SERCOS III es una interfaz digital abierta globalmente estandarizada para la comunicación entre controles industriales, dispositivos de movimiento (motion devices), y dispositivos de entradas/salidas (I/O), es la tercera generación de la interfaz de SERCOS. SERCOS III une los aspectos de tiempo-real de la interfaz de SERCOS con Ethernet. Está basada sobre y conforme a los estándares de “Ethernet” (IEEE 802.3 y ISO/IEC 8802-3). SERCOS III se empezó a elaborar en el 2003, (en inglés) con proveedores lanzando los primeros productos soportándolo en el 2005.(en inglés) Además de las características estándar de SERCOS citadas en descripción general de interfaz SERCOS, SERCOS III también provee:
Actualizaciones cíclicas a dispositivos en tiempos tan bajos como 31.25 µsec(en inglés) Soporte para hasta 511 dispositivos esclavos en una sola red(en inglés) Redundancia: Sin protuberancia nivel físico de recuperación con solo una-falla(en inglés) Detección de una caída de una conexión física dentro de 25 µsec (menos que la actualización de un ciclo) Hot plugging: inserción y configuración de dispositivos en una red mientras la comunicación cíclica está activa
{| class="infobox" style="width: 280px;" | style="background-color: #CCF; text-align: center; font-size: larger; padding: 1px 3px;" colspan="2" | SERCOS III |- colspan="2" style="text-align: center; background-color: #fff;"200px |- Año de creación:2003 |- Número de dispositivos:511 |- Velocidad:100 Mbit/s |- Hotplugging:Sí |- Redundancia: Sí |- Consejo de Administración:SERCOS International e.V. |- Sitio web:'http://www.sercos.com
Arquitectura General Con el fin de lograr los requerimientos de rendimiento y “jitter” requeridos en las aplicaciones por la cual se diseñó la interfaz, SERCOS III opera principalmente en un arreglo de Maestro/Esclavo (“Master/Slave”) intercambiando datos cíclicos entre nodos. El “Master” inicia todos los datos de transmisión durante un ciclo de tiempo real de SERCOS. Todos los datos de transmisión comienzan y terminan en el “Master” (circular).
Ciclo de SERCOS III left|thumb|Ciclo básico de SERCOS III | 300px La comunicación a través de una red de SERCOS III ocurre en intervalos cíclicos estrictos. Un tiempo cíclico es elegido por el usuario para una aplicación dada, con un rango de 31.25 µsec a 65 msecs. Dentro de cada ciclo, los datos son intercambiados entre los nodos de SERCOS III usando dos tipos de telegramas: MDTs y ATs (ver Tipos de Telegramas). Después de que todos los telegramas MDTs y ATs se han transmitido, los nodos de SERCOS III permiten que el tiempo que sobra en un ciclo sea usado como un canal NRT(“Non Real Time” o No Tiempo Real), el cual puede ser usado para intercambiar datos en otros formatos, tal como IP.
La red permanece disponible para el tráfico de NRT hasta que comienza el próximo ciclo, momento en el que el nodo de SERCOS III cierra los nodos para el tráfico NRT otra vez. Esta es una distinción importante. A propósito SERCOS está diseñado para proveer acceso abierto a todos los puertos para otros protocolos entre los mensajes cíclicos de tiempo real. No se requiere de túnel. Esto provee la ventaja de que cualquier nodo de SERCOS III esté disponible, si SERCOS III esta en modo cíclico o no, para usar otros protocolos, tal como TCP/IP, sin ningún tipo de hardware adicional para procesar túnel. Los nodos de SERCOS son especificados para proveer un método de “buffering” de almacenar y adelantar mensajes que no son SERCOS si son recibidos en el nodo mientras la comunicación cíclica esté activa.
Telegramas right | thumb | SERCOS III Estructura del telegrama | 500px Formato de Telegramas
Todos los telegramas de SERCOS III son conforme al formato de trama de EEE 802.3 y ISO/IEC 8802-3 MAC (Control de acceso al medio).
