Die Automatisierungstechnik von heute ist zum einen geprägt von der Aufhebung der klassischen Trennung von Feldbus und spezifischem Antriebsbus. Zum anderen bilden sich neue, anwendungsoptimierte Gerätestrukturen: auf der einen Seite verteilte Systeme wie beispielsweise Antriebe mit getrennten Steuer- und Leistungsteilen und volldigitaler Geber-Ankopplung; auf der anderen Seite konzentrierte Hybridgeräte, die unterschiedliche Funktionen, wie Steuerungs-, Antriebs- und I/O-Funktionen in einem Gerät kombinieren.

Je nach konkreter Anforderungslage können dabei beide Ansätze ohne weiteres ebenso in Koexistenz auftreten. Voraussetzung zur durchgängigen Umsetzung dieser Anforderungen ist ein Kommunikationssystem, das neben der notwendigen Performance eine entsprechend tragfähige Geräteprofil-Spezifikation und leistungsfähige Konfigurationsund Diagnosemöglichkeiten bereitstellt. Sercos Interface bietet seit jeher die kommunikationsseitige Leistungsfähigkeit, wie hochpräzise Synchronisation sowie effiziente und störsichere Datenübertragung. Diese Technologie wurde im Rahmen der Sercos-III-Entwicklung auf die Ethernet-Physik um die Funktionen der TCP/IP-Kommunikation, der sicheren Kommunikation und einer redundanten Übertragung ergänzt.

Zusätzlich erfolgte die Spezifizierung eines producer-/consumerorientierten, multicastfähigen Kommunikationskonzeptes, welches neben der klassischen, zyklischen Master-Slave- Kommunikation die direkte Querkommunikation zwischen beliebigen Netzwerk- Teilnehmern ermöglicht. Direkt heißt in diesem Zusammenhang, dass keine kommunikativen Totzeiten durch Umkopieren der Daten im Master entstehen.

Andere Anforderung an klassische Feldbusse

Durch die klassische Trennung zwischen Antriebs- und Feldbus gab es in der Vergangenheit eine klare Aufgabenverteilung. So wurden Servoantriebe für mehrachsige Motion-Anwendungen über echtzeitfähige Antriebsbusse an die Bewegungssteuerung (CNC, MC, RC) angebunden. Die Vernetzung dezentraler E/A-Peripheriegeräte mit der Logiksteuerung (SPS) obliegt bei einer solchen Struktur hingegen einem Feldbus wie Profibus, Interbus oder Devicenet.

Diese klare Aufgabentrennung führte letztlich zu sehr unterschiedlichen Vorgehensweisen hinsichtlich der Bus- und Gerätekonfiguration: So bestand bei Sercos Interface der ersten und zweiten Generation keine Notwendigkeit für einen offline arbeitenden Bus- oder Gerätekonfigurator. Die angeschlossenen Servoantriebe wurden während des Hochlaufs in die Kommunikationsphase 4 (zyklischer Betrieb) durch die Steuerung parametriert und konfiguriert. Neben der Auswahl der Betriebsart erfolgt hier zudem die Konfiguration der Prozessdaten, die nach dem Hochlauf im zyklischen Betrieb zwischen der Steuerung und den Antrieben ausgetauscht werden sollen (zum Beispiel Soll-/ Istwerte, Kontroll-/Statusbits).

Im Unterschied dazu ist die Anforderung bei den klassischen Feldbussen eine andere: Um das SPS-Programm für die dezentrale E/A-Peripherie ohne Vorhandensein der Maschine im Vorfeld („Offline") schreiben zu können, muss hier das Mapping der Input- und Output-Daten dieser Peripherie auf dem Bus bekannt sein. Dafür sorgt ein Buskonfigurator, der das von ihm erzeugte Mapping dem Programmiersystem für die SPS-Programmierung bereitstellt.

Sercos III als universelle Netzwerkschnittstelle

Um Sercos III nicht nur für die Antriebskommunikation, sondern auch als universelle Netzwerk-Schnittstelle für beliebige Peripheriegeräte verwenden zu können, musste somit eine Konfiguriermöglichkeit auf Basis einer Gerätebeschreibung geschaffen werden. Dabei handelt es sich um Dateien, die der Syntax und der Semantik einer Gerätebeschreibungssprache folgen.

