세르코스 3세

SERCOS III
세르코스 3세
Sercos Interface Logo.png
생성된 연도: 2003
장치 수: 511
속도 100 Mbit/s 전이중
핫플러그? 네
이중화? 네
이더넷 호환성? 네
관리 기관: 세르코스 인터내셔널 E.V.
웹사이트: http://www.sercos.com

Sercos III는 3세대 Sercos 인터페이스로, 산업 제어장치, 모션 장치, 입출력 장치(I/O), PC와 같은 이더넷 노드 사이의 통신을 위한 표준화된 개방형 디지털 인터페이스다. Sercos III는 Sercos 인터페이스의 하드 실시간 기능을 이더넷에 적용한다. 이더넷 표준(IEEE 802.3 & ISO/IEC 8802-3)에 기초하고 준수한다. 2003년에 Sercos III에 대한 작업이 시작되었고,[1] 2005년에 벤더들이 첫 번째 제품을 출시하였다.[2]


일반건축

Sercos 애플리케이션에서 처리량과 지터 요건을 달성하기 위해 Sercos III는 주로 노드 간에 주기적인 데이터를 교환하는 마스터/슬레이브 배치에서 작동한다. 마스터는 Sercos 실시간 주기 동안 모든 데이터 전송을 개시한다. 모든 데이터 전송은 마스터(순환)에서 시작하고 종료한다.

세르코스 3주기

기본 Sercos III 사이클

Sercos III 네트워크를 통한 통신은 엄격한 주기적 간격으로 발생한다. 사용자가 31.25µs ~ 65ms 범위의 특정 애플리케이션에 대해 선택한다. 각 사이클 내에서 MDT와 AT의 두 가지 유형의 전보를 사용하여 Sercos III 노드 간에 데이터를 교환한다(전보 유형 참조). 모든 MDT와 AT가 전송된 후 Sercos III 노드는 사이클의 남은 시간을 UC(Unified Communication) 채널로 사용할 수 있도록 하며, 이 채널은 IP와 같은 다른 형식을 사용하여 데이터를 교환하는 데 사용할 수 있다.

네트워크는 다음 주기가 시작될 때까지 UCC 트래픽에 사용할 수 있으며, 이때 Sercos III가 UCC 트래픽에 대한 노드를 다시 닫는다. 이것은 중요한 구별이다. Sercos는 주기적인 실시간 메시지 사이의 다른 프로토콜을 위해 모든 포트에서 개방된 액세스를 제공하도록 의도적으로 설계되었다. 터널링이 필요하지 않다. 이는 Sercos III가 순환 모드에 있든 아니든 터널링을 처리할 추가 하드웨어 없이 TCP/IP와 같은 다른 프로토콜을 사용할 수 있는 모든 Sercos III 노드를 사용할 수 있다는 장점을 제공한다. Sercos 노드는 주기적 통신이 활성화된 상태에서 노드에서 수신될 경우 비Sercos 메시지를 버퍼링하는 저장 및 전달 방법을 제공하도록 지정된다.

텔레그램

세르코스 3세 텔레그램 구조

텔레그램 형식

모든 Sercos III 텔레그램은 IEEE 802.3 & ISO/IEC 8802-3 MAC(미디어 액세스 제어) 프레임 형식을 준수한다.

목적지 주소
모든 Sercos III 텔레그램의 목적지 주소는 항상 0xFFFFF FFFF (모든 1초)이며, 이는 이더넷 텔레그램의 브로드캐스트 주소로 정의된다. 모든 전보는 사부님이 발급해 주시는 것으로, 네트워크의 모든 노예를 대상으로 하기 때문이다.
소스 주소
모든 Sercos III 전보의 소스 주소는 모든 전보를 발행하는 마스터의 MAC 주소다.
이더넷형
Sercos III(0x88CD)를 위한 IEEE EtherType 필드 등록 기관을 통해 고유한 EtherType 값이 할당되었다.
Sercos III 헤더
이더넷 정의 데이터 필드의 시작은 항상 Sercos 고유의 제어 및 상태 정보를 포함하는 Sercos III 헤더로 시작한다.
Sercos III 데이터 필드
Sercos III 헤더는 Sercos III 데이터 필드가 뒤따르며, 이 필드에는 네트워크의 각 장치에 대해 정의된 구성 가능한 변수 집합이 포함되어 있다.


전보형식

세르코스 III 사이클 내에서 두 가지 주요 유형의 전보가 사용된다. 마스터 데이터 텔레그램(MDT) 및 승인 텔레그램(AT) 두 가지 전보 유형은 모두 마스터(컨트롤)가 발행한다. MDT는 마스터가 노예에게 제공하는 정보를 포함한다. 그것은 주인에 의해 채워지고, 노예들에 의해 읽힌다. AT는 마스터에 의해 발행되지만, 실제로 각 슬레이브에 의해 적절한 응답 데이터(피드백 값, 입력 상태 등)로 채워진다. 둘 이상의 노예가 동일한 AT를 사용하며 AT 전보에 미리 결정된 영역을 채우고 체크섬을 업데이트한 후 다음 장치에 전보를 전달한다. 이 방법은 IEEE 802.3 및 ISO/IEC 8802-3을 훼손하지 않고 이더넷 프레임 오버헤드가 네트워크 성능에 미치는 영향을 감소시킨다. 마스터에서 슬레이브로 전송되는 데이터의 양과 함께 슬레이브에서 반환되는 데이터의 합은 802.3 지정 최대 1500바이트 데이터 필드 크기를 초과할 수 있다. 이 한도를 준수하기 위해 Sercos III는 사이클에서 둘 이상의 MDT 전보 및 둘 이상의 ATT 전보(각 경우에 최대 4개)를 사용할 수 있다.

