
Sercos III es la tercera generación de la interfaz Sercos , una interfaz digital abierta y 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 de tiempo real estricto de la interfaz Sercos a Ethernet . Se basa en el estándar Ethernet ( IEEE 802.3 e ISO/IEC 8802-3). El desarrollo de Sercos III comenzó en 2003, [ 1 ] y los proveedores lanzaron los primeros productos compatibles en 2005. [ 2 ]
Arquitectura general
Para cumplir con los requisitos de rendimiento y fluctuación en las aplicaciones de Sercos, Sercos III opera principalmente en una configuración maestro/esclavo, intercambiando datos cíclicos entre nodos. El maestro inicia toda la transmisión de datos durante un ciclo en tiempo real de Sercos. Todas las transmisiones de datos comienzan y terminan en el maestro (circular).
Ciclo Sercos III

La comunicación en una red Sercos III se produce en intervalos cíclicos estrictos. El usuario elige un tiempo de ciclo para cada aplicación, que oscila entre 31,25 μs y 65 ms. Dentro de cada ciclo, se intercambian datos entre los nodos Sercos III mediante dos tipos de telegramas: MDT y AT (véase 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 canal de comunicaciones unificadas (UC) , que puede emplearse para intercambiar datos mediante otros formatos, como IP.
La red permanece disponible para el tráfico UCC hasta que comienza el siguiente ciclo, momento en el que Sercos III vuelve a cerrar los nodos para dicho tráfico. Esta es una distinción importante. Sercos está diseñado específicamente para proporcionar acceso abierto en todos los puertos para otros protocolos entre mensajes cíclicos en tiempo real. No se requiere tunelización . Esto ofrece la ventaja de que cualquier nodo Sercos III está disponible, independientemente de si Sercos III está en modo cíclico o no, para utilizar otros protocolos, como TCP/IP, sin necesidad de hardware adicional para procesar la tunelización. Los nodos Sercos están configurados para proporcionar un método de almacenamiento y reenvío para guardar en búfer los mensajes que no son de Sercos si se reciben en un nodo mientras la comunicación cíclica está activa.
Telegramas

Formato de Telegram
Todos los telegramas de Sercos III cumplen con el formato de trama MAC ( control de acceso al medio ) IEEE 802.3 e ISO/IEC 8802-3.
- Dirección de destino
- La dirección de destino para todos los telegramas de 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 son emitidos por el maestro y están destinados a todos los esclavos de la red.
- Dirección de origen
- La dirección de origen de todos los telegramas de Sercos III es la dirección MAC del maestro, ya que este emite todos los telegramas.
- Tipo de Ethernet
- Se ha asignado un valor EtherType único a través de la Autoridad de Registro de Campos EtherType de IEEE para Sercos III (0x88CD).
- Encabezado Sercos III
- El inicio de un campo de datos definido por Ethernet siempre comienza con una cabecera Sercos III, que contiene información de control y estado exclusiva de Sercos.
- Campo de datos Sercos III
- Tras el encabezado de Sercos III se encuentra el campo de datos de Sercos III, que contiene un conjunto configurable de variables definidas para cada dispositivo de la red.
Tipos de Telegramas
En el ciclo Sercos III se utilizan dos tipos principales de telegramas: el Telegrama de Datos Maestro (MDT) y el Telegrama de Confirmación (AT). Ambos son emitidos por el maestro (control). El MDT contiene información proporcionada por el maestro a otros dispositivos. El maestro lo completa y los demás dispositivos lo leen. El AT es emitido por el maestro, pero cada dispositivo lo completa con los datos de respuesta correspondientes (valores de retroalimentación, estados de entrada, etc.). Varios dispositivos utilizan el mismo AT, completando su área predeterminada en el telegrama, actualizando las sumas de verificación y pasando el telegrama al siguiente dispositivo. Este método reduce el impacto de la sobrecarga de la trama Ethernet en el rendimiento de la red sin comprometer los estándares IEEE 802.3 e ISO/IEC 8802-3. La cantidad de datos enviados por el maestro a otros dispositivos y la suma de los datos devueltos por estos pueden 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 y más de un telegrama AT (hasta 4 en cada caso).

