SERCOS總線介紹

1、SERCOS總線介紹1簡(jiǎn)介SERCOS協(xié)議定義了三種電報(bào)類型：主站同步電報(bào) MST，伺服電 報(bào)AT和主站數(shù)據(jù)電報(bào)MDT (下文詳細(xì)介紹)。如圖3是SERCOS 系統(tǒng)的工作時(shí)序圖，周期時(shí)間為0.062, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 3, 65ms可選，主要取決于控制方式和從站數(shù)量。圖3: SERCOS工作時(shí)序圖通信周期內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸采用時(shí)分多址 TDMA (Time DivisionMultiple Access )方式控制。主站以固定的周期廣播發(fā)送主站同步電 報(bào)MST,表示一個(gè)通信周期的開(kāi)始。所有的從站將同時(shí)接收到 MST, 并以此為基準(zhǔn)，在預(yù)定的時(shí)刻 T1.x發(fā)送伺服電報(bào)A

2、Tx給主站。在T2 時(shí)刻，主站廣播發(fā)送主站數(shù)據(jù)電報(bào) MDT給各從站。MDT中包含了 給所有從站的指令數(shù)據(jù)，由從站到指定位置讀取各自的數(shù)據(jù)。所有從 站在T3時(shí)刻同時(shí)執(zhí)行新的MDT打住值，在T4時(shí)刻同時(shí)采樣反饋數(shù) 據(jù)，保證了命令執(zhí)行和狀態(tài)反饋的同步性。SERCOS在環(huán)網(wǎng)中所有控制器都接通電源以后，首先要進(jìn)行一個(gè) 協(xié)議初始化工作，以建立數(shù)據(jù)通信鏈路。SERCOS的初始化過(guò)程分為5 個(gè)通信階段（CP, Communication Phase CP0 CP4）：CPO:檢查SERCOS環(huán)路是否閉合。SERCOS環(huán)路的閉合需要兩 方面的保證：正確連接光纖和所有的從站都工作在中繼器模式 （地址 非0）,當(dāng)然

3、也要保證控制器是好的；CP1 :此階段識(shí)別環(huán)路上的伺服裝置，使用非周期性的數(shù)據(jù)傳輸， 其工作原理是：主站依次向每個(gè)伺服裝置發(fā)送 MDTm （m是控制器的 站地址）電報(bào)，MDTm的地址域中包含的是待識(shí)別的伺服裝置的地址。 如果被識(shí)別的伺服裝置工作正常，則它應(yīng)在下一個(gè)通信周期發(fā)送一個(gè) ATm電報(bào)作為應(yīng)答。如果所有的伺服裝置都正確作出應(yīng)答， 則可以進(jìn) 入下一個(gè)通信階段CP2;CP2:為周期性通信階段CP3和CP4設(shè)置通信參數(shù)，使用和 CP1 相同的非周期性的數(shù)據(jù)傳輸（一般此階段所用的時(shí)間最長(zhǎng)）；CP3:繼續(xù)設(shè)置相關(guān)的伺服參數(shù)，數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)為周期性運(yùn)行定 義的電報(bào)來(lái)實(shí)現(xiàn)；CP4:結(jié)束初始化過(guò)程，系統(tǒng)進(jìn)

4、入正常運(yùn)行階段。在初始化過(guò)程中，如果伺服電源關(guān)閉或出現(xiàn)硬件故障，則狀態(tài)返 回到CP0的狀態(tài)。2、SERCOS數(shù)據(jù)傳輸在SERCOS通信中，所有的數(shù)據(jù)都以數(shù)據(jù)電報(bào)的形式進(jìn)行傳輸。SERCOS協(xié)議通信數(shù)據(jù)采用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制 HDLC (High level DataLink Control )國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其格式如圖4所示：, 育致數(shù)據(jù)f指令威反哦)_電報(bào)開(kāi)始符地址校驗(yàn)電報(bào)結(jié)束符111111016位16ft1111110圖4： SERCOS協(xié)議基本電報(bào)格式SERCOS協(xié)議共定義了三種電報(bào)類型：(1)主站同步電報(bào) MST (Master Synchronous Telegram由主站以固定的周期發(fā)向所

