セルコスIII

Sercos III はSercos インターフェースの第 3 世代であり、産業用制御、モーション デバイス、入出力デバイス (I/O)、および PC などの Ethernet ノード間の通信用の標準化されたオープン デジタル インターフェースです。Sercos III は、Sercos インターフェースのハード リアルタイム機能をEthernetに適用します。これは Ethernet 標準 ( IEEE 802.3および ISO/IEC 8802-3) に基づいています。Sercos III の開発は 2003 年に開始され、^[1]ベンダーは 2005 年にこれをサポートする最初の製品をリリースしました。^[2]

Sercos アプリケーションのスループットとジッターの要件を満たすために、Sercos III は主にマスター/スレーブ構成で動作し、ノード間で周期的なデータを交換しま す。マスターは Sercos リアルタイム サイクル中にすべてのデータ転送を開始します。すべてのデータ転送はマスターで開始および終了します (循環)。

Sercos III ネットワーク上の通信は、厳密な周期間隔で行われます。サイクル時間は、特定のアプリケーションに対してユーザーが選択し、31.25 μs から 65 ms の範囲で指定します。各サイクル内では、MDT と AT の 2 種類のテレグラムを使用して Sercos III ノード間でデータが交換されます (テレグラムの種類を参照)。すべての MDT と AT が送信された後、Sercos III ノードはサイクルの残りの時間を UC (Unified Communication) チャネルとして使用できるようにします。このチャネルは、IP などの他の形式を使用してデータを交換するために使用できます。

次のサイクルが始まるまで、ネットワークは UCC トラフィックに利用可能であり、その時点で Sercos III はノードを UCC トラフィックに対して再び閉じます。これは重要な違いです。Sercos は、周期的なリアルタイム メッセージ間の他のプロトコルに対してすべてのポートでオープン アクセスを提供するように意図的に設計されています。トンネリングは必要ありません。これにより、Sercos III が周期モードであるかどうかに関係なく、トンネリングを処理するための追加のハードウェアなしで、TCP/IP などの他のプロトコルを使用できるという利点があります。Sercos ノードは、周期的な通信がアクティブなときにノードで受信された非 Sercos メッセージをバッファリングする ストア アンド フォワードメソッドを提供するように指定されています。

すべての Sercos III テレグラムは、IEEE 802.3 および ISO/IEC 8802-3 MAC (メディア アクセス制御) フレーム形式に準拠しています。

宛先住所

すべての Sercos III テレグラムの宛先アドレスは常に 0xFFFF FFFF FFFF (すべて 1) であり、これはEthernet テレグラムのブロードキャスト アドレスとして定義されています。これは、すべてのテレグラムがマスターによって発行され、ネットワーク上のすべてのスレーブを対象としているためです。

送信元アドレス

すべての Sercos III テレグラムの送信元アドレスは、すべてのテレグラムを発行するマスターのMAC アドレスです。

イーサネットタイプ

Sercos III のIEEE EtherTypeフィールド登録機関によって、一意の EtherType 値が割り当てられています (0x88CD)。

Sercos III ヘッダー

イーサネット定義のデータ フィールドの先頭は常に Sercos III ヘッダーで始まります。このヘッダーには Sercos 固有の制御情報とステータス情報が含まれています。

Sercos III データフィールド

Sercos III ヘッダーの後には Sercos III データ フィールドが続き、ネットワーク内の各デバイスに対して定義された構成可能な変数のセットが含まれます。

Sercos III サイクルでは、主に 2 種類のテレグラムが使用されます。マスター データ テレグラム (MDT) と確認応答テレグラム (AT) です。どちらのテレグラム タイプもマスター (制御) によって発行されます。MDT には、マスターから他のデバイスに提供される情報が含まれます。これはマスターによって入力され、他のデバイスによって読み取られます。AT はマスターによって発行されますが、他の各デバイスによって適切な応答データ (フィードバック値、入力状態など) が入力されます。複数のデバイスが同じ AT を使用し、AT テレグラムの所定の領域に入力し、チェックサムを更新してから、テレグラムを次のデバイスに渡します。この方法は、IEEE 802.3 および ISO/IEC 8802-3 を損なうことなく、イーサネット フレームのオーバーヘッドがネットワークのパフォーマンスに与える影響を軽減します。マスターから他のデバイスに送信されるデータの量と、他のデバイスから返されるデータの合計は、802.3 で規定されている最大 1500 バイトのデータ フィールド サイズを超える場合があります。この制限に準拠するために、Sercos III は 1 サイクルで複数の MDT テレグラムと複数の AT テレグラム (それぞれ最大 4 つ) を使用できます。