Dirección de Destino La dirección de destino para todos los telegramas de SERCOS III siempre es 0xFFFF FFFF FFFF (todos uno’s), la cual es definida como la dirección de difusión para los telegramas de Ethernet. Esto es porque todos los telegramas son emitidos por el “Master” y son destinados para todos los “Slaves” de la red.
Dirección de Origen La dirección de origen para todos los telegramas de SERCOS III es la Dirección MAC del “Master”, ya que emite todos los telegramas.
Tipo de Ethernet Un valor único de “EtherType” ha sido asignado vía el “IEEE EtherType Field Registration Authority for SERCOS III (0x88CD)” o IEEE EtherType Autoridad de Registración de Campo para SERCOS III (0x88CD).
Cabecera de SERCOS III El inicio de los datos de campo definido por Ethernet siempre comienzan con una cabecera de SERCOS III, el cual contienen la información única de control y status de SERCOS.
Datos de Campo de SERCOS III La Cabecera de SERCOS III es seguido por los Datos de Campo de SERCOS III, el cual contiene una serie configurable de variable definidos para cada dispositivos de la red.
Tipos de Telegramas Dos tipos principales de telegramas son usados dentro del Ciclo de SERCOS III. El “Master Data Telegrama (MDT)” o Telegrama de Datos Maestros y el “Acknowledge Telegram (AT)” o Telegrama de Reconocimiento. Ambos tipos de telegramas son emitidos por el “Master” (control). El MDT contiene información proporcionada por el “Master” a los “Slaves”. Es hecho por el “Master” y leído por los “Salves”. El AT es emitido por el “Master”, pero en realidad pobladas por cada “Slave” con sus datos apropiados de respuesta (realimentación, valores, estados de entrada, etc.). Más de un “Slave” usa el mismo “AT”, llenando su área predeterminada en el telegrama “AT”, actualizando “check sums” o sumas de comprobación, y luego pasando el telegrama al dispositivo siguiente. Este método reduce el impacto de la trama de red en el desempeño de la red sin comprometer IEEE 802.3 & ISO/IEC 8802-3. la cantidad de datos enviados del “Master” a los “Slaves”, así como la suma de datos regresado por los “Salves”, puede que exceda la máxima especificada por 802.3 de datos de campo de 1500 bytes. Para cumplir con este límite, SERCOS III puede usar más de un telegrama de MDT en un ciclo, así como más de un telegrama de AT (hasta 4 en cada caso).
right | thumb | Sincronización de SERCOS III| 250px
Sincronización Para lograr características verdaderamente en tiempo real, SERCOS III, como con SERCOS I y SERCOS II, usa una forma de sincronización que depende de un marcador de sincronización expedido por el control “Master” en intervalos exactos de tiempos equidistantes. Todos los nodos en una red de SERCOS usan este telegrama para sincronizar todas las actividades en el nodo. Para tomar en cuenta todas las variaciones en los componentes de la red, los “delays” (retrasos) son medidos en la transmisión de nodo-a-nodo durante la “phase-up” (fase de inicialización) de la red de SERCOS, y esos valores compensados durante la operación normal. A diferencia de SERCOS I y SEROCS II, donde un telegrama aparte de “Master Sync Telegram” (Telegrama de Sincronización Maestro), o MST (por sus siglas en inglés) es usado para este propósito, SERCOS III incluye el MST en el primer MDT transmitido. No se emite un telegrama separado. El tiempo entre dos MSTs es exactamente igual a Tiempo de Ciclo de SERCOS, (tScyc), designado.
