Formation Bus de Terrain _Partie 3_5 _SERCOS III

F-FR/W.Gomolka Réseaux et Bus de Terrain : P3 : Solutions Ethernet Industriel pour VT Festo 1

F-FR/W.Gomolka Réseaux et Bus de Terrain : P3 : Solutions Ethernet Industriel pour VT Festo

Sercos: Introduction

sercos = SEries Real-time COmmunication System

sercos a été développé pour la communication temps réel dans les systèmes du contrôle des mouvements et des machines outils

Il existait trois génération de sercos

sercos I (1991) et sercos II (1999) utilisaient les fibres optiques pour accueillir 254 stations et une vitesse de transmission 2/4/8/16 Mbps

C’était le système Maître/Esclaves avec une topologie en anneau

Déjà en 1991, sercos proposait le temps cycle allant de 62.5us à 65 ms

sercos III (2005) garde le même principe de fonctionnement, mais utilise Ethernet 100 Mbps comme le medium de transmission

sercos III = sercos II + Ethernet

sercos III propose aussi une extension du protocole pour supporter les E/S sur réseau et le profil CIP-Safety pour la transmission de données de sécurité

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sercos I&II = Drive Bussercos III = Automation Bus


Sercos I / II : la topologie

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• 1 Maître *

• 254 esclaves (max) *

• 2/4/8/16 Mbps

• Temps cycle min 62 µs

*Par anneauPlusieurs anneaux possibles


Sercos I / II : le principe de fonctionnement (un cycle)

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Le cycle est défini par la transmission de 3 trames:

•MST (Master Synchronisation Telegram) qui permet la synchronisation de tous les nœuds connectés• AT (Amplifier Telegram) qui contient la réponse de chaque drive avec ses propres données•MDT (Master Data Telegram) qui termine le cycle et qui contient les données pour chaque esclave

• Le cycle commence par l’émission de MST par le Maître

•Dans un temps déterminé après MST, le premier Esclave (drive) envoie ses données dans le message AT

• Ensuite, ces sont les autres Esclaves qui envoient ses messages AT dans l’ordre définie pendant l’initialisation.

• Après l’émission du dernier AT, le Maître envoie le message MDT avec les données pour chaque esclave.

• Les esclaves savent où se trouvent ses données dans MDT.

MST MDT

AT(1)AT(5)


Sercos : structures standardisées de données

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• L’interopérabilité entre les versions de sercos est assurée par la standardisation des structures de données

• Chaque données transmise est reconnue par son numéro d’identification (ID)

• Les ID de 1 à 32767 sont réservés par TWG of Sercos International pour les données et des fonctions associées décrite dans la spécification

• Les ID de 32768 à 65535 sont disponibles pour le constructeur/utilisateur pour les données spécifiques à l’équipement


Sercos III : la version Ethernet

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Communication RT/NRT Sercos III

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MDT AT UCCMDT AT UCC

Cycle Start Cycle Start Cycle Start

•Deux types de télégrammes dans un cycle :

-MDT : Master Data Telegram

-AT : Acknowledge Telegram

• Les deux sont envoyés par Master

•MDT contient information du Maître pour des Esclaves (lecture)

• AT est écrit par des Esclaves avec leurs données associées (feedback values, input states, etc.).

• Sercos III autorise max 4 MDT et max 4 AT dans un cycle

• La reste du temps cycle est exploitée pour UC Channel


*Par segment

Sercos III : les fonctionnalités basiques

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Les trames standard d’Ethernet

Fast Ethernet (100 Mbps; Full-Duplex)

Topologies Linéaires et Anneau(Line / Ring)

Le trafic RT cyclique

Optimisation coûts matériel Sans switches/hubs

Intégration du CPX !

• 1 Maître *




Sercos III : les topologies

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• 1 Maître *


• 100 Mbps


*Par segmentPlusieurs segments possibles


Sercos III ; les nouvelles fonctionnalités

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Redondance fonctionnelle

• La redondance est automatique dans la topologie anneau (ring)

• Si une interconnexion est cassée, les nœuds affectés détectent cette rupture (ring break) et appliquent la fonctionnalité « loop back » (les nœuds « terminaux »)

• Le temps de recouvrement ne dépasse pas 25 µs.