Sercos III は、Sercos I や II と同様に、真のハードリアルタイム特性を実現するために、マスターコントロールが正確に等間隔で発行する同期「マーク」に依存する同期形式を使用します。Sercos ネットワーク内のすべてのノードは、このテレグラムを使用してノード内のすべてのアクティビティを同期します。ネットワークコンポーネントの変動を考慮するために、Sercos ネットワークのフェーズアップ (初期化) 中にノード間送信で遅延が測定され、それらの値が通常の動作中に補正されます。この目的で別のマスター同期テレグラム (MST) が使用される Sercos I および II とは異なり、Sercos III では、送信される最初の MDT に MST が含まれます。別のテレグラムは発行されません。2 つの MST 間の時間は、指定された Sercos サイクル時間 (Stacy) と正確に等しくなります。

同期プロセスにより、Sercos ネットワーク内のトポロジやデバイス数に関係なく、接続されているすべてのデバイスの周期的かつ同時同期が確実に実行されます。

Sercos III は、標準 IEEE 802.3 および ISO/IEC 8802-3 100BASE-TX または 100BASE-FX (100 Mbit/s ベースバンド) 全二重物理層 (PHY) エンティティをサポートします。802.3 準拠のメディア アクセス コントローラ (MAC) サブレイヤーが使用されます。各 PHY で自動ネゴシエーションを有効にする必要がありますが、100 Mbit 全二重のみがサポートされます。自動 (MAU [メディア アタッチメント ユニット] 組み込み) クロスオーバーは、デュプレックス ポートを備えた 2 つの物理メディア アタッチメント (PMA) ユニット間で指定されます。これらの 2 つのユニットは、Sercos III 仕様ではプライマリ チャネルとセカンダリ チャネルと呼ばれます。デュアル インターフェイスが必要です (デバイスごとに 2 つのデュプレックス インターフェイス)。Sercos III 仕様では、デュアル インターフェイスは P1 と P2 (ポート 1 と 2) と呼ばれます。

Sercos ネットワークのインストールには、スイッチやハブなどのインフラストラクチャ コンポーネントは必要ありません。すべてのデバイスはパッチ ケーブルまたはクロスオーバー ケーブルで相互接続されます。デバイスのイーサネット ポートは交換可能で、ノートブック コンピュータなどの標準イーサネット デバイスをネットワークに接続するために使用できます。Sercos デバイス上のすべてのイーサネットおよび IP プロトコルは、リアルタイム プロトコルに干渉することなく、またリアルタイム操作をアクティブにすることなくアクセスできます。

Sercos III インターフェースを構成するために必要なすべての機能は、「ハード」バージョンと「ソフト」バージョンの両方で利用できるスタックに含まれています。ハード バージョンは、次のような組み込みアプリケーション (ドライブ、I/O モジュール、マイクロ コントローラ ベースのモーション コントロールなど) で広く使用されています。

• Sercos III ノードの管理のオーバーヘッドがデバイス プロセッサにかからないようにすることが重要です。
• ナノ秒のジッターが必要です。

ハードウェアスタックはいくつかの異なる形式で利用可能です。^[3]現在、これには以下が含まれます。

• マスターとスレーブ用のXilinx FPGAのビットストリーム
• マスターとスレーブ用のAltera FPGAのビットストリーム
• マスターとスレーブ用のLattice Semiconductor FPGAのビットストリーム
• マスターおよびスレーブ用の Xilinx FPGA のネットリスト
• マスターとスレーブ用のAltera FPGAのネットリスト
• マスターとスレーブ用のLattice FPGAのネットリスト
• Hilscher GmbHのマスターおよびスレーブ用の「netX」マルチネットワークコントローラチップ
• HMS Industrial Networksのスレーブ用Anybus CCモジュール
• マスターおよびスレーブ用のTexas Instrumentsの Sitara™ AM335x マイクロプロセッサ。
• Innovasic, Inc. のスレーブ用 fido 5000 REM スイッチ チップ。
• スレーブ用のルネサス エレクトロニクスの RZ/N1 マイクロプロセッサ。