Die Gerätebeschreibungsdateien werden hierfür dem Parametrierungs- und Konfigurierungswerkzeug bereitgestellt. Dieses liest aus den Dateien die Informationen heraus, die es zur Parametrierung und Konfigurierung benötigt. Dazu muss das Gerät nicht vorhanden oder an den Bus angeschlossen sein. Konkret hat die Anwender- und Herstellervereinigung Sercos International zu diesem Zwecke zwei Sprachen entwickelt: die Gerätebeschreibungssprache SDDML (Sercos Device Description Markup Language) sowie die Profilbeschreibungssprache SPDML (Sercos Profile Description Markup Language). Mit ihnen lassen sich Geräte sowie die durch sie bereitgestellten Funktionen für die Offline- Konfiguration und für eine einfache Anzeige in einem generischen Engineeringwerkzeug beschreiben.

Die Buskonfiguration: Über das Sercos Configuration Interface (SCI) lassen sich Sercos-III-Netzwerke einheitlich beschreiben und von einem Master verarbeiten.

Bei SDDML handelt es sich um eine XML-Beschreibung für Sercos-III-Geräte, die sich an dem Sercos-III-Gerätemodell orientiert. Es wird jeweils ein Device beschreiben, das aus mehreren Subdevices bestehen kann. Zusätzlich können dem Konfigurationswerkzeug erweiterte Informationen zur Verfügung gestellt werden. So ist es beispielsweise möglich, Regeln zu beschreiben, welche I/O-Komponenten innerhalb eines modularen Gerätes kombinierbar sind. Weichen Wertebereiche eines Parameters des beschriebenen Gerätes (so genannte Identification Numbers - IDNs) von den im Profil festgelegten Werten ab, weil beispielsweise nicht die komplette Funktion implementiert ist, lässt sich dies ebenfalls in der Gerätebeschreibung darstellen.

In der aktuellen Version umfasst die SDDML die funktionsspezifischen Profile (FSP) IO und Safety. Dadurch sind Block-I/Os, Modular-I/Os und sichere Geräteparameter beschreibbar. Für einen Sercos-III-Offline-Konfigurator ist es jedoch unabdingbar, auch auf die Gerätebeschreibungsdateien von Antrieben zurückzugreifen.

Komplexität der Antriebe setzt Grenzen

Die Komplexität der Antriebe setzt allerdings gewisse Grenzen, da sich die Funktionalität eines Antriebs nicht auf einfache Eingangs- und Ausgangssignale beschränkt, sondern vielfältige und teilweise auch komplexe Funktionen mit einer entsprechenden Variantenvielfalt beinhaltet.

Über eine standardisierte Schnittstelle, sprich ein XML-basiertes Austauschformat, wird die Netzwerk-Konfiguration beschrieben.

Eine einfache, parameterbasierte Antriebs-Beschreibung in SDDML - in Kombination mit ergänzenden Profilbeschreibungen über SPDML - ist ein praktikabler Ansatz für einen Offline-Konfigurator. Die SPDML bietet die Möglichkeit, Profil-Elemente zu beschreiben. Bei diesen Profil-Elementen kann es sich einerseits entweder um IDNs oder Bereiche in den Echtzeit-Telegrammen von Sercos III handeln. Eine derartige Beschreibung beinhaltet die Möglichkeit, Wertebereiche festzulegen, Bitleisten mit einer Semantik zu belegen, Abhängigkeiten von Profilelementen zu beschreiben und Diagnoseund Fehlercodes Klartextanzeigen für beliebige Sprachen zuzuordnen. Beide Sprachen, die SDDML und die SPDML, bildeten schließlich die Basis für die Entwicklung einer entsprechenden Offline-Konfigurations-Schnittstelle - genannt Sercos Configuration Interface (SCI). Diese Schnittstelle gibt es in zwei Varianten:

• Eine XML-Schnittstelle basierend auf einem XSD-Schema.
• Eine optionale Variante für Systeme mit begrenzten Ressourcen (Embedded Systeme) als binäres Pendant der XMLSchnittstelle.

Durch die Verwendung der weit verbreiteten Beschreibungssprache XML sind die Konfigurationsdateien übersichtlich aufgebaut und leicht validierbar. Mit Hilfe einfacher Editoren oder kompletter Support-Tools können die Dateien gelesen, grafisch visualisiert und verändert werden. Die SCI-Schnittstelle legt die Netzwerk-Konfiguration fest und definiert, welche Slaves vorhanden sein müssen und welche optional vorhanden sein können. Die Identifizierung der Slave-Geräte erfolgt über Kriterien, die in der Datei beschrieben sind. Außerdem legt die Konfigurationsdatei über ein generisches Verfahren die Parametrierung der einzelnen Geräte fest. Darüber hinaus kann die Parametrierung des Masters vorgenommen werden.

