Sercos zählt zu den leistungsfähigsten, Ethernet-basierenden Echtzeit-Kommunikationssystemen am Markt und erfüllt mit seiner Charakteristik selbst anspruchsvollste Anforderungen in der Fabrikautomatisierung. Die seit mehr als 20 Jahren eingesetzte und millionenfach bewährte Echtzeittechnologie, die universellen Einsatzmöglichkeiten und die Investitionssicherheit machen das Ethernet-System zur ersten Wahl im Maschinen- und Anlagenbau.
Peter Lutz ist Geschäftsführer von Sercos International e.V.
In der dritten Generation von Sercos wurde die bewährte Technologie mit dem Übertragungsverfahren von Fast Ethernet kombiniert. Übernommen wurde dabei das effiziente Sercos-Echtzeitprotokoll, das hardware-basierte Synchronisierungsverfahren sowie das Sercos-Antriebsprofil, das sich während der 90er Jahre zum Defacto-Standard für die standardisierte, digitale Antriebskommunikation etablieren konnte.
Neben einer Steigerung der Übertragungsgeschwindigkeit von 16 auf 100 Mbit/s schuf die Verwendung von Fast Ethernet auch die Basis für eine Vielzahl neuer Kommunikationsfunktionen: Die ringbasierte, unidirektionale Kommunikation von Sercos II wurde durch eine bidirektionale Kommunikation auf der Basis des Voll-Duplex-Verfahrens von Ethernet ersetzt. Damit konnten innovative und zukunftsweisende Kommunikationsfunktionen (wie Ringredundanz, Hot-Plugging, direkter Querverkehr und Steuerungsvernetzung) realisiert werden. Gleichzeitig ist es möglich, mit Sercos III flexible, auf die Bedürfnisse des Maschinen- und Anlagenbauers zugeschnittene Netzwerktopologien zu realisieren.
Auch den wachsenden Anforderungen an die Sicherheitstechnik wurde man bei Sercos III gerecht. Durch Nutzung des Sicherheitsprotokolls CIP Safety on Sercos können auch sicherheitsrelevante Daten über die vorhandene Netzwerkinfrastruktur übertragen und so Sicherheitsanwendungen bis SIL-3 nach IEC61508:2010 realisiert werden.
Der universellen Nutzung wurde auch bei den Geräteprofilen Rechnung getragen. Das Sercos-Antriebsprofil wurde mit neuen Funktionen für weitere Aktorphysiken und Antriebsarten erweitert (u.a. hydraulische und pneumatische Antriebe, Frequenzumrichter). Zudem wurden weitere Geräteprofile u.a. für E/A-Baugruppen und Encoder sowie ein Energieprofil für ein situationsbezogenes Energiemanagement definiert.
Der hohe Standardisierungsgrad und die garantierte Rückwärtskompatibilität ermöglicht die problemlose Kombination von Geräten verschiedener Hersteller im Sinne von Plug & Play. Durch die funktional orientierte Klassifikation der Geräte in Kombination mit einer einheitlichen und durchgängigen Semantik vereinfacht Sercos das gesamte Engineering und die Diagnose für verschiedenartige Geräte. Inbetriebnehmer und Programmierer können die Automatisierung vorab offline simulieren und damit die Time to Market ver- kürzen.
Breites Anwendungs-, Hersteller- und Produktspektrum
Aktuell arbeiten vor allem Konstrukteure für Roboter, für Maschinen rund um die Halbleiterfertigung, für Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen, für Werkzeugmaschinen und für komplexe Sonderanwendungen an neuen Konzepten mit Sercos III als Universalbus der Wahl. Neben der erwiesenen Langlebigkeit und damit verbundener Investitionssicherheit eröffnen neue Funktionalitäten und ein erweitertes Gerätespektrum den Freiheitsgrad für innovative Konzepte. Zurzeit unterstützen mehr als 125 Unternehmen weltweit Sercos III mit Systemlösungen, Steuerungen, Antrieben verschiedener Technologien, Peripheriegeräten (wie Encoder, Kamerasysteme). Darüber hinaus gibt es eine kontinuierlich wachsende Anzahl an Dienstleistern, die Sercos-III-konforme Hardware- und Softwarekomponenten, sowie Engineering- und Diagnosewerkzeuge anbieten. Auch die Anbindung von Subbussen, wie AS-interface oder IO-Link sowie die Integration von Feldbussen oder anderen Echtzeit-Ethernet-Lösungen ist über entsprechende Switch- oder Gateway-Lösungen möglich.