ハードスタックベースのマスターとスレーブで許容される最大ジッタは 1 μs 未満です。上記のスタックを使用すると、Sercos II (35 ～ 70 ナノ秒) と同様のジッタが得られます。

Sercos III は、マスターインターフェースに完全にソフトウェアベースのスタックを使用して、オペレーティングシステムとハードウェアプラットフォームに依存しない「ソフトマスター」もサポートしています。^[4]このような構成での最大ジッターはマスターのオペレーティングシステムに依存するため、ソフトマスターが採用されている場合、最大ジッターは Sercos III ネットワークの変数によって設定できます。標準のイーサネットコントローラーは、ライントポロジ、500 us を超えるバス​​サイクルタイム、およびマイクロ秒範囲の同期を備えたアプリケーションに使用できます。同期要件が高く、バスサイクルタイムが低いアプリケーションは、適切なリアルタイムオペレーティングシステムを備えた TTS 対応イーサネットコントローラーを使用して実装できます。

I/O デバイスなどの基本的なスレーブの場合、EasySlave のライセンスフリーのビットストリーム バリアントである EasySlave-IO が利用できます。

Arduino ボードをアプリケーションのラピッド プロトタイプ プラットフォームとして使用し、対応するシールド (アドオン モジュール) と Sercos EasySlave FPGA およびその他の周辺コンポーネントを組み合わせた製品が提供されています。

データの一貫性は、通常 IT 企業に関連付けられる用語ですが、リアルタイム制御にも適用できます (たとえば、ピアツーピア通信を参照)。このため、Sercos III では、送信中にデータが上書き (破壊) されないように規定されています。ネットワーク上のすべてのスレーブは、ネットワーク上の他のすべてのスレーブの入力データと出力データにアクセスできます。

デバイスは、イーサネットの MAC アドレス指定と Sercos III アドレス指定をサポートする必要があります。その他のアドレス指定スキームはオプションです。

Sercos III アドレス

各 Sercos III デバイスには、Sercos III ネットワーク上の他のデバイスがデータを交換するために使用する数値アドレスが含まれています。アドレスは 1 から 511 までの任意の整数です。

IPアドレス

Sercos III は動作に IP アドレスを使用しません。デバイスに IP アドレスが含まれているかどうかは、Sercos III の動作とは独立して (排他的に)、またはサイクルの UC (Unified Communication) チャネル部分を介して、他の仕様をサポートしているかどうかによって決まります。

Sercos III 仕様では、リングとラインという 2 つのネットワーク トポロジが定義されています。他のネットワークに精通している人にとっては、どちらもリングとして構成されているように見えるかもしれません。すべてのテレグラムはマスターで始まり、マスターで終わります。これを実現するために、物理層の全二重機能が使用されます。

ライン トポロジは、2 つの可能な配置の中で最も単純で、冗長性はありません。ただし、この構成ではケーブル 1 本分のコストを節約できます。この構成では、マスターの 2 つのインターフェイスのうち 1 つだけが使用されます。テレグラムは、マスターのアクティブ ポートの送信 PMA から発行されます。マスターのどちらのポートもアクティブにすることができます。Sercos III は、フェーズアップ (初期化) 中にこれを決定します。

最初のスレーブは、接続されたインターフェースの受信 PMA でテレグラムを受信し、必要に応じて変更し、2 番目のインターフェースの送信 PMA に発行します。各カスケード スレーブは、ラインの最後のスレーブに到達するまで同様に行います。そのスレーブは、2 番目のポートで Sercos III 接続が検出されないと、受信インターフェースの送信ポートでテレグラムを折り返します。その後、テレグラムは各スレーブを経由してマスターに戻ります。最後のスレーブは、Sercos III 接続が検出されなくても、2 番目のポートですべての Sercos III テレグラムを送信することに注意してください。これは、スヌーピング、リング クロージャ (以下を参照)、およびホット プラグ用です。

すべての Sercos III テレグラムの Ethernet 宛先フィールドは0xFFFF FFFF FFFF (すべて 1) のブロードキャスト アドレスであるため、このオープン ポートから発行されたすべてのテレグラムは、他のデバイスによってブロードキャスト テレグラムとして認識されることに注意してください。この動作は設計によるもので、無効にすることはできません。オープン Sercos ポートに接続されたネットワークの負荷を回避するには、IP スイッチを使用するか、 Sercos ポートから受信したブロードキャスト テレグラムをブロックするようにプログラムされたマネージド Ethernet スイッチを使用します。Sercos III 仕様バージョン 1.3.1 以降では、デバイスが通信フェーズ 0 (CP 0) で 20 ms サイクル タイムで動作する産業用 Ethernet デバイスの接続がサポートされています。

