red Sercos para PC de servicio.
- Análisis detallado de las redes Sercos con el Monitor Sercos III (Freeware para Windows y Linux).
Capa de aplicación (perfiles)
La especificación Sercos III define una amplia gama de variables desarrolladas por un consorcio de proveedores de productos para proporcionar interoperabilidad entre componentes (controles de movimiento, accionamientos, etc.). Todo el tráfico a través de una red Sercos III consta de Idents (parámetros) con atributos. Los identificadores definen más de 700 parámetros estandarizados que describen la interacción entre sistemas de control eléctricos, neumáticos e hidráulicos, accionamientos y otros dispositivos periféricos que utilizan semántica universal. Este método se definió por primera vez en Sercos I, como un conjunto esencialmente plano de idents. Posteriormente, se agruparon en conjuntos de aplicaciones para ayudar en la selección de los identificadores pertinentes necesarios para una industria determinada, como el "Perfil de paquete" para su uso con maquinaria de embalaje. Durante el desarrollo de la especificación Sercos III, esta metodología se perfeccionó aún más para agrupar los identificadores lógicamente por clase de dispositivo. La definición de los idents heredados se ha mantenido prácticamente intacta; más bien, su agrupación ha sido reevaluada para una arquitectura más comprensible. Esto también ha permitido la separación de los identificadores de comunicación en un subconjunto lógico, simplificando la migración de Sercos I / II a Sercos III y brindando una visión general clara a los usuarios.
Redundancia
Cuando se emplea una red en anillo, Sercos III proporciona redundancia automática de la infraestructura. Si cualquier punto de interconexión en el anillo deja de funcionar, los nodos de Sercos III asociados detectarán una “rotura de anillo” y “volverán en bucle” los nodos finales, operando efectivamente como dos líneas en lugar de un anillo.
La operación es “sin golpes”, ya que el tiempo de detección y recuperación para tal ruptura es menor de 25 µs, que es menor que el tiempo de ciclo mínimo de Sercos III. Sercos III también puede recuperarse de roturas de anillo y "curar" sin interrumpir el funcionamiento. Dado que los telegramas de Sercos III continúan siendo emitidos por transmisores PMA en puertos no conectados, y los PMA de recepción en puertos no conectados continúan monitoreando los datos entrantes, cuando un puerto Sercos III reconoce que un anillo se ha vuelto a cerrar físicamente, reactivará el telegramas contrarrotantes para cerrar funcionalmente los anillos nuevamente. Esta operación también es sin golpes.
Comunicaciones entre pares
Para garantizar el determinismo requerido, la mayoría de los estándares de Ethernet en tiempo real imponen un método de comunicaciones solo de maestro a esclavo. Esto puede entrar en conflicto con la necesidad de que un nodo en el sistema intercambie datos de manera eficiente con un nodo que no sea el maestro de la red. El método convencional para lograr esto en una red maestro-esclavo es pasar datos de un nodo esclavo al maestro, donde se vuelven a emitir a uno o más esclavos diferentes. Por ejemplo, si se van a sincronizar varios servoaccionamientos de una red con una señal de otro convertidor de la red, el maestro debe recuperar la señal de este convertidor y volver a emitirla a todos los demás convertidores de la red. Las desventajas de este método son que se inducen retrasos debido a los múltiples ciclos requeridos, y se aumenta la carga de procesamiento del maestro ya que debe participar activamente en la función, aunque no aporta nada. Dado que no se destruyen datos en un telegrama Sercos III, otro nodo de la red puede acceder a los datos desde y hacia cualquier esclavo sin ningún retraso de ciclo adicional o intervención del maestro. Además, como los telegramas pasan por cada nodo dos veces en un ciclo (para ambos tipos de topología), un nodo puede incluso tener la oportunidad de acceder a los datos proporcionados por un nodo posterior. En la especificación Sercos III se definen dos métodos de comunicación entre pares: controlador a controlador (C2C) para que varios maestros se comuniquen entre sí, y comunicación cruzada (CC) para varios esclavos.