Sincronización
Para lograr características de tiempo real estricto, Sercos III, al igual que Sercos I y II, utiliza una forma de sincronización que depende de una "marca" de sincronización emitida por el control maestro a intervalos de tiempo equidistantes exactos. Todos los nodos en una red Sercos utilizan este telegrama para sincronizar todas las actividades en el nodo. Para tener en cuenta las variaciones en los componentes de la red, se miden los retrasos en las transmisiones de nodo a nodo durante la fase de activación (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 Telegrama de Sincronización Maestro (MST) independiente 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 Sercos designado, Stacy.
El proceso de sincronización garantiza que la sincronización cíclica y simultánea de todos los dispositivos conectados se produzca 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 100BASE-TX o 100BASE-FX (banda base de 100 Mbit/s) estándar IEEE 802.3 e ISO/IEC 8802-3. Se utilizan subcapas de controlador de acceso al medio (MAC) compatibles con 802.3. La negociación automática debe estar habilitada en cada PHY, pero solo se admite dúplex completo de 100 Mbit. Se especifica el cruce automático (MAU [Unidad de conexión de medios] integrada) 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 no requiere componentes de infraestructura como conmutadores o concentradores, y todos los dispositivos se interconectan mediante cables de parcheo o cruzados. Los puertos Ethernet de los dispositivos son intercambiables y pueden utilizarse para conectar dispositivos Ethernet estándar, como ordenadores 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 necesidad de activar la operación en tiempo real.
Pila Sercos III
Toda la funcionalidad necesaria para configurar una interfaz Sercos III está contenida en una pila que está disponible en versiones "hardware" y "software". La versión hardware se utiliza ampliamente para aplicaciones integradas (como variadores, módulos de E/S y control de movimiento basado en microcontroladores), donde:
- Es importante que la gestión de los nodos Sercos III no recaiga sobre el procesador del dispositivo.
- Se requiere una fluctuación de nanosegundos.
La pila de hardware está disponible en varias formas diferentes. [ 3 ] Estas incluyen actualmente:
- Un flujo de bits para FPGA de Xilinx para maestro y esclavo
- Un flujo de bits para FPGAs de Altera para maestro y esclavo
- Un flujo de bits para FPGAs de Lattice Semiconductor para maestro y esclavo
- Lista de conexiones para FPGAs de Xilinx para maestro y esclavo
- Lista de conexiones para FPGAs Altera para maestro y esclavo
- Lista de conexiones para FPGAs Lattice 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 configuración maestro/esclavo.
- El chip conmutador REM fido 5000 de Innovasic, Inc. para esclavo.
- Los microprocesadores RZ/N1 de Renesas Electronics para uso esclavo.
La fluctuación máxima permitida con maestros y esclavos basados en apilamiento rígido es inferior a 1 μs. El uso de los apilamientos mencionados anteriormente produce una fluctuación similar a la de Sercos II (35-70 nanosegundos).
Sercos III también admite un “Soft Master” independiente del sistema operativo y la plataforma de hardware, utilizando una pila completamente basada en software para la interfaz maestra. [ 4 ] Dado que la fluctuación máxima en dicha configuración depende del sistema operativo del Maestro, esta fluctuación máxima puede establecerse mediante 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 µs y sincronización en el rango de microsegundos. Las aplicaciones con mayores requisitos de sincronización y tiempos de ciclo de bus inferiores pueden implementarse utilizando un controlador Ethernet compatible con TTS con un sistema operativo en tiempo real adecuado.
Para dispositivos esclavos básicos, como los dispositivos de E/S, está disponible EasySlave-IO, una variante de EasySlave que no requiere licencia y que utiliza un flujo de bits.
Está disponible un producto que utiliza una placa Arduino como plataforma de prototipado rápido para una aplicación, junto con un módulo de expansión (shield) correspondiente con un FPGA Sercos EasySlave, además de otros componentes periféricos.
Coherencia de los datos
La consistencia de datos , un término generalmente asociado con las empresas de TI, también se aplica al control en tiempo real (véase, por ejemplo, la comunicación punto a punto ). Por este motivo, Sercos III especifica que no se debe sobrescribir (destruir) ningún dato durante una transmisión. Cada dispositivo esclavo en una red puede acceder a los datos de entrada y salida de todos los demás dispositivos esclavos de la red.
Direccionamiento
Los dispositivos deben ser compatibles con el direccionamiento MAC de Ethernet, además del direccionamiento Sercos III. Otros esquemas de direccionamiento son opcionales.