Sercos III 동기화

동기화

진정한 하드 실시간 특성을 달성하기 위해 Sercos III는 Sercos I&II와 마찬가지로 정확한 시간 간격에서 마스터 컨트롤에 의해 발행된 동기화 "마크"에 의존하는 동기화 형태를 사용한다. Sercos 네트워크의 모든 노드는 노드의 모든 활동을 동기화하기 위해 이 전보를 사용한다. 네트워크 구성요소의 변동을 설명하기 위해, Sercos 네트워크의 단계적 업(초기화) 중 노드 대 노드 전송에서 지연을 측정하고, 그러한 값은 정상 운전 중에 보상한다. 이러한 목적을 위해 별도의 마스터 동기화 텔레그램 또는 MST가 사용되는 Sercos I & II와는 달리 Sercos III는 전송된 첫 번째 MDT에 MST를 포함한다. 별도의 전보는 발행되지 않는다. 두 MST 사이의 시간은 지정된 Sercos 사이클 시간인 tScyc와 정확히 동일하다.

동기화 프로세스는 연결된 모든 장치의 주기적 및 동시 동기화가 토폴로지 및 Sercos 네트워크의 장치 수와 독립적으로 발생하도록 보장한다.

Sercos III 물리적 인터페이스 명명법

물리적 및 데이터 링크 계층

Sercos III는 표준 IEEE 802.3 & ISO/IEC 8802-3 100Base-TX 또는 100Base-FX(100 Mbit/s baseband) 전이중 물리계층(PHY) 엔티티를 지원한다. 802.3 호환 MAC(Media-Access Controller) 하위 레이어가 사용된다. 각 PY에서 자동 협상은 활성화되어야 하지만 100 Mbit 전이중만 지원된다. Auto(MAU [Media Attachment Unit]-Embedded) 크로스오버는 이중 포트가 있는 두 개의 PMA(물리적 매체 부착 장치) 장치 사이에 지정된다. 이 두 단위는 Sercos III 규격에서 1차 채널과 2차 채널로 언급된다. 이중 인터페이스가 필요하다(장치당 2중 인터페이스). Sercos III 규격 내에서 이중 인터페이스는 P1과 P2(포트 1과 2)로 언급된다.

배선

Sercos 네트워크 설치는 쉽고 스위치나 허브와 같은 인프라 구성요소가 필요하지 않다. 모든 장치는 최대 100m 길이의 패치 또는 크로스오버 케이블로 상호 연결된다. 장치의 이더넷 포트는 교환이 가능하며 노트북 컴퓨터와 같은 표준 이더넷 장치를 네트워크에 연결하는 데 사용할 수 있다. Sercos 기기의 모든 이더넷과 IP 프로토콜은 실시간 프로토콜에 간섭하지 않고 실시간 작동을 활성화할 필요 없이 접속할 수 있다.

세르코스 III 스택

Sercos III 인터페이스를 구성하는 데 필요한 모든 기능은 "하드" 버전과 "소프트" 버전 모두에서 사용할 수 있는 스택에 포함되어 있다. 하드 버전은 임베디드 애플리케이션(드라이브, I/O 모듈 및 마이크로컨트롤러 기반 모션 컨트롤 등)에 널리 사용되고 있으며, 다음과 같은 경우:

  • Sercos III 노드 관리에 대한 오버헤드를 장치 프로세서에 배치하지 않는 것이 중요하다.
  • 나노초 지터가 필요하다.

하드웨어 스택은 다양한 형태로 제공된다.[3] 여기에는 현재 다음이 포함된다.

하드 스택 기반 마스터 및 슬레이브에 허용되는 최대 지터는 1µs 미만이다. 위의 스택을 사용하면 Sercos II(35~70나노초)와 유사한 지터가 발생한다.

Sercos III는 또한 마스터 인터페이스에 완전한 소프트웨어 기반 스택을 사용하여 운영 체제와 하드웨어 플랫폼에 독립적인 "소프트 마스터"를 지원한다.[4] 이러한 구성의 최대 지터는 마스터의 운영 체제에 따라 달라지기 때문에 소프트 마스터를 사용할 때 Sercos III 네트워크에 대한 변수에 의해 최대 지터를 설정할 수 있다. 표준 이더넷 컨트롤러는 회선 토폴로지를 사용하는 애플리케이션, 500us 이상의 버스 사이클 시간 및 마이크로초 범위 동기화에 사용할 수 있다. 동기화 요구사항이 더 높고 버스 사이클 시간이 더 짧은 애플리케이션은 적절한 실시간 운영 체제를 갖춘 TTS 지원 이더넷 컨트롤러를 사용하여 구현할 수 있다.

I/O 장치, EasySlave-IO와 같은 기본 슬레이브의 경우, EasySlave의 라이센스 없는 비트스트림 변종인 EasySlave-IO를 사용할 수 있다.

아두이노 보드를 어플리케이션의 빠른 프로토타입 플랫폼으로 사용하는 제품, 세르코스 이지슬레이브 FPGA가 탑재된 해당 실드(애드온 모듈)를 비롯해 주변부 구성품도 이용할 수 있다.