Conexión en caliente
Otra característica de Sercos III es la conexión en caliente, que es la capacidad de agregar dispositivos a una red activa. Usando las funciones descritas para la redundancia, una red puede detectar cuando un nuevo dispositivo está conectado a una red activa. Existen procesos que configuran el nuevo dispositivo y anuncian su disponibilidad al control maestro. Después de eso, el control maestro puede seleccionar hacer uso del nuevo dispositivo según la aplicación que se esté ejecutando actualmente.
Sobremuestreo y sellado de tiempo
El sobremuestreo permite que se transmita más de un valor nominal / real por ciclo, lo que aumenta la naturaleza delicada del control del proceso en aplicaciones extremadamente críticas, como las aplicaciones láser.
La marca de tiempo transmite resultados controlados por eventos, como datos medidos específicos, y conmuta las salidas independientemente del ciclo. Esto aumenta la estabilidad del proceso en soluciones de procesamiento complejas, como las de la industria de los semiconductores.
Canal de comunicación unificada (UC)
El tiempo entre el final de la transmisión de todos los telegramas cíclicos en tiempo real (RT) de Sercos III y el comienzo del siguiente ciclo de comunicación se define como el “Canal de comunicación unificado Sercos III” (Canal UC). Durante este período de tiempo, la red Sercos se abre para permitir la transmisión de tramas compatibles con Ethernet para otros servicios y protocolos. Por ejemplo:
- Los servidores web pueden integrarse en dispositivos compatibles con Sercos III para responder a los mensajes estándar del Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) recibidos a través del canal UC.
- Las tramas de otros estándares de Fieldbus que se ajustan al formato de tramas de Ethernet se pueden transmitir a través de una red Sercos III.
Cada nodo compatible con Sercos III debe admitir el paso de tramas UC a través de su interfaz Sercos III. Si un nodo Sercos III hace uso activo de la función UC está determinado por el conjunto de funciones del producto. Si, por ejemplo, el dispositivo tiene un servidor web integrado, podría poner a disposición su dirección IP para el acceso de otros dispositivos.
Una red Sercos III siempre pasará tramas UC, incluso cuando no se haya inicializado la operación cíclica. Esto significa que los dispositivos siempre tienen acceso a la red para recibir mensajes de UC, siempre que los puertos estén alimentados.
Sercos III no define si un puerto debe operar en corte a través de la conmutación o store-and-forward modo cuando el manejo de los marcos de la UC. Actualmente, existen productos Sercos III en el mercado que admiten ambos modos. Asimismo, Sercos III no define si un puerto debe procesar de manera inteligente los telegramas UC, como aprender la topología de la red.
El tiempo asignado para el tráfico de UC lo dicta la cantidad de datos transmitidos durante la parte del ciclo en tiempo real. En las aplicaciones del mundo real, hay una cantidad significativa de ancho de banda disponible para las tramas UC. Por ejemplo, en una aplicación típica con 8 ejes de movimiento y una velocidad de ciclo de 250 µs, el equivalente a 85 Mbit / s está disponible para uso de UC. Esta cantidad de tiempo significa que las tramas UC en este ejemplo pueden ser tan largas como el máximo definido para Ethernet ( Unidad de transmisión máxima [MTU] = 1500). Utilizando el mismo ejemplo de 8 ejes, pero con un tiempo de ciclo de 62,5 µs, el ancho de banda efectivo disponible para las tramas UC sería de 40 Mbit / s, y la MTU se reduciría a 325. Como con cualquier red donde el tiempo en el bus es compartidos, los valores MTU deben configurarse para garantizar una comunicación confiable. Las redes Sercos configuradas correctamente establecerán el parámetro de Sercos “MTU solicitada” (S-0-1027.0.1) en el valor de MTU recomendado, que luego otros dispositivos pueden leer para que coincida con sus configuraciones de MTU. Independientemente del valor de este parámetro, un nodo Sercos permitirá que el tráfico que no sea Sercos pase durante todo el período de tiempo del canal UC (es decir, los telegramas más largos que la configuración de MTU no son descartados por la pila Sercos). El parámetro de Sercos S-0-1027.0.1 está configurado por defecto en 576, el valor mínimo indicado en RFC 791.
Acceso UCC
Las tramas UC solo pueden ingresar a una red Sercos III a través de un puerto compatible con Sercos III. Esto se puede lograr de dos formas diferentes. Una es emplear el puerto Sercos III no utilizado al final de una red Sercos III configurada en topología de línea, como se muestra a la derecha.