- Dirección de Sercos III
- Cada dispositivo Sercos III contiene una dirección numérica que otros dispositivos de la red Sercos III utilizan para intercambiar datos. La dirección puede ser cualquier número entero del 1 al 511.
- Dirección IP
- Sercos III no utiliza una dirección IP para su funcionamiento. El hecho de que un dispositivo tenga o no una dirección IP depende de su compatibilidad con otras especificaciones, ya sea de forma independiente (exclusiva) del funcionamiento de Sercos III o a través del canal de comunicaciones unificadas (UC) .
Topologías de red
La especificación Sercos III define dos topologías de red posibles : anillo y línea. Para quienes estén familiarizados con otras redes, ambas pueden parecer configuradas como un anillo. Todos los telegramas comienzan y terminan en el maestro. Para ello, se utiliza la función de comunicación dúplex completa de la capa física.
Topología de línea

- La topología lineal es la más sencilla de las dos posibles configuraciones y no ofrece redundancia. Sin embargo, esta configuración ahorra el coste de un cable. En ella, 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 dos puertos del maestro puede ser el activo. Sercos III determina esto durante la fase de activación (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 llegar al último esclavo de la línea. Ese esclavo, al no detectar ninguna conexión Sercos III en su segundo puerto, reenvía el telegrama en el puerto de transmisión de la interfaz receptora. El telegrama luego pasa por cada esclavo de vuelta al maestro. Nótese que el último esclavo también emite todos los telegramas Sercos III en su segundo puerto, aunque no se detecte ninguna conexión Sercos III. Esto es para snooping, cierres de anillo (ver más abajo) y hot-pluging .
Tenga en cuenta que, dado que el campo de destino Ethernet en todos los telegramas Sercos III es la dirección de difusión 0xFFFF FFFF FFFF (todos unos), todos los telegramas emitidos desde este puerto abierto serán vistos por otros dispositivos como telegramas de difusión. Este comportamiento es intencional y no se puede deshabilitar. Para evitar sobrecargar las redes conectadas a un puerto Sercos abierto, se puede utilizar un conmutador IP o, alternativamente, un conmutador Ethernet gestionado 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 que funcionan con un tiempo de ciclo de 20 ms en la fase de comunicación 0 (CP 0).

Topología de anillo
- Una topología de anillo simplemente cierra la red conectando el puerto no utilizado del último dispositivo del anillo al puerto no utilizado del Maestro. Cuando el Maestro Sercos III detecta la existencia de un anillo, establece dos telegramas que se transmiten en sentido contrario. Los mismos datos se emiten simultáneamente desde las PMA de transmisión de ambos puertos del Maestro. A partir de ahí, ambos telegramas se gestionan prácticamente de forma idéntica a medida que recorren cada Esclavo, finalizando en el puerto opuesto del Maestro desde el que se emitieron. Las ventajas de esta topología incluyen una sincronización más precisa, así como redundancia automática de la infraestructura (véase más abajo).
Otras topologías de red
- Sercos III opera de forma circular, tanto en estructura lineal como en anillo. Todos los telegramas salen del centro de transmisión y regresan. Como en cualquier red que funciona de esta manera, se pueden construir estructuras modificadas para que parezcan una red en árbol o en estrella, utilizando hardware que gestione las ramificaciones, pero la estructura sigue siendo circular.
Hardware de infraestructura
Sercos III está diseñado de tal manera que no requiere infraestructura de red adicional ( conmutadores Ethernet estándar , concentradores , etc.) para su funcionamiento. Los componentes Ethernet estándar (no compatibles con Sercos III) pueden colocarse dentro de una red Sercos III, ya que su presencia no afectará negativamente la temporización y la sincronización de la red. [ 5 ]
Para garantizar la sincronización en redes extendidas que utilizan convertidores de medios, se requiere conmutación de corte . Si se desea lograr redundancia en anillo, es necesario el reenvío de pérdida de enlace con tiempos de respuesta adecuados.
Integración de bus de campo
Existe una variedad de productos 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. Se dispone de pasarelas para integrar ejes analógicos. Estas pasarelas se incorporan a los dispositivos Sercos (por ejemplo, E/S modulares) o se conectan como componentes independientes en la red.