데이터 일관성

일반적으로 IT 기업과 관련된 용어인 데이터 일관성은 실시간 제어에도 적용될 수 있다(예: 피어 투 피어 통신 참조). 이러한 이유로 Sercos III는 전송 중에 데이터를 덮어쓰지 않도록(파괴) 규정한다. 네트워크의 모든 슬레이브는 네트워크의 다른 모든 슬레이브에 대한 입력 및 출력 데이터에 액세스할 수 있다.

주소 지정

장치는 이더넷의 MAC 주소 지정과 Sercos III 주소 지정을 지원해야 한다. 다른 주소 지정 체계는 선택 사항이다.

세르코스 3세 주소
각 Sercos III 장치는 Sercos III 네트워크의 다른 장치가 데이터를 교환하기 위해 사용하는 숫자 주소를 포함한다. 주소는 1부터 511까지의 정수일 수 있다.
IP 주소
Sercos III는 자체 작업에 IP 주소를 사용하지 않는다. 장치에 IP 주소가 포함되어 있는지 여부는 Sercos III 작동의 독립적(독점적) 또는 주기의 UC(Unified Communication) Channel 부분을 통한 다른 규격의 지원에 의존한다.

네트워크 토폴로지

Sercos III 규격은 두 가지 가능한 네트워크 토폴로지, 즉 링과 라인을 정의한다. 다른 네트워크에 익숙한 사람들에게는 두 네트워크 모두 링으로 구성된 것처럼 보일 수 있다. 모든 전보는 마스터에서 시작되고 끝난다. 이를 위해 물리적 계층의 전이중 기능을 사용한다.

선 위상

Sercos III 선 위상
선 위상은 가능한 두 가지 배열 중 가장 간단하며, 중복성을 제공하지 않는다. 그러나 이 구성은 케이블 한 개의 비용을 절약한다. 그 안에는 마스터에 있는 두 개의 인터페이스 중 하나만 사용된다. 마스터의 활성 포트의 송신 PMA에서 전보가 발행된다. 마스터의 두 포트 중 하나가 활성 포트일 수 있다. Sercos III는 단계적 상승(초기화) 중에 이것을 결정한다.

첫 번째 슬레이브는 연결된 인터페이스의 수신 PMA에서 전보를 수신하고, 필요에 따라 수정하고, 두 번째 인터페이스의 송신 PMA로 전송한다. 각 계단식 슬레이브도 마찬가지로 라인의 마지막 슬레이브에 도달할 때까지 한다. 그 노예는 그것의 두 번째 포트에서 Sercos III 연결을 감지하지 못하고, 수신 인터페이스의 송신 포트에서 전보를 다시 접는다. 그리고 나서 전보는 각 노예를 통해 마스터에게 돌아간다. 마지막 노예는 세르코스 III 연결이 감지되지 않았음에도 불구하고, 두 번째 항구에서 모든 세르코스 III 전보를 방출한다는 점에 유의한다. 이것은 스누핑, 링 클로즈업(아래 참조), 핫 플러그를 위한 것이다.

모든 Sercos III 텔레그램의 이더넷 목적지 필드는 0xFFFFF FFFF (모든 1초)의 브로드캐스트 어드레스이므로, 이 오픈 포트에서 발행된 모든 텔레그램은 다른 장치에 의해 브로드캐스트 텔레그램으로 인식된다는 점에 유의한다. 이 행동은 의도적으로 하는 것으로, 무력화시킬 수 없다. 개방형 Sercos 포트에 연결된 네트워크에 세금을 부과하지 않도록 IP-Switch를 사용하거나 Sercos 포트에서 수신되는 브로드캐스트 전보를 차단하도록 프로그래밍된 관리형 이더넷 스위치를 번갈아 사용할 수 있다. Sercos III 규격 버전 1.3.1로 시작하여 통신 단계 0(CP 0)에서 20 ms 사이클 타임으로 장치가 작동하는 경우 산업용 이더넷 장치의 연결이 지원된다.

Sercos III 링 토폴로지

링 위상

링 토폴로지는 마지막 장치에 있는 사용하지 않은 포트를 링에 다시 마스터의 사용되지 않은 포트에 연결함으로써 네트워크를 닫는다. 세르코스 3세 마스터는 반지가 존재한다는 것을 감지하면, 두 개의 역회전 전보를 설치한다. 마스터에 있는 두 포트의 전송 PMA에서 동일한 데이터가 동시에 발행된다. 거기서부터 두 전보는 그들이 각 슬레이브를 통과할 때 본질적으로 동일하게 관리되고, 그들이 배출된 마스터의 반대편 포트로 돌아간다. 이 토폴로지의 이점은 자동 인프라 이중화뿐만 아니라 보다 엄격한 동기화를 포함한다(아래 참조).

기타 네트워크 토폴로지

선이나 고리 구조를 모두 갖춘 Sercos III는 "원형" 접근 방식으로 작동한다. 모든 전보는 주인을 떠나, 그곳으로 돌아가라. 이런 식으로 운영되는 어떤 네트워크와 마찬가지로 나뭇가지를 관리하는 하드웨어를 활용해 트리나 스타 네트워크로 나타나도록 변형된 구조물을 구성할 수 있지만, 그 구조는 여전히 원형이다.

인프라 하드웨어

Sercos III는 추가적인 네트워크 인프라(표준 이더넷 스위치, 허브 등)가 운용될 필요가 없도록 설계되어 있다. 실제로 Sercos III 네트워크에는 표준 이더넷(비Sercos III 지원) 구성요소의 존재는 네트워크의 타이밍과 동기화에 악영향을 미치기 때문에 추가 표준 이더넷(Sercos III 지원) 구성요소를 배치할 수 없다.