En una red configurada en topología de anillo, el anillo se puede romper temporalmente en cualquier punto para conectar también un dispositivo. Dado que la función de redundancia de Sercos III reconfigurará la red sin interrupciones (respondiendo en menos de un ciclo), no se producirá ninguna interrupción en la transmisión de la red. El anillo se puede volver a cerrar después de que el acceso ya no sea necesario.
Si se desea acceso en medio de una topología de línea (donde no hay puertos libres disponibles), o no es deseable romper una topología de anillo durante períodos de tiempo prolongados, la especificación Sercos III permite un dispositivo llamado "IP-Switch" que se puede utilizar para proporcionar acceso al canal UC en cualquier lugar de la red. Los conmutadores IP suministran dos puertos compatibles con Sercos III y uno o más puertos para acceso UCC.
Los conmutadores UCC disponibles comercialmente bloquean la transmisión de telegramas de difusión Sercos III desde sus puertos que no son Sercos III, para evitar la inundación de redes que no son Sercos III con datos cíclicos Sercos III.
Protocolo de red común
Sercos III está diseñado para que EtherNet / IP. Los dispositivos TC / IP y Sercos pueden funcionar a través del mismo cable Ethernet. Los telegramas Sercos de alta eficiencia utilizan solo una parte del ancho de banda existente, lo que permite que los telegramas que no son Sercos se transmitan a través del canal UC.
Se requieren un maestro Sercos y un escáner EtherNet / IP para implementar una infraestructura de red común. Se pueden combinar en un maestro de doble pila.
Cuando la redundancia no es necesaria, los dispositivos se conectan en una topología de línea, donde el último dispositivo Sercos en la línea transmite y recibe telegramas que no son de Sercos a través de su puerto libre. Un puerto libre no está disponible cuando la red está configurada en una topología de anillo para la comunicación de datos redundantes. En tal configuración, se requiere un conmutador IP para permitir la entrada al anillo de paquetes que no son de Sercos.
Soporte de seguridad funcional
"Seguridad funcional" es un término general que se refiere al diseño de un sistema que reduce el riesgo de que un evento peligroso dañino para los seres humanos pueda ocurrir con un sistema. La definición principal está contenida en la norma internacional IEC 61508 . La mayoría de las redes industriales contienen algún tipo de características para cumplir con los requisitos de seguridad funcional. En lugar de definir una especificación única para esta seguridad funcional, Sercos III Safety se basa en el protocolo CIP Safety desarrollado por la Open DeviceNet Vendors Association (ODVA). [6] Esto proporciona interoperabilidad a nivel de seguridad con todas las redes basadas en el Protocolo común de la industria (CIP), incluidas DeviceNet y EtherNet / IP.
CIP Safety en Sercos proporciona una transmisión segura de datos a través de Sercos III hasta SIL 3 ( nivel de integridad de seguridad ). No se requiere bus de seguridad adicional, ya que la información de seguridad se envía además de los datos estándar en la red Sercos.
Con CIP Safety en Sercos, los datos se envían en el mismo medio utilizando las mismas conexiones que la comunicación estándar. La función del protocolo cross-media CIP Safety la realizan las unidades terminales, lo que permite operar simultáneamente dispositivos estándar y de seguridad en la misma red. La comunicación confiable puede tener lugar entre todos los niveles de la red, incluida la comunicación entre pares y la comunicación entre redes. El maestro no tiene que ser necesariamente un controlador de seguridad. También puede enrutar datos sin poder interpretarlos. Esto hace posible configurar la arquitectura de la red de seguridad para la implementación de controladores programables de seguridad o la comunicación de igual a igual entre sensores y actuadores.
Perfil de E / S de Sercos
El perfil de E / S de Sercos es un perfil de dispositivo para módulos de E / S descentralizados, que se puede utilizar para E / S en bloque y modulares. También admite dispositivos híbridos que combinan varias funcionalidades en un solo dispositivo, por ejemplo, controlador de dos ejes con E / S y funcionalidad maestra.