Zur Implementierung von Sercos-III-Geräten steht eine große Bandbreite von verschiedenen Kommunikations-Controllern zur Verfügung. Neben FPGA-Bausteinen sind auch ASICs und Mikroprozessoren mit integrierter Sercos-Funktionalität verfügbar. Masterseitig können neben hardware-basierten Master-Implementierungen auch Soft-Master eingesetzt werden, die auf Standard-Ethernet-Controllern basieren. Die IP-Cores werden kontinuierlich für die neuesten FPGA-Bausteine qualifiziert, sodass Anwender vom kontinuierlichen Fortschritt in der Halbleiterindustrie profitieren: steigende Rechenleistung bei sinkenden Kosten und geringerer Leistungsaufnahme.
Zur Einbindung des CIP-Safety-Protokolls steht eine einheitliche Protokollsoftware für die unterschiedlichen Sercos-Master- und -Slave-Geräte zur Verfügung. Diese in enger Zusammenarbeit mit einem Firmenkonsortium entstandene und vom TÜV Rheinland abgenommene Protokollsoftware ist ein vorzertifizierter Baustein zur Realisierung sicherer Originator- und Target-Geräte auf Basis der CIP-Safety-Technologie. Damit lassen sich eigene Produkte schnell und einfach nicht nur für Sercos III sondern auch für Ethernet/IP und Devicenet realisieren.
Maschineninitiative zur Reduzierung der Schnittstellenvielfalt
Neue Wege beschreitet Sercos mit der multiprotokollfähigen Netzwerkinfrastruktur für Sercos, Ethernet/IP und TCP/IP. Denn im Vordergrund dieses Lösungsansatzes steht nicht die Erweiterung der Technologie per se, sondern die Nutzung einer gemeinsamen Netzwerkinfrastruktur für koexistierende industrielle Kommunikationsprotokolle. Da die erforderliche Infrastruktur für Ethernet/IP und Sercos III die Physik und den Data-Link-Layer von Ethernet umfasst, können Sercos-Telegramme, CIP-Nachrichten und TCP/IP-Telegramme in einem Netzwerk koexistieren, ohne dass dafür eine zusätzliche Verkabelung benötigt wird. Um die zyklische und getaktete Kommunikation von Sercos III intakt zu halten, werden die CIP-Nachrichten und TCP/IP-Telegramme im Unified Communication Channel (UCC) übertragen, der ein integrierter Bestandteil des Sercos-Übertragungsverfahrens ist. Diese einheitliche Netzwerk-Infrastruktur ermöglicht es Maschinenbauern und Anwendern, die Kosten und Komplexität für die Integration von Maschinen zu reduzieren. Gleichzeitig können die bevorzugten Pro-duktanbieter und Automatisierungsgeräte beibehalten werden, ohne zusätzliche Verkabelung. Die gemischte Infrastruktur benötigt keinerlei Modifizierungen der bestehenden Sercos-III- und Ethernet/IP-Spezifikationen, da die entsprechenden Kommunikationsmechanismen bereits im Übertragungsverfahren integriert sind. Diese Multiprotokoll-Fähigkeit ist eine ideale Basis, um Sercos mit dem „Internet der Dinge“ zu kombinieren, ohne die Performance und die Echtzeitcharakteristik für anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben zu beeinträchtigen.
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