リング トポロジーは、リング内の最後のデバイスの未使用ポートをマスターの未使用ポートに接続することで、ネットワークを閉じるだけです。Sercos III マスターは、リングが存在することを感知すると、2 つの逆回転テレグラムを設定します。マスターの両方のポートの送信 PMA から同じデータが同時に発行されます。そこから、両方のテレグラムは各スレーブを通過し、送信元のマスターの反対のポートに戻るときに、基本的に同じように管理されます。このトポロジーの利点には、より緊密な同期と自動インフラストラクチャ冗長性 (以下を参照) があります。

Sercos III は、ライン構造とリング構造の両方で「循環」アプローチで動作します。すべてのテレグラムはマスターから発信され、戻ります。この方法で動作するすべてのネットワークと同様に、ブランチを管理するハードウェアを使用して、ツリーまたはスター ネットワークのように見えるように構造を変更して構築できますが、構造は依然として循環的です。

Sercos IIIは、動作に追加のネットワークインフラストラクチャ（標準イーサネットスイッチ、ハブなど）を必要としないように設計されています。通常の標準イーサネット（Sercos III非対応）コンポーネントは、ネットワークのタイミングと同期に悪影響を与えないため、Sercos IIIネットワーク内に配置できます。^[5]

メディアコンバータを使用した拡張ネットワークでの同期を保証するには、カットスルースイッチングが必要です。リング冗長性を実現するには、適切な反応時間を備えたリンクロスフォワーディングが必要です。

フィールド バス (Profibus および CAN) またはセンサー/アクチュエータ バス (AS-i、SSI、IO-Link) を Sercos ネットワークに接続できるさまざまな製品が利用可能です。ゲートウェイはアナログ軸を統合するために利用できます。ゲートウェイは Sercos デバイス (モジュラー I/O など) に組み込まれるか、ネットワーク内の個別のコンポーネントとして接続されます。

Sercosインターフェースの機能に加えて、Sercos IIIは以下の機能も提供します: ^[6]

• イーサネット: すべての Sercos デバイスは 3 ポート スイッチであり、エンジニアリング システム、ヒューマン マシン インターフェイスなどの接続された標準イーサネット デバイスに対して完全に透過的です。まず、Sercos デバイスはイーサネット デバイスです。
• Sercosは、フレーム加算技術を使用して非常に効率的な通信を実現する、決定論的なイーサネットベースのオートメーションバスです。^[7]
• デバイスへの周期的な更新は31.25μsという低速で行われる^[8]
• 1つのネットワーク上で最大511台のスレーブデバイスをサポート^[9]
• 冗長性：バンプレス物理層単一障害回復^[10]
• 25 μs 以内の物理接続の切断の検出 (1 サイクル更新未満)
• ホットプラグ: 周期的な通信がアクティブな間にデバイスをネットワークに挿入して構成します。
• ピアツーピア通信: 複数のマスターが相互に通信するためのコントローラー間通信 (C2C) と、複数のスレーブ デバイス間の直接相互通信 (CC) の両方。

Sercos III 仕様は、コンポーネント (モーション コントロール、ドライブなど) 間の相互運用性を提供するために、製品サプライヤーのコンソーシアムによって開発された幅広い変数を定義します。Sercos III ネットワーク上のすべてのトラフィックは、属性を持つ Ident (パラメーター) で構成されます。Ident は、ユニバーサル セマンティクスを使用して、電気、空気圧、油圧制御システム、ドライブ、およびその他の周辺機器間の相互作用を記述する 700 を超える標準化されたパラメーターを定義します。この方法は、基本的にフラットな ident セットとして Sercos I で最初に定義されました。これらは後に、パッケージング マシンで使用する「Pack Profile」など、特定の業界に必要な関連インシデントの選択を支援するために、アプリケーション セットにグループ化されました。Sercos III 仕様の開発中に、この方法論はさらに改良され、デバイス クラスごとにインシデントを論理的にグループ化しました。従来の ident の定義はほとんど変更されていません。むしろ、より理解しやすいアーキテクチャのために、グループ化が再評価されました。これにより、通信識別子を論理サブセットに分離することも可能になり、Sercos I/II から Sercos III への移行が簡素化され、ユーザーに明確な概要が提供されるようになりました。