Características
Además de las características de la interfaz Sercos , Sercos III también proporciona: [ 6 ]
- Ethernet: Cada dispositivo Sercos es un conmutador de tres puertos y completamente transparente para los dispositivos Ethernet estándar conectados, como sistemas de ingeniería, interfaces hombre-máquina, etc. Ante todo, un dispositivo Sercos es un dispositivo Ethernet.
- Sercos es un bus de automatización determinista basado en Ethernet que utiliza una técnica de suma de tramas para una comunicación altamente eficiente. [ 7 ]
- Las actualizaciones cíclicas de los dispositivos se realizan a velocidades tan bajas como 31,25 μs [ 8 ].
- Soporte para hasta 511 dispositivos esclavos en una red [ 9 ]
- Redundancia: Recuperación de falla única de capa física sin interrupciones [ 10 ]
- Detección de una conexión física interrumpida en 25 μs (actualización en menos de un ciclo).
- Conexión en caliente: inserción y configuración de dispositivos en la red mientras la comunicación cíclica está activa.
- Comunicaciones punto a punto: tanto de controlador a controlador (C2C) para que varios maestros se comuniquen entre sí como comunicación cruzada directa (CC) entre varios dispositivos esclavos.
Capa de aplicación (perfiles)
La especificación Sercos III define una amplia gama de variables desarrolladas por un consorcio de proveedores de productos para garantizar la interoperabilidad entre componentes (controles de movimiento, accionamientos, etc.). Todo el tráfico en una red Sercos III se compone de identificadores (parámetros) con atributos. Estos identificadores definen más de 700 parámetros estandarizados que describen la interacción entre sistemas de control eléctricos, neumáticos e hidráulicos, accionamientos y otros dispositivos periféricos mediante una semántica universal. Este método se definió inicialmente en Sercos I como un conjunto de identificadores prácticamente plano. Posteriormente, se agruparon en conjuntos de aplicaciones para facilitar la selección de los incidentes 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 incidentes lógicamente por clase de dispositivo. La definición de los identificadores heredados se ha mantenido prácticamente intacta; en su lugar, se ha reevaluado su agrupación para lograr una arquitectura más comprensible. Esto también ha permitido separar los identificadores de comunicación en un subconjunto lógico, simplificando la migración de Sercos I/II a Sercos III y proporcionando una visión general clara a los usuarios.

Redundancia
Cuando se utiliza una red en anillo, Sercos III proporciona redundancia automática de infraestructura. Si algún punto de interconexión en el anillo deja de funcionar, los nodos Sercos III asociados detectarán una "ruptura del anillo" y reconectarán los nodos finales, funcionando efectivamente como dos líneas en lugar de un solo anillo.
La operación es “sin interrupciones”, ya que el tiempo de detección y recuperación para dicha interrupción es inferior a 25 μs, lo que es menor que el tiempo mínimo de ciclo de Sercos III. Sercos III también puede recuperarse de interrupciones de anillo y “repararse” sin interrupción en la operación. Dado que los telegramas de Sercos III continúan siendo emitidos por los PMA transmisores en puertos no conectados y los PMA receptores en puertos no conectados continúan monitoreando los datos entrantes, cuando un puerto de Sercos III reconoce que un anillo se ha cerrado físicamente, reactivará los telegramas contrarrotatorios para cerrar funcionalmente los anillos nuevamente. Esta operación también es sin interrupciones.
Comunicaciones entre pares
Para garantizar el determinismo requerido, la mayoría de los estándares Ethernet en tiempo real imponen un método de comunicación exclusivamente maestro-esclavo. Esto puede entrar en conflicto con la necesidad de que un nodo del sistema intercambie datos de manera eficiente con un nodo distinto del maestro de la red. El método convencional para lograr esto en una red maestro-esclavo consiste en transmitir datos de un nodo esclavo al maestro, donde se reenvían a uno o más esclavos. Por ejemplo, si varios servomotores de una red deben sincronizarse con una señal de otro servomotor de la red, el maestro debe obtener la señal de este servomotor y reenviarla a todos los demás servomotores de la red. Las desventajas de este método son que se producen retrasos debido a los múltiples ciclos necesarios y aumenta la carga de procesamiento del maestro, ya que debe participar activamente en la función, aunque no contribuya en nada. Dado que no se pierde ningún dato en un telegrama Sercos III, cualquier otro nodo de la red puede acceder a los datos que entran y salen de cualquier esclavo sin ningún retraso adicional ni intervención del maestro. Además, dado que 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. La especificación Sercos III define 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 permite añadir dispositivos a una red activa. Gracias a las funciones de redundancia descritas, la red puede detectar la conexión de un nuevo dispositivo. Existen procesos que configuran el nuevo dispositivo y notifican su disponibilidad al controlador principal. Posteriormente, el controlador principal puede seleccionar el dispositivo que desea utilizar en función de la aplicación que se esté ejecutando.