Ergänzend zur SCI-Schnittstelle, die die Netzwerkkonfiguration und -Initialisierung definiert, bedient sich Sercos III der offenen und herstellerübergreifenden FDT-Technologie, um die Konfiguration, Wartung und Diagnose von Automatisierungsgeräten über einheitliche Engineering-Werkzeuge zu ermöglichen. FDT (Field Device Tool) ist primär eine Schnittstellendefinition, die unabhängig vom Kommunikationsprotokoll ist. Über standardisierte DTM-Gerätetreiber (Device Type Manager), die in eine FDTRahmenapplikation eingebunden sind, stellt sie mit einer grafischen Bedienoberfläche Spezialwerkzeuge für die detaillierte Analyse der Geräte zur Verfügung.

DTM-Applikation reduziert Anwendungskomplexität

Die DTM-Gerätetreiber ermöglichen die vollständige Gerätekonfiguration und -diagnose über grafische Bedienerdialoge. Die DTM-Applikation bietet somit ein einheitliches Bedienfenster für die Inbetriebnahme, Parametrierung und Diagnose der Feldgeräte. Dies reduziert die Komplexität in der Anwendung und erhöht die Transparenz für Bediener und Servicetechniker.

Über die FDT/DTM-Technologie lassen sich Sercos-III-Geräte zum Zwecke der Konfiguration, Wartung und Diagnose einfach in Enginnering-Tools einbinden.

Um die Erweiterung der FDT-Technologie für das Sercos-III-Protokoll zu spezifizieren, haben die FDT Group und Sercos International im November 2008 eine Kooperation vereinbart und eine gemeinsame Arbeitsgruppe eingerichtet. Diese Arbeitsgruppe hat bereits einen Spezifikationsentwurf erarbeitet, in dem XML-Schemata zur Implementierung von Gerätemanagern (DTM) für Sercos-IIIGeräte in einem Automatisierungsnetzwerk definiert sind. Vor der geplanten Verabschiedung des Spezifikationsentwurfes im November 2009 wird die Spezifikation anhand erster Prototyp-Implementierungen verifiziert.

Auf der Grundlage der FDT-Spezifikationserweiterung kann ein Gerätehersteller ein Sercos-III-Gerät mit einem selbst erstellten und auf das Gerät zugeschnittenen DTM ausliefern oder die Dienste eines FDT/DTM-Dienstleisters für die Entwicklung eines solchen DTM in Anspruch nehmen. In diesem Fall wird der DTM direkt in die entsprechende Rahmenapplikation eingebunden. Daneben gibt es weitere Möglichkeiten, DTMs für die Geräte- Integration in eine FDT/DTM-Umgebung zu erstellen.

Dieser Weg führt über die SDDML-konformen Gerätebeschreibungsdateien, welche per generischer (auf allgemeinen Regeln basierende) Konvertierung in entsprechende Geräte-DTM überführt werden. Ein generischer Geräte- DTM überführt die Inhalte einer Sercos- III-Gerätebeschreibung in ein Objekt-Daten- Modell und erstellt daraus das Geräte-Daten-Modell. Die Gerätebeschreibung kann dabei bereits als Datei vorliegen oder lässt sich auch direkt aus dem im Gerät hinterlegten und über das Bus-System (online) zugänglichen Parametersatz generieren.

Dieser Ansatz ist für viele Sercos-III-Geräte - insbesondere bei geringer Konfigurationskomplexität - völlig ausreichend und greift auch bei komplexen Geräten mit einem minimalistischen Gerätebeschreibungsaufwand, wie zum Beispiel bei intelligenten Antrieben. Auch kann ein generischer Sercos-III-Geräte-DTM mit Gerätebeschreibungsdateien verschiedener Hersteller für unterschiedliche Geräte- Typen und -Familien umgehen und diese in eine FDT/DTM-Umgebung integrieren. Erste Sercos-III-DTM-Prototypen sind auf der kommenden Hannover Messe (20. bis 24. April) zu sehen.

Autor:
Peter Lutz ist Geschäftsführer von Sercos International.