Se especifica un dispositivo basado en XML y un lenguaje de descripción de perfil para la configuración del dispositivo de E / S. SDDML (Sercos Device Description Markup Language) describe qué perfiles son compatibles con un determinado dispositivo. SPDML (Sercos Profile Description Markup Language) se utiliza para especificar los diferentes perfiles en base al modelo de parámetros de Sercos. Se pueden utilizar los parámetros estándar existentes y también se pueden definir parámetros específicos del fabricante.
Perfil energético de Sercos
Sercos Energy es un perfil de capa de aplicación que define parámetros y comandos para la reducción del consumo de energía de manera uniforme e independiente del proveedor.
Sercos Energy reduce el consumo de energía en tres áreas:
- 1. Se reduce la carga permanente en el motor / máquina detenidos;
- 2. El consumo de energía en función del proceso se ajusta dinámicamente considerando los tiempos / fechas de finalización objetivo para lograr una carga parcial más eficiente; y
- 3. Se ahorra energía durante el procesamiento apagando componentes que no son necesarios en un momento o punto particular del proceso (operación parcial de la máquina).
En funcionamiento, el control lee los parámetros de cada componente de Sercos Energy a través de la red Sercos III, recibiendo información de estado y valores de consumo detallados. Dependiendo de la situación (por ejemplo, pausas programadas o no programadas, componentes de la máquina que no se necesitan en el proceso de producción actual), el control puede emitir comandos estandarizados para cambiar los componentes conectados (variadores, E / S, sensores) en condiciones de ahorro de energía, arriba para completar el apagado, reduciendo su consumo de energía.
El perfil considera las condiciones de ahorro de energía para descansos predecibles como los períodos de almuerzo y las vacaciones de la planta. En momentos predefinidos, los componentes de Sercos Energy se detienen para ahorrar energía. Poco antes del final de la interrupción, Sercos Energy prevé la reinicialización de los componentes en estado de espera para que estén disponibles nuevamente.
Sercos Energy proporciona mecanismos para roturas involuntarias causadas por errores de la máquina y piezas faltantes. En estas situaciones, los componentes de destino se pueden poner con cuidado en modos de ahorro de energía mientras se corrigen los errores o durante la espera de nuevas piezas.
Mediante el uso de controles inteligentes, los ejes y componentes que no son necesarios en los procesos de producción en curso se pueden apagar y / o se pueden ajustar los tiempos de finalización objetivo, sin dejar de alcanzar la máxima productividad.
Perfil del codificador Sercos
El perfil de codificador específico de la función garantiza que los codificadores de diferentes fabricantes se puedan utilizar en aplicaciones Sercos sin problemas de compatibilidad. Se definen las funciones de codificador admitidas y se especifica su uso con otros dispositivos, por ejemplo, controles. Se admiten tanto codificadores independientes como dispositivos híbridos con codificadores.
Sercos y OPC UA
La Fundación OPC y Sercos International desarrollaron una especificación complementaria OPC UA [7] que describe el mapeo de Sercos a OPC UA. Esto hace que las funciones y parámetros de los dispositivos Sercos III estén disponibles para OPC UA, independientemente de cualquier proveedor. Esto simplifica la comunicación entre los dispositivos de automatización de la máquina y los sistemas de supervisión de nivel superior.
Las capacidades multiprotocolo de Sercos III permiten varias opciones de implementación. La funcionalidad del servidor OPC UA se puede implementar en un control de máquina o directamente en un dispositivo de campo Sercos, como un convertidor, sensor o módulo de E / S. También se puede integrar un cliente OPC en un controlador Sercos.
Un cliente OPC y un servidor OPC UA pueden comunicarse entre sí incluso cuando la comunicación en tiempo real de Sercos no está activa, porque el proceso de transmisión de Sercos no requiere tunelización.
Sercos y IO-Link
I / O Link es una interfaz digital para la conexión de sensores y actuadores a buses de automatización de nivel superior, como Sercos III. Un maestro IO-Link puede ser un esclavo independiente o parte de un dispositivo esclavo modular. Se encuentra disponible una guía de mapeo IO-Link-to-Sercos [8] para ayudar a los fabricantes a integrar IO-Link en una red Sercos III. Está disponible una placa de desarrollo IO-Link con un maestro IO-Link y una interfaz esclava Sercos III.