Sobremuestreo y marca de tiempo
El sobremuestreo permite transmitir más de un valor nominal/real por ciclo, lo que aumenta la complejidad del control de procesos en aplicaciones extremadamente críticas, como las aplicaciones láser.
El marcado de tiempo transmite resultados controlados por eventos, como datos de medición 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 semiconductores.
Canal de comunicaciones unificadas (UC)
El tiempo transcurrido entre el final de la transmisión de todos los telegramas cíclicos en tiempo real (RT) de Sercos III y el inicio del siguiente ciclo de comunicación se define como el “Canal de Comunicación Unificada de Sercos III” (Canal UC). Durante este período, 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.
- Los tramas de otros estándares Fieldbus que se ajusten al formato de trama Ethernet pueden transmitirse 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. El uso que un nodo Sercos III haga de la función UC depende del conjunto de características del producto. Por ejemplo, si el dispositivo tiene un servidor web integrado, podría poner su dirección IP a disposición de otros dispositivos.
Una red Sercos III siempre transmitirá tramas UC, incluso cuando la operación cíclica no se haya inicializado. Esto significa que los dispositivos siempre tendrán acceso a la red para recibir mensajes UC, siempre que los puertos estén alimentados.

Sercos III no define si un puerto debe operar en modo de conmutación directa o de almacenamiento y reenvío al gestionar tramas UC. Actualmente existen productos Sercos III en el mercado que admiten ambos modos. Asimismo, Sercos III no define si un puerto debe procesar de forma inteligente los telegramas UC, por ejemplo, aprendiendo la topología de la red.
El tiempo asignado para el tráfico UC viene determinado por la cantidad de datos transmitidos durante la parte en tiempo real del ciclo. En aplicaciones reales, hay una cantidad significativa de ancho de banda disponible para tramas UC. Por ejemplo, en una aplicación típica con 8 ejes de movimiento y una frecuencia de ciclo de 250 μs, se dispone del equivalente a 85 Mbit/s para uso UC. Este tiempo implica que las tramas UC en este ejemplo pueden tener la longitud máxima definida 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 tramas UC sería de 40 Mbit/s y la MTU se reduciría a 325. Como en cualquier red donde se comparte el tiempo en el bus, los valores de MTU deben configurarse para garantizar una comunicación fiable. Las redes Sercos configuradas correctamente establecen el parámetro Sercos "MTU solicitada" (S-0-1027.0.1) al valor MTU recomendado, que otros dispositivos pueden leer para ajustar su configuración MTU. Independientemente del valor de este parámetro, un nodo Sercos permite el paso de tráfico que no sea Sercos durante todo el período del canal UC (es decir, los telegramas que superen la configuración MTU no son descartados por la pila Sercos). El parámetro Sercos S-0-1027.0.1 se establece por defecto en 576, el valor mínimo especificado en la RFC 791.


Acceso a 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 maneras diferentes. Una es usar el puerto Sercos III no utilizado al final de una red Sercos III configurada en topología lineal, como se muestra a la derecha.
En una red configurada en topología de anillo, este puede interrumpirse temporalmente en cualquier punto para conectar un dispositivo adicional. Gracias a la redundancia de Sercos III, la red se reconfigura de forma instantánea (en menos de un ciclo), por lo que no se produce ninguna interrupción en la transmisión. El anillo puede cerrarse nuevamente una vez que ya no se requiera el acceso.
Si se requiere acceso en medio de una topología lineal (donde no hay puertos libres disponibles) o si no se desea interrumpir una topología en anillo durante períodos prolongados, la especificación Sercos III permite el uso de un dispositivo denominado "IP-Switch" para proporcionar acceso al canal UC en cualquier punto de la red. Los IP-Switches ofrecen dos puertos compatibles con Sercos III y uno o más puertos para el acceso a UCC.
