Grenzen überwinden

Datenbrücke zwischen Ethercat und Sercos

Funktionsprinzip der Sercos/Ethercat-Bridge (Foto: Automata)
Funktionsprinzip der Sercos/Ethercat-Bridge (Foto: Automata)

In vielen Anwendungen sind Anlagenteile mit unterschiedlichen Netzwerken ausgerüstet. Ethercat und Sercos gehören zu den leistungsfähigsten Realtime-Ethernet-Systemen. Ethercat ist entsprechend einer Umfrage von Quest Trend Marketing an zweiter Stelle der verbreitetsten Echtzeit-Ethernet-Systeme. Und auch Sercos gehört demnach zu den Top-4-Systemen. Beide Systeme zeichnen sich durch niedrige Zykluszeiten und niedrigem Jitter für exakte Synchronisierung aus. Immer öfter sind beide Systeme auch in einer Anlage oder Maschine anzutreffen.

Gerade in Verpackungsmaschinen sind Sercos-Netzwerke weit verbreitet. Die Hardware-basierte Synchronisierung ist eine wesentliche Voraussetzung für die sichere Realisierung anspruchsvoller Bewegungsaufgaben. Die exakte Synchronisierung ist immer dann wichtig, wenn räumlich verteilte Prozesse gleichzeitige Aktionen erfordern. Nicht selten sind in solche Maschinen intelligente Subsysteme, wie Transporteinrichtungen oder intelligente Messeinrichtungen, taktsynchron eingebunden, die wiederum Ethercat als Kommunikationsmedium nutzen.

Ethercat- und Sercos-Master miteinander verbinden

Mit der Sercos/Ethercat-Bridge S3EC stellt Cannon-Automata nun einen Koppler vor, der Ethercat- und Sercos-Master miteinander verbindet und sich auf beiden Bussen jeweils als I/O-Device abbildet. Der Koppler, der auf dem Automatisierungstreff vom 24. bis 26. März 2015 in der Kongresshalle Böblingen gezeigt wird, sorgt dafür, dass sich der Slave nahtlos in das jeweilige andere Netzwerk einfügt. Als Sercos-Slave unterstützt das Modul das Profil FSP-IO und als Ethercat-Slave DS-401.

Die Breite der Echtzeitdaten ist im Bereich von 32 Byte bis 2048 Byte flexibel konfigurierbar und kann so den Anforderungen verschiedener Anwendungen angepasst werden. Die Länge der Echtzeitdaten ist über Drehschalter einstellbar. Möglich ist die taktsynchrone Übertragung von Informationen bis zu 250 µs zum Sercos-Bus. Geplant ist, in Kürze auch die minimale Zykluszeit von 31,25 µs von Sercos zu unterstützen. Damit würde auch bei schnellsten Anwendungen nicht mehr erkennbar sein, dass Informationen zwischen zwei verschiedenen Bussen ausgetauscht werden.

Das Kopieren der Daten zwischen den beiden Bussen erfolgt innerhalb eines Kommunikationszyklus. Neben den applikationsspezifischen I/O-Daten werden in jedem Zyklus auch Status- und Diagnosedaten des Sercos- oder Ethercat-Busses zur jeweils anderen Seite übertragen. Das ermöglicht den beiden Mastern, auf Änderungen des Kommunikationszustandes oder auf Fehlerereignisse schnell zu reagieren.

Azyklische Datenübertragung

Neben dem Echtzeitkanal unterstützt die Baugruppe einen bidirektionalen Kanal für die azyklische Datenübertragung. Abgebildet wird dieser Mailbox-Mechanismus auf der Sercos-Seite über Identification Numbers (IDNs), die über den Servicekanal gelesen und geschrieben werden können. Auf der Ethercat-Seite erfolgen die Zugriffe über CoE-Objekte (CAN application protocol over Ethercat).

Für Sercos und Ethercat stehen jeweils zwei RJ45-Buchsen zur Verfügung. Eine weitere frontseitige RJ45-Buchse dient als Standard Ethernet-Port. Auf beiden Seiten sorgen jeweils fünf Diagnose-LEDs für alle erforderlichen Informationen über den Bus.

Über das Interface können Geräte über die von den beiden Echtzeit-Bussen zur Verfügung gestellten Mechanismen (UC-Channel und EoE-Protokoll) mit anderen Busteilnehmern kommunizieren. Der ebenfalls auf dieser Schnittstelle verfügbare IEEE 1588 Master/Slave kann zur Uhrzeitsynchronisation verwendet werden. Die Baugruppe ist als kompaktes Modul für die Montage auf einer Hutschiene ausgeführt. Die Maße des stabilen Kunststoffgehäuses betragen lediglich 99 mm x 114,5 mm x 22,5 mm (h x t x b).

Als exemplarischer Anwendungsfall  für die Sercos/Ethercat-Bridge wird der Programmable Automation Controller A2-PAC mit einem Kuka-Roboter verbunden. Dabei kommuniziert die A2-PAC Steuerung mit Sercos-Master-Interface in Verbindung mit der mxAutomation-Library für Codesys direkt mit einer KR C4 Steuerung für Kuka-Roboter. Die A2-PAC Steuerung kann Dank der performanten  Kommunikation sehr schnell Bewegungskommandos an den Roboter senden und Ist-Werte in Echtzeit empfangen und bearbeiten. Zur Programmierung werden IEC-61131-3-Sprachen verwendet. Spezielle Kenntnisse einer Roboter-Programmiersprache sind nicht erforderlich. Visualisierung und Diagnose laufen auf dem A2-PAC, das Roboter-Handheld-HMI kann dadurch entfallen.

Die Vielfalt an Ethercat-Geräten ist mittlerweile sehr hoch; die Zahl der Anhängerschaft sehr gewachsen. Die Ethercat Technology Group hat vor Kurzem das 3.000ste Mitglied begrüßt. Daher liegt es auf der Hand, in Sercos-Anwendungen fehlende Automatisierungsgeräte aus der Ethercat-Welt zu ergänzen. In Zukunft ist es daher geplant, das Modul von Cannon-Automata auch mit einem Ethercat-Master auszurüsten. Damit kann gewährleistet werden, dass Ethercat-Slaves taktsynchron in einem Sercos-Netzwerk betrieben werden können.

Über die Firma
Automata GmbH & Co. KG Industrial & Robotic Controls
Ried
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