right | thumb | Nomenclatura de Interfaz Física de SERCOS III | 300px
Nivel Físico y Capa de Enlace de Datos SERCOS III soporta las entidades del estándar IEEE 802.3 Y ISO/IEC 8802-3 100 Base-TX o 100Base-FX (100Mb/s Banda base) nivel físico “Full Duplex” (PHY -siglas en inglés). Los sub-niveles compatibles usados son 802.3 “Media-Access Controllers (MAC)”. La intersección automática (MAU[Media Attachment Unit] – Embedded) es especificada entre los dos unidades de los Medios Físicos Adjuntos ( PMA - por sus siglas en inglés) presentes con un puerto dúplex. Estas dos unidad son referidas como el Canal Primario y Canal Secundario en las especificaciones de SERCOS III. Interfaces dobles son requeridas (dos interfaces dúplex por dispositivo). Dentro de la especificación de SERCOS III, las interfaces dobles son referidas como P1 y P2 (Puerto 1 y Puerto 2).
Pila (“Stack”) SERCOS III Toda la funcionalidad requerida para configurar una interfaz SERCOS III está contenida en una pila (“stack”) en versiones “hard” y “soft”. La versión “hard” es ampliamente usada para aplicaciones integradas (tales como: “drives”, módulos de E/S y microcontroladores de control de movimiento), donde:
Es importante que el manejo general de los nodos de SERCOS III no sea puesto sobre el procesador del dispositivo. “Jitter” de nanosegundos es requerido.
La pila de “hardware” está disponible en diferentes formas.(en inglés) Estos actualmente incluyen: Un flujo de bits para Xilinx FPGAs Un flujo de bits para Altera FPGAs Una lista Net para Altera FPGAs El chip controlador de muli-red, “netX, de Hilsher, GMBH
El “jitter” máximo permitido basado con “hard-stack” del Maestro y Esclavo es menos de 1 µsec. Usando estos “stacks” rinde un “jitter” similar al de SERCOS II (35-70 nanosegundos).
SERCOS III también soporta un “Soft Master”, usando una interfaz “master” completamente basada en “software stack”.(en inglés) Desde que el “jitter” máximo en esta configuración depende del sistema operativo del “Master”, el máximo “jitter” puede ser fijado por una variable para la red de SERCOS III cuando un “Soft Master” es empleado.
Para “Slaves” básicos, como dispositivos de entrada/salida, un “core” con libre de licencia es disponible.(en inglés) Este Easy-I/O “core”, fácil de usar, puede ser descargado y cargado a un dispositivo “Xilinx Spartan-3 FPGA.”
Consistencia de Datos Consistencia de datos es un término usualmente usado en la industria de Tecnologías de informática y comunicación (TI), pero también aplica a control en tiempo real (por ejemplo comunicación de red de pares - “peer to peer”). Por esta razón, SERCOS III especifica que ningún dato puede ser sobre escrito (destruido) durante una transmisión. Todos los esclavos en la red pueden acceder datos de entrada y salidos para cualquier otro esclavo en la red.
Dirección Los dispositivos deben soportar la dirección MAC de Ethernet, más la dirección de SERCOS III. Otros esquemas de direcciones son opcionales.
Dirección SERCOS III Cada dispositivo de SERCOS III contiene una dirección numérica usada por otros dispositivos en la red de SERCOS III para intercambiar datos. La dirección puede ser cualquier número entero del 1 al 511.
Dirección IP SERCOS III no usa la dirección de IP para su propia operación. Si un dispositivo contiene un dirección IP o no depende de su soporte de otras especificaciones, ya sea independiente (exclusivo) de SERCOS IIII, o vía la porción NRT del ciclo.
Topologías de Red Las especificaciones de SERCOS III definen dos posibles topologías de red, de Anillo y Línea. Para aquellos familiares con otras redes, puede aparecer para ambas de ser configuradas como red de Anillo. Todos los telegramas empiezan y terminan con el “Master”. La característica de “Full Duplex” de la capa física es usada para lograr esto.
Topología de Línea right | thumb | SERCOS III Topología de Línea | 600px