Soporte de Sercos para AS-i
AS-i ( Actuator Sensor Interface ) es una interfaz de red para la conexión de dispositivos de campo simples como actuadores y sensores a buses de nivel superior, como Sercos III. Se encuentran disponibles varias pasarelas AS-i / Sercos para la conexión de dispositivos AS-i a una red Sercos III.
TSN (redes sensibles al tiempo)
Ethernet estándar no es determinista, por lo que no es adecuado para comunicaciones duras en tiempo real. Para abordar ese problema, el grupo de tareas de redes sensibles al tiempo del grupo de trabajo IEEE 802.1 está desarrollando un conjunto de estándares que definen mecanismos para la transmisión de datos en tiempo real a través de redes Ethernet.
Un grupo de trabajo de Sercos ha determinado que Sercos es compatible con TSN. Se desarrolló un demostrador Sercos TSN para ilustrar la red Sercos con capacidad multiprotocolo en tiempo real basada en TSN. [9]
Apoyo
Software de controlador
El software del controlador se utiliza para conectar un controlador a la lógica del dispositivo. Varios controladores básicos de Sercos están disponibles como software de código abierto en sourceforge.net. [10] Estos incluyen una biblioteca de API maestra de Sercos común, el software de servicios de protocolo de Internet de Sercos y un controlador de red Ethernet de Sercos UCC.
Un Sercos SoftMaster de código abierto también está disponible en sourceforge.net. Emula las funciones de Sercos, por lo que se puede utilizar un controlador Ethernet estándar en lugar de hardware FPGA o ASIC.
Se encuentra disponible un software de protocolo CIP Safety on Sercos precertificado para equipar los dispositivos Sercos y EtherNet / IP con la lógica segura adecuada hasta SIL3.
Certificación
Las pruebas de conformidad verifican que tanto los controles como los dispositivos periféricos cumplen con los estándares de Sercos y pueden operar de manera interoperable en redes con productos de múltiples proveedores. Se puede utilizar una herramienta de prueba, The Sercos Conformizer, para someter un dispositivo a una prueba previa antes del procedimiento de conformidad formal.
Grupos de usuarios de Sercos
Sercos International eV, un grupo de usuarios de Sercos con sede en Alemania, desarrolló y respalda a Sercos como un estándar IEC abierto, independiente de cualquier empresa individual. Cualquier empresa puede desarrollar y utilizar Sercos. Sercos también tiene grupos de usuarios en América del Norte y Asia. [11]
La pertenencia a un grupo de usuarios de Sercos es voluntaria. Los expertos de empresas miembros y no miembros contribuyen activamente al desarrollo y soporte de Sercos a través de grupos de trabajo de ingeniería, teniendo en cuenta las tendencias del mercado y los aportes de los proveedores de Sercos con respecto a las aplicaciones prácticas de campo.
Sercos International es un socio reconocido de la Comisión Electrotécnica Industrial (IEC) y contribuye activamente a las normas IEC para la automatización de máquinas.
Ver también
- Interfaz SERCOS
Referencias
- ^ "SERCOS III en tiempo real" . Consultado el 29 de febrero de 2012 .
- ^ "Productos SERCOS III presentados en el SPS / IPC / DRIVES" . Consultado el 26 de julio de 2009 .
- ^ "Módulos de controlador y comunicaciones" . Consultado el 16 de diciembre de 2016 .
- ^ "Noticias SERCOS 02/2015" (PDF) . Consultado el 17 de diciembre de 2016 .
- ^ Zurawski, Richard (26 de agosto de 2014). Manual de tecnología de la comunicación industrial - 13: Sercos Automation Bus . ISBN 9781482207323. Consultado el 8 de septiembre de 2014 .
- ^ "Seguridad CIP en Sercos" . Consultado el 17 de diciembre de 2016 .
- ^ https://opcfoundation.org/markets-collaboration/sercos-international/
- ^ https://www.automation.com/library/resources/io-link-mapping-guide-for-serocs-released
- ^ https://www.automation.com/en-us/articles/2017/sercos-to-present-sercos-tsn-demonstrator-at-hanno
- ^ "4 programas para Sercos" . Consultado el 17 de diciembre de 2016 .
- ^ https://www.sercos.org/organization/
enlaces externos
- Sercos International eV
- Sercos Norteamérica
- Sercos Japón