リング ネットワークを採用すると、Sercos III はインフラストラクチャの自動冗長性を実現します。リング内のいずれかの相互接続ポイントが機能しなくなると、関連する Sercos III ノードが「リングの切断」を検出し、エンド ノードを「ループバック」して、実質的に 1 つのリングではなく 2 つのラインとして動作します。

こうした切断の検出と回復時間は 25 μs 未満で、これは Sercos III の最小サイクル時間よりも短いため、この操作は「バンプレス」です。Sercos III は、操作を中断することなく、リングの切断から回復し、「修復」することもできます。Sercos III テレグラムは、未接続ポートの送信 PMA によって送信され続け、未接続ポートの受信 PMA は着信データを監視し続けるため、リングが物理的に再閉じられたことを Sercos III ポートが認識すると、逆回転テレグラムが再アクティブ化され、リングが機能的に再び閉じられます。この操作もバンプレスです。

必要な決定性を保証するために、ほとんどのリアルタイム イーサネット規格では、マスターとスレーブのみの通信方法を採用しています。これは、システム内のノードがネットワーク マスター以外のノードと効率的にデータを交換する必要性と矛盾する可能性があります。マスター スレーブ ネットワークでこれを実現する従来の方法は、1 つのスレーブ ノードからマスターにデータを渡し、そこで 1 つ以上の異なるスレーブに再発行することです。たとえば、ネットワーク上の複数のサーボ ドライブをネットワーク上の別のドライブからの信号に同期させる場合、マスターはこのドライブから信号を取得し、ネットワーク上の他のすべてのドライブに再発行する必要があります。この方法の欠点は、必要な複数のサイクルによって遅延が発生することと、マスターは何も貢献しないにもかかわらず機能に積極的に参加する必要があるため、マスターの処理負荷が増加することです。Sercos III テレグラムではデータが破壊されないため、任意のスレーブとの間のデータは、追加のサイクル遅延やマスターの介入なしに、ネットワーク上の別のノードからアクセスできます。さらに、テレグラムはサイクルで各ノードを 2 回通過するため (両方のトポロジ タイプの場合)、ノードは後続のノードから提供されるデータにアクセスすることもできます。Sercos III 仕様では、複数のマスターが相互に通信するためのコントローラー間 (C2C) と、複数のスレーブ間の相互通信 (CC) という 2 つのピア通信方法が定義されています。

Sercos III のもう 1 つの機能はホットプラグです。これは、アクティブなネットワークにデバイスを追加する機能です。冗長性について説明した機能を使用すると、ネットワークは新しいデバイスがアクティブなネットワークに接続されたことを検出できます。新しいデバイスを構成し、その可用性をマスター コントロールに通知するプロセスが存在します。その後、マスター コントロールは、現在実行中のアプリケーションに基づいて、新しいデバイスを使用するかどうかを選択できます。

オーバーサンプリングにより、サイクルごとに複数の公称値/実際の値を送信できるため、レーザー アプリケーションなどの極めて重要なアプリケーションにおけるプロセス制御の繊細さが向上します。

タイムスタンプは、特定の測定データなどのイベント制御された結果を送信し、サイクルとは独立して出力を切り替えます。これにより、半導体業界などの複雑な処理ソリューションにおけるプロセスの安定性が向上します。

すべての Sercos III リアルタイム (RT) 周期テレグラムの送信終了から次の通信サイクルの開始までの時間は、「Sercos III 統合通信チャネル」(UC チャネル) として定義されます。この期間中、Sercos ネットワークは開かれ、他のサービスやプロトコルの Ethernet 準拠フレームの送信が可能になります。例:

1. Web サーバーをSercos III 準拠デバイスに組み込むことで、UC チャネル経由で受信した標準のハイパーテキスト転送プロトコル(HTTP) メッセージに応答できます。
2. イーサネット フレーム フォーマットに準拠する他のフィールドバス標準のフレームは、Sercos III ネットワークを介して送信できます。

すべての Sercos III 準拠ノードは、Sercos III インターフェイスを介した UC フレームの受け渡しをサポートする必要があります。Sercos III ノードが UC 機能をアクティブに使用するかどうかは、製品の機能セットによって決まります。たとえば、デバイスに Web サーバーが組み込まれている場合は、その IP アドレスを他のデバイスがアクセスできるようにすることができます。