Hot plugging (connexion à chaud)

•Hot-plugging est une possibilité d’intégration d’un nœud dans un réseau actif.

• Le même mécanisme que pour la redondance, permet de détecter un nouveau nœud, le configurer, et annoncer sa disponibilité au Maître



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• CC – Slave Cross Communication(communication entre les Esclaves)

• Le temps entre une transmission de tous les télégrammes cycliques RT et le début du cycle suivant est nommé « UC Channel » •Dans cette laps du temps Sercos III est ouvert aux trames d’Ethernet Standard (TCP/IP) pour (p.ex.) - Les services de Web Servers- l’échange des données entre les esclaves (CC)

Mais •Les appareils non-sercos (p.ex. PC) doivent être raccordés avec un module spécifique (IP switch sercos) qui est cher. •Il faut passer à une topologie en ligne avec un PC connecté en bout de ligne sur le dernier port non utilisé.



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Controller-to-Controller Communication (C2C) and Cross Communication (CC)

• Les données contenues dans une télégramme, envoyées par un nœud, sont accessibles à chaque autre nœud du réseau Sercos III, sans cycle additionnel et sans intervention du Maître•Deux méthodes de communication sont proposées aussi par la spécification Sercos III

- Controller to Controller (C2C) entre les Maîtres- Cross Communication (CC), entre les Esclaves (* disponible aussi via UC Channel)


Sercos III : les télégrammes de sécurité : CIP Safety on Sercos

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Un seul réseau pour :• Communication des E/S• Communication des données de sécurité•Drive Communication for Motion Control• Protocoles d’Ethernet standard

Solution optimisée• Topologie simple• Le nombre d’interface réduit• Engineering standardisé• Fonctionnalité étendue (MC, Safety, I/O)


Communication RT/NRT Sercos III

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MDT AT UCCMDT AT UCC

Cycle Start Cycle Start Cycle Start

•Deux types de télégrammes dans un cycle :

-MDT : Master Data Telegram

-AT : Acknowledge Telegram

• Les deux sont envoyés par Master

•MDT contient information du Maître pour des Esclaves (lecture)

• AT est écrit par des Esclaves avec leurs données associées (feedback values, input states, etc.).

• Sercos III autorise max 4 MDT et max 4 AT dans un cycle

• La reste du temps cycle est exploitée pour UC Channel


Sercos: Les Systèmes hôtes (1)

3S (CODESYS)

3S propose l’outil de configuration sercos dans CODESYS. Il incluse les produits de différents constructeurs (Schneider, Keba, Bosch Rexroth, etc…).

Il y a aussi le driver sercos pour CoDeSys SoftMotion

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Bosch Rexroth

Le créateur de sercos, Bosch Rexroth propose Sercos en standard

Une large gamme de contrôleurs Sercos dont les Masters: MLP, MPX, MLC, Sercans Soft-PLC

Bosch Rexroth propose aussi les systèmes E/S IP20/IP65 pour avoir le package complet « sercos-package »

Schneider Electric (ELAU)

Le système « PACDrive » intégre Sercos III Master pour les Drives et E/S

Destiné à la Robotique / Motion Control

Schneider commercialise aussi les Remote I/O X20 de B&R


Sercos: Les Systèmes hôtes (2)

Keba

Keba développe les contrôleurs Robot / Motion Control avec les API integrés

Utilisés surtout par “Dürr Paint Systems”

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Hilscher

La carte PC avec sercos masters

FPGA netx pour l’équipement Sercos



Sercos: remarques libres

Les limites à l’utilisation de sercos:

Le processus “prise à la volée” nécessite une électronique puissante (FPGAs) qui est cher

Seules les topologies en ligne et anneau sont possibles. On ne peut pas utiliser de Switch avec les topologies sercos.

Les appareils non-sercos (e.g.un PC) doivent être raccordé avec un module spécifique sercos qui est cher. Avec une topologie en ligne un PC doit être connecté en bout de ligne sur le dernier port non utilisé.

Il y a un choix très limité de module d’E/S (ce qui est bon pour le CPX)

Solution très complexe. Il y a un grand nombre de fonction optionnelles et des changements très fréquents ce qui rend le protocole difficile à utiliser.

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