미디어 컨버터를 사용하여 확장된 네트워크에서 동기화를 보장하려면 컷스루 전환이 필요하다. 링 중복이 달성되어야 하는 경우 적절한 반응 시간을 가진 링크 손실 포워딩이 필요하다.

필드버스 통합

필드버스(Profibus and CAN) 또는 센서/액튜레이터 버스(AS-i, SSI, IO-Link)를 세르코스 네트워크에 연결할 수 있는 다양한 제품을 이용할 수 있다. 아날로그 축을 통합하기 위해 게이트웨이를 이용할 수 있다. 게이트웨이는 Sercos 기기(예: 모듈식 I/O)에 통합되거나 네트워크에서 별도의 구성요소로 연결된다.

특징들

Sercos 인터페이스의 특징 외에도 Sercos III는 다음을 제공한다.[5]

  • Sercos는 제조업체에 독립적인 기술이다. Sercos International E.V. 사용자 조직과 그 구성원은 투자 보호를 의미하는 이 기술에 대한 모든 권리를 소유하고 있다.
  • Sercos는 100 Mbit/s 전이중 고속 이더넷 버스(따라서 IEC 61784, IEC 61158, IEC 61800-7의 일부)에 대한 IEC 61491에 따른 개방된 국제 표준이다.
  • 스위치 및 허브와 함께 분사하여 비용 효율적이고 간편한 네트워킹
  • Sercos Hard- and Soft-Master(오픈 소스 라이센스)를 사용할 수 있다.
  • Sercos Hard Master를 사용하면 CPU 부하가 다른 버스 시스템에 비해 극도로 감소한다.
  • Sercos Real Time 동작은 합계 프레임 전보 및 최고 동기화 정확도 << 1µs>와 함께 31,25µsec(Real Time Class 3, IEC 61784-2)까지 감소한다.
  • Sercos는 EtherCAT와 함께 가장 빠른 100Mps 산업용 이더넷 기술이다.
  • 모든 이더넷 버스(예: EtherCAT, EtherNet/IP, Modbus/TCP, Profinet 등)와 이더넷 프로토콜(TCP/IP, FTP, UDP, OPC/UA, Webserver 등)은 Sercos 실시간 채널(터널링 없음)과 병렬로 실행할 수 있다.
  • CANopen M/S, Profibus M/S, DeviceNet M/S, ASi-Interface, IO-Link, Serial, 3964R 등과 같은 클래식 필드 버스를 원활하게 통합
  • Sercos는 이더넷 TSN 호환 네트워크다.
  • 세르코스 기술은 링, 링용 트리, 라인, 라인용 트리, 더블 라인 등 유연한 네트워크 토폴로지를 제공한다.
  • 추가 하드웨어가 없는 링 위상에서의 중복성은 Sercos에게 문제가 되지 않는다. 링 구성의 케이블 파손은 25μs 이내에 인식된다.
  • 간편한 케이블 연결: 직선 또는 교차 케이블과 Sercos Port 1/2의 자동 검출은 문제 없이 상호 교환이 가능하다.
  • 세르코스 노예의 핫 플러그는 기계 가용성을 크게 높인다.
  • 노예들 간의 직접 실시간 교차 통신은 최소한의 반응 시간을 보장한다.
  • 실시간 마스터-마스터 간 교차 통신은 여러 Sercos III 네트워크의 동기화를 가능하게 한다.
  • CIP Safety 및 ASI Safety를 위한 블랙 채널 접근으로 가장 빠른 SIL3 안전 반응 시간.
  • 안정적인 Sercos 프로필: 드라이브, IO, 에너지, 인코더, 안전 모션 및 전원 공급 장치.
  • 서비스 PC용 Sercos 네트워크에 직접 연결하는 등 쉬운 문제 해결을 위한 종합적인 진단 기능.
  • Sercos III Monitor(Windows & Linux용 Freeware)를 사용한 Sercos 네트워크의 상세 분석.

애플리케이션 계층(프로파일)

Sercos III 규격은 구성품(모션 컨트롤, 드라이브 등) 간의 상호운용성을 제공하기 위해 제품 공급자의 컨소시엄에 의해 개발된 광범위한 변수를 정의한다. Sercos III 네트워크를 통과하는 모든 트래픽은 속성이 있는 Idents(파라미터)로 구성된다. 공압식 및 유압식 제어 시스템, 드라이브 및 기타 주변 장치 사이의 상호작용을 기술하는 700개 이상의 표준화된 매개변수를 정의한다. 이 방법은 처음에 세르코스 1에서 본질적으로 평평한 ID들의 집합으로 정의되었다. 그들은 나중에 포장 기계와 함께 사용하기 위한 "팩 프로파일"과 같은 특정 산업에 필요한 관련 특성 선택을 돕기 위해 응용 프로그램 세트로 분류되었다. Sercos III 규격을 개발하는 동안, 이 방법론은 기기 등급별로 ID를 논리적으로 분류하기 위해 더욱 세분화되었다. 레거시 IDENT의 정의는 대부분 변경되지 않은 채로 남아 있다. 오히려 그 그룹화는 더 이해할 수 있는 구조에 대해 재평가되었다. 이는 또한 통신 ID를 논리적 하위 집합으로 분리하여 Sercos I/II에서 Sercos III로의 마이그레이션을 단순화하고 사용자에게 명확한 개요를 제공할 수 있게 했다.