Sercos III ネットワークは、周期的な操作が初期化されていない場合でも、常に UC フレームを渡します。つまり、ポートに電源が入っている限り、デバイスは常に UC メッセージのためにネットワークにアクセスできます。

Sercos III では、UC フレームを処理する際にポートがカットスルー スイッチングモードまたはストア アンド フォワードモードのどちらで動作するかは定義されていません。現在、両方のモードをサポートする Sercos III 製品が市場に出回っています。同様に、Sercos III では、ポートがネットワーク トポロジの学習など、UC テレグラムをインテリジェントに処理するかどうかは定義されていません。

UC トラフィックに割り当てられる時間は、サイクルのリアルタイム部分で送信されるデータの量によって決まります。実際のアプリケーションでは、UC フレームに使用できる帯域幅はかなりの量です。たとえば、8 軸の動作と 250 μs のサイクル レートを備えた一般的なアプリケーションでは、85 Mbit/s 相当の帯域幅を UC に使用できます。この時間量は、この例の UC フレームがイーサネットで定義されている最大長 (最大転送単位[MTU] =1500) になる可能性があることを意味します。同じ 8 軸の例でサイクル時間が 62.5 μs の場合、UC フレームに使用できる有効帯域幅は 40 Mbit/s になり、MTU は 325 に減少します。バス上の時間を共有するネットワークと同様に、信頼性の高い通信を確保するには MTU 値を構成する必要があります。適切に構成された Sercos ネットワークは、Sercos パラメータ「要求された MTU」(S-0-1027.0.1) を推奨 MTU 値に設定し、他のデバイスがそれを読み取って MTU 設定と一致させることができます。このパラメータの値に関係なく、Sercos ノードは UC チャネル期間全体にわたって非 Sercos トラフィックの通過を許可します (つまり、MTU 設定よりも長いテレグラムは Sercos スタックによって破棄されません)。Sercos パラメータ S-0-1027.0.1 はデフォルトで 576 に設定されており、これは RFC 791 で規定されている最小値です。

UC フレームは、Sercos III 準拠のポートを通じてのみ Sercos III ネットワークに入ることができます。これは 2 つの方法で実現できます。1 つは、右に示すように、ライン トポロジで構成された Sercos III ネットワークの端にある未使用の Sercos III ポートを使用する方法です。

リング トポロジーで構成されたネットワークでは、リングを任意の時点で一時的に切断してデバイスを接続することもできます。Sercos III の冗長性機能により、ネットワークがバンプレス方式で再構成されるため (1 サイクル未満で応答)、ネットワーク伝送が中断されることはありません。アクセスが不要になったら、リングを再び閉じることができます。

ライン トポロジの途中 (空きポートがない) でアクセスする必要がある場合、またはリング トポロジを長時間中断したくない場合は、Sercos III 仕様では、ネットワーク上の任意の場所から UC チャネルへのアクセスを提供するために使用できる「IP スイッチ」と呼ばれるデバイスが許可されています。IP スイッチは、2 つの Sercos III 準拠ポートと、UCC アクセス用の 1 つ以上のポートを提供します。

市販の UCC スイッチは、非 Sercos III ポートからの Sercos III ブロードキャスト テレグラムの送信をブロックし、非 Sercos III ネットワークに Sercos III 周期データが大量に送信されるのを防ぎます。

Sercos III は、EtherNet/IP、TC/IP、および Sercos デバイスが同じ Ethernet ケーブル上で動作できるように設計されています。高効率の Sercos テレグラムは既存の帯域幅の一部のみを使用するため、Sercos 以外のテレグラムを UC チャネル経由で送信できます。

共通のネットワーク インフラストラクチャを実装するには、Sercos マスターと EtherNet/IP スキャナーが必要です。これらを組み合わせてデュアル スタック マスターを作成できます。

冗長性が不要な場合、デバイスはライン トポロジーで接続され、ラインの最後の Sercos デバイスは空きポートを介して非 Sercos テレグラムを送受信します。ネットワークが冗長データ通信用にリング トポロジーで構成されている場合には、空きポートは使用できません。このような構成では、リングに非 Sercos パケットを流すために IP スイッチが必要です。