Los conmutadores UCC disponibles comercialmente bloquean la transmisión de telegramas de difusión Sercos III a través de sus puertos que no son Sercos III, para evitar la saturación de redes que no son Sercos III con datos cíclicos Sercos III.
protocolo de red común
Sercos III está diseñado para que los dispositivos EtherNet/IP, TC/IP y Sercos puedan 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 transmitir telegramas que no son Sercos a través del canal UC.
Para implementar una infraestructura de red común, se requiere un maestro Sercos y un escáner EtherNet/IP. Ambos pueden combinarse en un maestro de doble pila.
Cuando no se requiere redundancia, los dispositivos se conectan en una topología lineal, donde el último dispositivo Sercos de la línea transmite y recibe telegramas que no son Sercos a través de su puerto libre. No hay un puerto libre disponible cuando la red está configurada en una topología de anillo para la comunicación de datos redundante. En dicha configuración, se requiere un conmutador IP para permitir el paso de paquetes que no son Sercos al anillo.
Soporte de seguridad funcional
La «seguridad funcional» es un término general que se refiere al diseño de un sistema que reduce el riesgo de que ocurra un evento peligroso para los seres humanos. La definición principal se encuentra en la norma internacional IEC 61508. La mayoría de las redes industriales incluyen características que cumplen 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). [ 11 ] Esto proporciona interoperabilidad a nivel de seguridad con todas las redes basadas en el Common Industry Protocol (CIP), incluidas DeviceNet y EtherNet/IP.
La función CIP Safety en Sercos garantiza la transmisión segura de datos a través de Sercos III hasta el nivel SIL 3 ( Nivel de Integridad de Seguridad ). No se requiere ningún bus de seguridad adicional, ya que la información de seguridad se envía junto con los datos estándar en la red Sercos.
Con CIP Safety en Sercos, los datos se envían por el mismo medio utilizando las mismas conexiones que la comunicación estándar. La función del protocolo CIP Safety multimedio la realizan las unidades finales, lo que permite operar simultáneamente dispositivos estándar y de seguridad en la misma red. Se puede establecer una comunicación fiable entre todos los niveles de la red, incluyendo la comunicación punto a punto y la comunicación entre redes. El maestro no tiene por qué ser un controlador de seguridad; también puede enrutar datos sin poder interpretarlos. Esto permite configurar la arquitectura de la red de seguridad para la implementación de controladores programables de seguridad o la comunicación punto a punto 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, un controlador de dos ejes con funciones de E/S y de maestro.
Para la configuración de dispositivos de E/S, se especifica un lenguaje de descripción de dispositivos y perfiles basado en XML. SDDML (Sercos Device Description Markup Language) describe los perfiles compatibles con un dispositivo determinado. SPDML (Sercos Profile Description Markup Language) se utiliza para especificar los diferentes perfiles según el modelo de parámetros de Sercos. Se pueden usar 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 forma uniforme e independiente del proveedor.
Sercos Energy reduce el consumo de energía en tres áreas:
- Se reduce la carga permanente cuando el motor/máquina está parado;
- El consumo de energía, que depende del proceso, se ajusta dinámicamente teniendo en cuenta los tiempos/fechas de finalización previstos para lograr una carga parcial más eficiente; y
- Durante el procesamiento se ahorra energía al apagar los componentes que no son necesarios en un momento o punto determinado del proceso (funcionamiento parcial de la máquina).
Durante su funcionamiento, el sistema de control lee los parámetros de cada componente de Sercos Energy a través de la red Sercos III, recibiendo información sobre su estado y valores de consumo detallados. En función de la situación (por ejemplo, paradas programadas o imprevistas, componentes de la máquina que no se necesitan en el proceso de producción actual), el sistema puede emitir comandos estandarizados para activar el modo de ahorro de energía de los componentes conectados (accionamientos, E/S, sensores), o incluso apagarlos por completo, reduciendo así su consumo energético.
El perfil contempla condiciones de ahorro energético para pausas previsibles, como los periodos de almuerzo y los días festivos de la planta. En momentos predefinidos, los componentes de Sercos Energy se detienen para ahorrar energía. Poco antes de que finalice la interrupción, Sercos Energy se encarga de la reinicialización de los componentes en modo de espera para que vuelvan a estar disponibles.