링 파손을 치료하는 Sercos III 이중화

중복

링 네트워크가 채용되면 Sercos III는 자동 인프라 이중화를 제공한다. 링의 어떤 상호접속 지점이 작동을 멈추면, 관련 Sercos III 노드는 엔드 노드의 "링 브레이크"와 "루프 백"을 감지하여 하나의 링이 아닌 두 개의 라인으로 효과적으로 작동한다.

이러한 중단에 대한 감지 및 복구 시간이 최소 Sercos III 사이클 시간보다 적은 25µs 미만이기 때문에 조작은 "범프 없음"이다. Sercos III는 또한 작동 중단 없이 링 파손과 "힐"로부터 회복할 수 있다. Sercos III 전보는 연결되지 않은 포트의 전송 PMA에 의해 계속 방출되고, 연결되지 않은 포트의 수신 PMA는 수신 데이터를 계속 모니터링하므로, Sercos III 포트가 물리적으로 다시 닫힘으로써 링이 있음을 인식하면 역회전 전보를 다시 활성화하여 기능을 다시 닫는다. 이 수술도 무턱대고 한다.


피어 통신

필요한 결정론을 보장하기 위해 대부분의 실시간 이더넷 표준은 마스터 대 슬레이브 통신 방식을 시행한다. 이는 시스템의 노드가 네트워크 마스터가 아닌 다른 노드와 효율적으로 데이터를 교환할 필요성과 상충될 수 있다. 마스터 슬레이브 네트워크에서 이를 달성하기 위한 기존 방법은 한 슬레이브 노드에서 마스터로 데이터를 전달하고, 여기서 데이터를 하나 이상의 다른 슬레이브에 재발행하는 것이다. 예를 들어, 네트워크의 여러 서보 드라이브를 네트워크의 다른 드라이브에서 나오는 신호와 동기화하려면 마스터는 이 드라이브에서 신호를 가져와 네트워크의 다른 모든 드라이브로 다시 발급해야 한다. 이 방법의 단점은 필요한 주기가 많아 지연을 유도하고, 아무 기여도 하지 않지만 기능에 적극적으로 참여해야 하므로 마스터의 처리 부하가 증가하는 것이다. Sercos III 전보에서는 어떤 데이터도 파괴되지 않기 때문에, 어떤 슬레이브로부터도 추가적인 사이클 지연이나 마스터 개입 없이 네트워크의 다른 노드에 의해 접속될 수 있다. 또한 텔레그램이 각 노드를 한 사이클(두 토폴로지 유형 모두에 대해)에 두 번 통과할 때, 노드는 후속 노드에서 제공하는 데이터에 접근할 기회까지 가질 수 있다. Sercos III 규격에는 두 가지 피어 통신 방법이 정의되어 있다. 여러 마스터가 서로 통신할 수 있는 컨트롤러 간 통신(C2C) 및 여러 슬레이브 간 통신(CC)


핫플러그

Sercos III의 또 다른 특징은 핫플러그(hot-plugging), 즉 활성 네트워크에 장치를 추가하는 기능이다. 이중화에 대해 기술된 기능을 사용하여 네트워크는 활성 네트워크에 새로운 장치가 연결되었을 때를 감지할 수 있다. 새로운 장치를 구성하고 마스터 컨트롤에 대한 가용성을 알리는 프로세스가 존재한다. 그 후에 마스터 컨트롤은 현재 실행 중인 응용 프로그램을 기반으로 새 장치를 사용하도록 선택할 수 있다.


오버샘플링 및 타임스탬프

오버샘플링은 사이클당 둘 이상의 공칭/실제 값을 전송할 수 있게 해 레이저 어플리케이션과 같은 매우 중요한 어플리케이션에서 프로세스 제어의 섬세한 성격을 증가시킨다.

타임스탬프는 특정 측정 데이터 등 이벤트 제어 결과를 전송하고, 사이클과 독립적으로 출력을 전환한다. 이는 반도체 산업과 같은 복잡한 처리 솔루션에서 공정의 안정성을 높인다.

통합 통신(UC) 채널

모든 Sercos III Real Time(RT) 순환전보의 전송 종료와 다음 통신 사이클의 시작 사이의 시간은 "Sercos III Unified Communication Channel"(UC Channel)로 정의된다. 이 기간 동안 Sercos 네트워크는 다른 서비스 및 프로토콜에 대한 이더넷 호환 프레임을 전송할 수 있도록 개방된다. 예를 들면 다음과 같다.

  1. 웹 서버는 Sercos III 호환 기기에 내장되어 UC 채널을 통해 수신되는 표준 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(HTTP) 메시지에 대응할 수 있다.
  2. 이더넷 프레임 형식에 부합하는 다른 필드버스 표준의 프레임은 Sercos III 네트워크를 통해 전송될 수 있다.

모든 Sercos III 호환 노드는 Sercos III 인터페이스를 통한 UC 프레임 패싱을 지원해야 한다. Sercos III 노드가 UC 기능을 적극적으로 활용하는지 여부는 제품의 기능 세트에 의해 결정된다. 예를 들어, 장치에 내장된 웹 서버가 있는 경우, 다른 장치에 의한 액세스를 위해 IP 주소를 사용할 수 있다.

Sercos III 네트워크는 순환 연산이 초기화되지 않은 경우에도 항상 UC 프레임을 통과한다. 즉, 포트에 전원이 공급되는 한 장치는 항상 UC 메시지를 위한 네트워크에 액세스할 수 있다.