「機能安全」とは、システムで人体に危害を及ぼす危険な事象が発生するリスクを軽減するシステム設計を指す一般的な用語です。主な定義は、国際規格IEC 61508に記載されています。ほとんどの産業用ネットワークには、機能安全要件に準拠するための何らかの機能が含まれています。Sercos III Safety は、この機能安全の独自の仕様を定義するのではなく、Open DeviceNet Vendors Association (ODVA) によって開発された CIP Safety プロトコルに基づいています。^[11]これにより、DeviceNet や EtherNet/IP を含む Common Industry Protocol (CIP) に基づくすべてのネットワークとの安全レベルでの相互運用性が実現します。

Sercos の CIP Safety は、Sercos III 経由で SIL 3 (安全度水準)までの安全なデータ伝送を実現します。安全情報は Sercos ネットワーク上の標準データに加えて送信されるため、追加の安全バスは必要ありません。

CIP Safety on Sercos では、標準通信と同じ接続を使用して、同じメディアでデータが送信されます。クロスメディア CIP Safety プロトコルの機能はエンド ユニットによって実行されるため、同じネットワークで標準デバイスと安全デバイスを同時に操作できます。ピアツーピア通信やクロスネットワーク通信など、すべてのネットワーク レベル間で信頼性の高い通信を行うことができます。マスターは必ずしも安全コントローラーである必要はありません。マスターはデータを解釈することなくルーティングすることもできます。これにより、安全プログラマブル コントローラーの実装やセンサーとアクチュエータ間のピアツーピア通信用に安全ネットワーク アーキテクチャを構成することができます。

Sercos I/O プロファイルは、ブロック I/O およびモジュラー I/O に使用できる分散 I/O モジュール用のデバイス プロファイルです。また、I/O とマスター機能を備えた 2 軸コントローラーなど、複数の機能を 1 つのデバイスに組み合わせたハイブリッド デバイスもサポートします。

I/O デバイスの構成には、XML ベースのデバイスおよびプロファイル記述言語が指定されています。SDDML (Sercos デバイス記述マークアップ言語) は、特定のデバイスでサポートされているプロファイルを記述します。SPDML (Sercos プロファイル記述マークアップ言語) は、Sercos パラメータ モデルに基づいてさまざまなプロファイルを指定するために使用されます。既存の標準パラメータを使用でき、メーカー固有のパラメータを定義することもできます。

Sercos Energy は、ベンダーに依存しない統一された方法でエネルギー消費を削減するためのパラメータとコマンドを定義するアプリケーション層プロファイルです。

Sercos Energy は、次の 3 つの領域でエネルギー消費を削減します。

1. モーター/機械停止時の永久負荷が軽減されます。
2. プロセスに応じたエネルギー消費は、目標完了時間/日付を考慮して動的に調整され、より効率的な部分負荷を実現します。
3. 処理中の特定の時間または特定のポイントで不要なコンポーネントをオフにすることで (部分的な機械操作)、処理中にエネルギーを節約します。

動作中、コントロールは Sercos III ネットワークを介して各 Sercos Energy コンポーネントのパラメータを読み取り、ステータス情報と詳細な消費値を受信します。状況に応じて (予定されたまたは予定外の休憩、現在の生産プロセスで不要な機械コンポーネントなど)、コントロールは標準化されたコマンドを発行して、接続されたコンポーネント (ドライブ、I/O、センサー) を省エネ状態から完全シャットダウンまで切り替え、エネルギー消費を削減できます。

このプロファイルは、昼休みや工場の休日など、予測可能な休憩時間の省エネ条件を考慮します。事前に定義された時間に、Sercos Energy コンポーネントは停止状態になり、エネルギーを節約します。中断が終了する直前に、Sercos Energy はスタンバイ状態のコンポーネントを再初期化し、再び使用可能にします。

Sercos Energy は、機械のエラーや部品の不足によって発生する予期しない中断に対処するメカニズムを提供します。このような状況では、エラーが修正されている間、または新しい部品を待っている間に、対象コンポーネントを慎重に省エネモードに切り替えることができます。

インテリジェントな制御を使用することで、進行中の生産プロセスで不要な軸やコンポーネントをオフにしたり、目標完了時間を調整したりしながら、生産性を最大限に高めることができます。