Sercos Energy proporciona mecanismos para gestionar las averías imprevistas causadas por fallos en la maquinaria o la falta de piezas. En estas situaciones, los componentes afectados pueden activarse cuidadosamente en modos de ahorro energético mientras se solucionan los problemas o se espera la llegada de piezas de repuesto.
Mediante el uso de controles inteligentes, se pueden apagar los ejes y componentes que no son necesarios en los procesos de producción en curso, y/o ajustar los tiempos de finalización previstos, sin dejar de alcanzar la máxima productividad.
Perfil del codificador Sercos
El perfil de codificador específico para cada función garantiza que los codificadores de diferentes fabricantes puedan utilizarse en las aplicaciones de Sercos sin problemas de compatibilidad. Se definen las funciones de codificador compatibles y se especifica su uso con otros dispositivos, como 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 [ 12 ] que describe la correspondencia entre Sercos y OPC UA. Esto permite que las funciones y los parámetros de los dispositivos Sercos III estén disponibles para OPC UA, independientemente del fabricante. De esta forma, se simplifica la comunicación entre los dispositivos de automatización de máquinas y los sistemas de supervisión de nivel superior.
Las capacidades multiprotocolo de Sercos III permiten diversas opciones de implementación. La funcionalidad del servidor OPC UA puede integrarse en el control de la máquina o directamente en un dispositivo de campo Sercos, como un variador, un sensor o un módulo de E/S. También es posible 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
IO-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 funcionar como esclavo independiente o formar parte de un dispositivo esclavo modular. Existe una guía de mapeo de IO-Link a Sercos [ 13 ] para ayudar a los fabricantes a integrar IO-Link en una red Sercos III. También 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 ( Interfaz de Actuador y Sensor ) es una interfaz de red para la conexión de dispositivos de campo sencillos, como actuadores y sensores, a buses de nivel superior, como Sercos III. Existen varias pasarelas AS-i/Sercos disponibles para la conexión de dispositivos AS-i a una red Sercos III.
TSN (Redes sensibles al tiempo)
El estándar Ethernet no es determinista y, por lo tanto, no es adecuado para comunicaciones en tiempo real estricto. Para solucionar este problema, el grupo de trabajo 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 estricto 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 multiprotocolo en tiempo real basada en TSN. [ 14 ]
Apoyo
Software de controlador
El software de 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. [ 15 ] Estos incluyen una biblioteca API maestra común de Sercos, software de servicios de protocolo de Internet de Sercos y un controlador de red Ethernet UCC de Sercos.
También está disponible una versión de código abierto del Sercos SoftMaster en sourceforge.net. Esta emula las funciones del Sercos, lo que permite utilizar un controlador Ethernet estándar en lugar de hardware FPGA o ASIC.
Existe un software de seguridad CIP precertificado para el protocolo Sercos que permite equipar los dispositivos Sercos y EtherNet/IP con la lógica de seguridad adecuada hasta SIL3.
Proceso de dar un título
Las pruebas de conformidad verifican que tanto los controles como los dispositivos periféricos cumplen con los estándares de Sercos y pueden operar de forma interoperable en redes con productos de diversos proveedores. La herramienta de prueba Sercos Conformizer permite realizar una prueba preliminar del dispositivo antes del procedimiento formal de conformidad.
Grupos de usuarios de Sercos
Sercos International eV, un grupo de usuarios de Sercos con sede en Alemania, desarrolló y respalda Sercos como un estándar IEC abierto, independiente de cualquier empresa en particular. Cualquier empresa puede desarrollar y utilizar Sercos. Sercos también cuenta con grupos de usuarios en Norteamérica y Asia. [ 16 ]
La pertenencia a un grupo de usuarios de Sercos es voluntaria. 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 las aportaciones de los proveedores de Sercos sobre aplicaciones prácticas en el campo.
Sercos International es un socio reconocido de la Comisión Electrotécnica Industrial (IEC) y contribuye activamente a las normas IEC para la automatización de maquinaria.
Referencias
- ↑ "SERCOS III en tiempo real" . Consultado el 29 de febrero de 2012 .
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- Industrial Ethernet
- Industrial computing