UC 채널

Sercos III는 포트가 UC프레임을 처리할 때 컷스루 스위칭 또는 스토어 앤드 포워드 모드에서 작동해야 하는지 여부를 정의하지 않는다. 현재 두 모드를 모두 지원하는 세르코스 III 제품이 시중에 나와 있다. 마찬가지로 Sercos III는 포트가 네트워크 토폴로지를 학습하는 것과 같은 UC 전보를 지능적으로 처리해야 하는지 여부를 정의하지 않는다.

UC 트래픽에 할당된 시간은 사이클의 실시간 부분 동안 전송되는 데이터의 양에 따라 결정된다. 실제 애플리케이션에서는 UC 프레임에 사용할 수 있는 대역폭이 상당히 많다. 예를 들어 8축의 모션과 250µs의 사이클 속도를 가진 일반적인 애플리케이션에서는 UC 사용 시 85Mbit/s에 해당하는 것을 사용할 수 있다. 이 시간은 이 예에서 UC 프레임이 이더넷에 대해 정의된 최대 길이만큼 길 수 있음을 의미한다(MTU [Maximum Transmission Unit [MTU] =1500). 8축의 동일한 예를 사용하지만 사이클 시간이 62.5µs인 경우 UC 프레임에 사용할 수 있는 유효 대역폭은 40Mbit/s이며 MTU는 325mbit/s로 감소한다. 버스의 시간이 공유되는 모든 네트워크와 마찬가지로, 신뢰할 수 있는 통신이 가능하도록 MTU 값을 구성해야 한다. 적절하게 구성된 Sercos 네트워크는 Sercos 매개 변수 "Requested MTU"(S-0-1027.0.1)를 권장 MTU 값으로 설정한 다음 다른 장치에서 MTU 설정과 일치하도록 읽을 수 있다. 이 매개변수의 값에 관계없이 Sercos 노드는 비Sercos 트래픽이 전체 UC 채널 시간 동안 통과하도록 허용한다(즉, MTU 설정보다 긴 텔레그램은 Sercos 스택에서 폐기되지 않음). Sercos 매개변수 S-0-1027.0.1은 기본적으로 RFC 791에서 호출되는 최소값인 576으로 설정된다.

개방형 포트를 통한 UC 액세스
IP-스위치를 통한 UC 액세스

UCC 액세스

UC 프레임은 Sercos III 호환 포트를 통해서만 Sercos III 네트워크에 들어갈 수 있다. 이것은 두 가지 다른 방법으로 달성될 수 있다. 하나는 오른쪽에 보이는 바와 같이 라인 토폴로지에 구성된 Sercos III 네트워크의 끝에서 사용하지 않는 Sercos III 포트를 이용하는 것이다.

링 토폴로지로 구성된 네트워크에서, 링은 장치를 부착하기 위해 임의의 지점에서 일시적으로 끊어질 수 있다. Sercos III의 이중화 기능은 (1 사이클 미만으로 응답하는) 범프리스 방식으로 네트워크를 재구성하므로, 네트워크 전송의 중단은 발생하지 않을 것이다. 링은 더 이상 액세스가 필요하지 않은 후에 다시 닫을 수 있다.

만일 회선 토폴로지의 중간(자유 포트가 없는 곳)에서 액세스를 원하거나 장기간 링 토폴로지를 끊는 것이 바람직하지 않다면, Sercos III 규격은 네트워크를 따라 어디서나 UC 채널에 대한 접근을 제공하는 데 사용할 수 있는 "IP-Switch"라는 장치를 허용한다. IP-스위치는 2개의 Sercos III 호환 포트와 1개 이상의 UCC 액세스를 위한 포트를 제공한다.

상용 UCC 스위치는 Sercos III가 아닌 통신 전보의 전송을 차단하여 Sercos III가 아닌 네트워크가 Sercos III 주기 데이터를 통해 범람하는 것을 방지한다.

공통 네트워크 프로토콜

Sercos III는 EtherNet/IP가 되도록 설계되었다. TC/IP와 Sercos 장치는 동일한 이더넷 케이블을 통해 작동할 수 있다. 고효율 Sercos 텔레그램은 기존 대역폭의 일부만 사용하므로 비Sercos 텔레그램은 UC 채널을 통해 전송될 수 있다.

공통 네트워크 인프라를 구현하기 위해서는 Sercos Master와 EtherNet/IP 스캐너가 필요하다. 그것들은 이중 스택 마스터로 결합될 수 있다.

중복성이 필요하지 않은 경우, 장치는 라인 위상(line topology)으로 연결되며, 라인 내 마지막 Sercos 장치가 자유 포트를 통해 비Sercos 전보를 송수신한다. 네트워크가 중복 데이터 통신을 위해 링 토폴로지로 구성된 경우에는 사용 가능한 포트를 사용할 수 없다. 이러한 구성에서, 비-Sercos 패킷이 링에 들어갈 수 있도록 IP 스위치가 필요하다.

기능안전지원

'기능적 안전'은 시스템에 의해 인간에게 유해한 사건이 발생할 수 있는 위험을 줄이는 시스템의 설계를 일컫는 총칭이다. 주요 정의는 국제 표준 IEC 61508에 포함되어 있다. 대부분의 산업 네트워크는 기능 안전 요건에 부합하는 어떤 유형의 특징을 포함한다. Sercos III Safety는 이 기능 안전성에 대한 고유한 규격을 정의하기 보다는 ODVA(Open DeviceNet Vendors Association)에서 개발한 CIP Safety 프로토콜을 기반으로 한다.[6] 이것은 DeviceNet과 EtherNet/IP를 포함한 CIP(Common Industry Protocol)에 기초한 모든 네트워크와의 안전 수준에서 상호운용성을 제공한다.