機能固有のエンコーダ プロファイルにより、さまざまなメーカーのエンコーダを Sercos アプリケーションで互換性の問題なしに利用できるようになります。サポートされるエンコーダ機能が定義され、他のデバイス (コントロールなど) との使用が指定されます。スタンドアロン エンコーダとエンコーダを備えたハイブリッド デバイスの両方がサポートされます。

OPC FoundationとSercos Internationalは、SercosからOPC UAへのマッピングを記述したOPC UAコンパニオン仕様^[12]を開発しました。これにより、Sercos IIIデバイスの機能とパラメータが、ベンダーに関係なくOPC UAで利用できるようになります。これにより、マシンオートメーションデバイスと高レベルの監視システム間の通信が簡素化されます。

Sercos III のマルチプロトコル機能により、さまざまな実装オプションが可能になります。OPC UA サーバー機能は、マシン制御に実装することも、ドライブ、センサー、I/O モジュールなどの Sercos フィールド デバイスに直接実装することもできます。OPC クライアントを Sercos コントローラーに統合することもできます。

Sercos 送信プロセスではトンネリングが必要ないため、Sercos リアルタイム通信がアクティブでない場合でも、OPC クライアントと OPC UA サーバーは相互に通信できます。

I/O リンクは、センサーやアクチュエーターを Sercos III などの高レベルオートメーションバスに接続するためのデジタルインターフェースです。IO-Link マスターは、スタンドアロンのスレーブまたはモジュラースレーブデバイスの一部になります。IO-Link から Sercos III ネットワークへの IO-Link の統合を支援するために、IO-Link から Sercos III へのマッピングガイド^[13]が用意されています。IO-Link マスターと Sercos III スレーブインターフェースを備えた IO-Link 開発ボードが用意されています。

AS-i (アクチュエータ センサー インターフェイス) は、アクチュエータやセンサーなどのシンプルなフィールド デバイスを Sercos III などの上位レベルのバスに接続するためのネットワーク インターフェイスです。AS-i デバイスを Sercos III ネットワークに接続するために、いくつかの AS-i/Sercos ゲートウェイが利用可能です。

標準イーサネットは決定論的ではないため、ハードリアルタイム通信には適していません。この問題に対処するために、 IEEE 802.1 ワーキング グループのTime-Sensitive Networkingタスク グループは、イーサネット ネットワークを介したハードリアルタイム データ伝送のメカニズムを定義する一連の標準を開発しています。

Sercosワーキンググループは、SercosがTSNと互換性があると判断しました。Sercos TSNデモンストレーターは、TSNに基づくリアルタイムマルチプロトコル対応Sercosネットワークを示すために開発されました。^[14]

ドライバソフトウェアは、コントローラをデバイスロジックに接続するために使用されます。いくつかの基本的なSercosドライバは、sourceforge.netからオープンソースソフトウェアとして入手できます。^[15]これらには、共通のSercosマスターAPIライブラリ、Sercosインターネットプロトコルサービスソフトウェア、およびSercos UCCイーサネットネットワークドライバが含まれます。

オープンソースの Sercos SoftMaster も sourceforge.net から入手できます。これは Sercos 機能をエミュレートし、FPGA または ASIC ハードウェアの代わりに標準の Ethernet コントローラーを使用できるようにします。

事前認証済みの CIP Safety on Sercos プロトコル ソフトウェアを使用すると、Sercos および EtherNet/IP デバイスに SIL3 までの適切な安全ロジックを装備できます。

適合性テストでは、制御装置と周辺機器の両方が Sercos 標準に準拠し、複数のベンダーの製品を含むネットワークで相互運用可能であることを確認します。テスト ツールである Sercos Conformizer を使用すると、正式な適合手順の前にデバイスを事前テストできます。

Sercos International eVはドイツに本部を置くSercosユーザーグループで、個々の企業から独立したオープンIEC規格としてSercosを開発し、サポートしています。どの企業でもSercosを開発し、使用することができます。Sercosには北米とアジアにもユーザーグループがあります。^[16]

Sercos ユーザー グループへの参加は任意です。メンバー企業と非メンバー企業の両方の専門家が、市場動向と実際の現場アプリケーションに関する Sercos ベンダーからの意見を考慮しながら、エンジニアリング ワーキング グループを通じて Sercos のさらなる開発とサポートに積極的に貢献しています。

Sercos International は、工業電気標準会議 (IEC) の公認パートナーであり、機械自動化に関する IEC 規格に積極的に貢献しています。