CIP Safety on Sercos는 Sercos III를 통해 SIL 3(Safety Integrity Level)까지 안전한 데이터 전송을 제공한다. 세르코스 네트워크의 표준 데이터 외에 안전 정보가 전송되기 때문에 추가적인 안전 버스는 필요하지 않다.

Sercos에 CIP Safety를 사용하면 표준 통신과 동일한 연결을 사용하여 동일한 매체로 데이터를 전송한다. 크로스미디어 CIP Safety 프로토콜의 기능은 엔드유닛에 의해 수행되므로, 동일한 네트워크에서 표준장치와 안전장치를 동시에 작동할 수 있다. 신뢰성 있는 통신은 피어투피어 통신과 네트워크 간 통신을 포함한 모든 네트워크 수준 사이에서 이루어질 수 있다. 마스터가 반드시 안전관리자일 필요는 없다. 또한 데이터를 해석할 수 없이 전송할 수 있다. 이를 통해 센서와 액추에이터 사이의 안전 프로그램 가능 컨트롤러 또는 피어 투 피어 통신 구현을 위한 안전 네트워크 아키텍처를 구성할 수 있다.

Sercos I/O 프로필

Sercos I/O 프로필은 분산형 I/O 모듈을 위한 장치 프로필로, 블록 및 모듈형 I/O에 사용할 수 있다. 또한 I/O와 마스터 기능을 갖춘 2축 컨트롤러와 같이 하나의 단일 장치에 여러 기능을 결합한 하이브리드 장치를 지원한다.

XML 기반 장치 및 프로필 설명 언어는 I/O 장치 구성에 대해 지정된다. SDDML(Sercos Device Description Markup Language)은 특정 장치에서 지원하는 프로필을 설명한다. Sercos 매개변수 모델에 기초하여 다른 프로파일을 지정하기 위해 SPDML(Sercos Profile Description Markup Language)을 사용한다. 기존 표준 매개변수를 사용할 수 있으며 제조업체별 매개변수도 정의할 수 있다.

Sercos 에너지 프로필

Sercos Energy는 에너지 소비의 감소를 위한 매개변수와 명령을 통일된 공급업체 독립적 방식으로 정의하는 애플리케이션 계층 프로파일이다.

Sercos Energy는 다음 세 가지 영역에서 에너지 소비를 줄인다.

  • 1. 모터/기계 정지 상태에서 영구 부하가 감소한다.
  • 2. 공정별 에너지 소비량은 목표 완료 시간/일정을 고려하여 동적으로 조정하여 효율적인 부분 하중을 달성한다.
  • 3. 공정의 특정 시간이나 특정 지점에서 필요하지 않은 부품(부분 기계 운전)을 끄면 가공 중에 에너지가 절약된다.

운용 중에, 제어는 상태 정보와 상세한 소비 가치를 수신하면서 Sercos III 네트워크를 통해 각 Sercos Energy 구성 요소의 파라미터를 판독한다. 상황(예: 예정된 또는 예정되지 않은 중단, 현재 생산 공정에서 필요하지 않은 기계 부품)에 따라 제어기에 의해 표준화된 명령을 실행하여 연결된 부품(드라이브, I/O, 센서)을 에너지 절약 상태로 전환하여 완전히 종료할 때까지 에너지 소비를 줄일 수 있다.

프로파일의 사람은 점심시간이나 식물공휴일과 같은 예측 가능한 휴식시간에 대한 에너지 절약 조건을 고려한다. 사전 정의된 시간에는 에너지를 절약하기 위해 Sercos Energy 구성품이 정지 상태로 전환된다. 중단이 끝나기 직전, 세르코스에너지는 대기 상태의 구성요소를 재초기화하여 다시 사용할 수 있도록 한다.

Sercos Energy는 기계 오류와 부품 결함으로 인한 의도하지 않은 파손에 대한 메커니즘을 제공한다. 이러한 상황에서 오류가 수정되거나 새로운 부품을 기다리는 동안 대상 부품을 에너지 절약 모드로 신중하게 전환할 수 있다.

인텔리전트 컨트롤을 사용하여, 지속적인 생산 공정에서 필요 없는 축과 부품을 끄거나 목표 완료 시간을 조정할 수 있으며, 동시에 완전한 생산성을 달성할 수 있다.

Sercos 인코더 프로필

기능별 인코더 프로파일은 호환성 문제 없이 서로 다른 제조업체의 인코더를 Sercos 애플리케이션에서 활용할 수 있도록 보장한다. 지원되는 인코더 기능이 정의되며, 다른 장치(예: 제어장치)에서의 사용이 지정된다. 독립형 인코더와 인코더가 있는 하이브리드 기기가 모두 지원된다.

세르코스 및 OPC UA

OPC재단과 Sercos International은 Sercos를 OPC UA에 매핑하는 것을 기술하는 OPC UA 동반자[7] 규격을 개발했다. 이로써 Sercos III 장치의 기능과 매개변수를 OPC UA에 사용할 수 있게 되며, 공급업체와는 무관하게 된다. 이것은 기계 자동화 장치와 더 높은 수준의 감독 시스템 간의 통신을 단순화한다.

Sercos III의 멀티 프로토콜 기능은 다양한 구현 옵션을 허용한다. OPC UA 서버 기능은 기계 제어 또는 드라이브, 센서 또는 I/O 모듈과 같은 Sercos 필드 장치에 직접 구현될 수 있다. OPC 클라이언트는 Sercos 컨트롤러에도 통합될 수 있다.

세르코스 전송 프로세스에는 터널링이 필요 없기 때문에 OPC 클라이언트와 OPC UA 서버는 세르코스 실시간 통신이 활성화되지 않은 상태에서도 서로 통신할 수 있다.

Sercos 및 IO-링크

I/O 링크는 Sercos III와 같은 고급 자동화 버스에 센서와 액추에이터를 연결하기 위한 디지털 인터페이스다. IO-Link 마스터는 독립 실행형 슬레이브 또는 모듈형 슬레이브 장치의 일부일 수 있다. IO-Link-to-Sercos 매핑 가이드는[8] 제조업체에서 IO-Link를 Sercos III 네트워크에 통합하는 데 도움을 주기 위해 사용할 수 있다. IO-Link 마스터와 Sercos III 슬레이브 인터페이스를 갖춘 IO-Link 개발 보드를 사용할 수 있다.

sercos 지원 AS-i

AS-i(Actuator Sensor Interface)는 액츄에이터와 센서와 같은 간단한 필드 장치를 Sercos III와 같은 고급 버스에 연결하기 위한 네트워킹 인터페이스다. 여러 개의 AS-i/Sercos 게이트웨이를 사용하여 Sercos III 네트워크에 AS-i 장치를 연결할 수 있다.

TSN(시간 민감 네트워킹)

표준 이더넷은 결정론적이지 않으므로 하드 실시간 통신에는 적합하지 않다. 이 문제를 해결하기 위해 IEEE 802.1 작업 그룹의 시간 민감 네트워킹 태스크 그룹은 이더넷 네트워크를 통한 하드 실시간 데이터 전송 메커니즘을 정의하는 일련의 표준을 개발하고 있다.

세르코스 작업 그룹은 세르코스가 TSN과 호환된다고 판단했다. 세르코스 TSN 시승자는 TSN을 기반으로 한 실시간 멀티 프로토콜이 가능한 세르코스 네트워크를 설명하기 위해 개발되었다.[9]

지원

드라이버 소프트웨어

드라이버 소프트웨어는 컨트롤러를 장치 로직에 연결하는 데 사용된다. 다수의 기본적인 Sercos 드라이버는 sourceforge.net에서 오픈 소스 소프트웨어로 이용할 수 있다.[10] 여기에는 공통 Sercos Master API 라이브러리, Sercos Internet Protocol Services 소프트웨어 및 Sercos UCC 이더넷 네트워크 드라이버가 포함된다.

오픈 소스 Sercos SoftMaster도 sourceforge.net에서 이용할 수 있다. Sercos 기능을 모방하여 FPGA나 ASIC 하드웨어 대신 표준 이더넷 컨트롤러를 사용할 수 있다.

Sercos 프로토콜 소프트웨어에 대한 사전 인증된 CIP Safety 소프트웨어를 사용하여 SERcos 및 EtherNet/IP 장치를 SIL3까지 적절한 안전 로직으로 장착할 수 있다.

인증

적합성 시험은 제어장치와 주변장치 모두 Sercos 표준을 준수하고 복수의 벤더의 제품과 네트워크에서 상호운용 가능한지 검증한다. 시험 도구인 Sercos Conformizer를 사용하여 기기를 공식적인 적합성 절차에 앞서 사전 시험을 실시할 수 있다.

Sercos 사용자 그룹

독일에 본사를 둔 세르코스 사용자 단체인 세르코스 인터내셔널 e.V는 세르코스를 어떤 개별 기업과는 독립적으로 개방형 IEC 표준으로 개발하고 지원한다. 어떤 회사든 세르코스를 개발하고 사용할 수 있다. 세르코스는 또한 북미와 아시아에 사용자 그룹을 가지고 있다.[11]

세르코스 사용자 그룹의 멤버십은 자발적인 것이다. 회원사와 비회원사 모두의 전문가들은 시장 동향과 실제 현장 적용에 관한 세르코스 벤더의 의견을 고려하여 엔지니어링 워킹그룹을 통해 세르코스의 추가 개발과 지원에 적극적으로 기여하고 있다.

세르코스 인터내셔널은 산업전기기술위원회(IEC)의 공인 파트너로 기계 자동화를 위한 IEC 표준에 적극적으로 기여하고 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ "SERCOS III in real time". Retrieved 2012-02-29.
  2. ^ "SERCOS III products introduced at the SPS/IPC/DRIVES". Retrieved 2009-07-26.
  3. ^ "Controller and communications modules". Retrieved 2016-12-16.
  4. ^ "SERCOS News 02/2015" (PDF). Retrieved 2016-12-17.
  5. ^ Zurawski, Richard (26 August 2014). Industrial Communication Technology Handbook - 13: Sercos Automation Bus. ISBN 9781482207323. Retrieved 2014-09-08.
  6. ^ "CIP Safety on Sercos". Retrieved 2016-12-17.
  7. ^ https://opcfoundation.org/markets-collaboration/sercos-international/
  8. ^ https://www.automation.com/library/resources/io-link-mapping-guide-for-serocs-released
  9. ^ https://www.automation.com/en-us/articles/2017/sercos-to-present-sercos-tsn-demonstrator-at-hanno
  10. ^ "4 programs for Sercos". Retrieved 2016-12-17.
  11. ^ https://www.sercos.org/organization/

외부 링크