5、有的從站，表示一次通信周期的開(kāi)始， 所有從站都將同時(shí)收到該報(bào)文，主站通過(guò)MST來(lái)控制SERCOS接口 的同步運(yùn)行，從站通過(guò) MST指令來(lái)校驗(yàn)本身的時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)命令執(zhí)行 和狀態(tài)反饋的同步性。下圖5是MST電報(bào)碼的格式：BOFAddressINFOF（：SEOF幀廿始口標(biāo)站地址足廣播地信創(chuàng)汽(川個(gè)？打表明當(dāng)前通信的階段 幀校驗(yàn)序列幀姑束(01111110)圖5： MST電報(bào)碼格式BOF和EOF分別是MST電報(bào)的開(kāi)始和結(jié)束符，Address是主站 發(fā)送電報(bào)碼到從站的地址，INFO是信息區(qū)，指明初始化的階段或當(dāng) 前通信的階段，F(xiàn)CS是校驗(yàn)碼，來(lái)驗(yàn)證所發(fā)送的電報(bào)碼的正確與否。MST電報(bào)碼的發(fā)送只持續(xù)約30

6、卩s的時(shí)間，但它對(duì)于設(shè)定整個(gè)環(huán) 網(wǎng)的時(shí)序和時(shí)鐘同步非常重要。(2)伺服電報(bào) AT (Amplifier (Drive) Telegram )由各個(gè)伺服從站發(fā)給主站，可將多種伺服信息實(shí)時(shí)反饋給主站，如伺服軸的實(shí)際位置、轉(zhuǎn)速、扭矩、報(bào)警信號(hào)、診斷信號(hào)、PLC輸入、 伺服參數(shù)和電機(jī)參數(shù)等。在主站發(fā)出 MST電報(bào)，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的一 段時(shí)間后，第1臺(tái)控制就會(huì)通過(guò)發(fā)送AT指令把它的數(shù)據(jù)放在預(yù)先設(shè) 定的存儲(chǔ)區(qū)，每臺(tái)控制會(huì)連續(xù)發(fā)送 AT指令。圖6是控制器AT電報(bào)碼的格式。該電報(bào)碼由5部分構(gòu)成： 幀開(kāi)始標(biāo)志符BOF 從站控制器的地址ADR 數(shù)據(jù)記錄 幀校驗(yàn)序列FCS 幀開(kāi)始標(biāo)志符EOFBOFADRRecordF

7、CSEOFrData RecordSt at usdr i ver Sei v j ceTnfoOperation Data Fixed parrccordCori fiLitnblr pari of dtti h ivcoitlOperation Data j 朋*林*Op«rat i on l)r)l aOperation Data1 DM*床林Operation Data1 lN*圖6: AT電報(bào)碼格式數(shù)據(jù)記錄部分由不可改寫(xiě)部分（相對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)）和可組態(tài)部分 兩部分組成。 狀態(tài)Status （8 bit）:指明控制器是否準(zhǔn)備好，確認(rèn)控制器處 于正常的運(yùn)行方式； 控制器服務(wù)信息

8、Driver Service Info （2個(gè)字節(jié)Byte）:此數(shù) 據(jù)區(qū)包含諸如轉(zhuǎn)矩極限，運(yùn)行限位，時(shí)間常量，增益等一些非時(shí)間臨 界值（non time-critical）; 操作數(shù)量Operation Data：這是最重要的一些數(shù)據(jù)區(qū)，包括116個(gè)IDN （被稱為目標(biāo)識(shí)別碼，詳細(xì)介紹見(jiàn)下文）報(bào)告數(shù)據(jù)，諸如： 速度，轉(zhuǎn)矩和位置等一些需要反饋給主機(jī)的數(shù)據(jù)，從而可以有效地控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)。例如，如果控制器的模式是速度模式，意味著它從 運(yùn)動(dòng)控制器中接收速度信息，此時(shí)就可以在控制器電報(bào)碼中配置成當(dāng) 前的實(shí)際速度。因?yàn)樗械目刂破鞫荚谕瑫r(shí)測(cè)量其位置，這樣，控制 器就可以為所有的軸的當(dāng)前速度建立一個(gè)實(shí)時(shí)的

9、快照。下面圖7是一個(gè)AT應(yīng)答的電報(bào)例子：圖7:控制器應(yīng)答AT電報(bào)碼的結(jié)構(gòu)例子此AT應(yīng)答是把伺服電機(jī)當(dāng)前的速度（IDN40 ）和轉(zhuǎn)矩（IDN84 ） 反饋給主站。（3）主站數(shù)據(jù)電報(bào) MDT （ Master Data Telegram）由主站在AT命令后發(fā)給從站，向從站發(fā)出控制指令，如伺服軸 的指令位置、轉(zhuǎn)速、扭矩、工作方式選擇、PLC輸出、伺服參數(shù)和電 機(jī)參數(shù)等，各個(gè)從站均能接收到此電報(bào)，并在預(yù)先設(shè)定好的位置找到 各自和數(shù)據(jù)。MDT電報(bào)碼包含一串長(zhǎng)的信息，為環(huán)網(wǎng)上每個(gè)控制器分配了相應(yīng)的區(qū)域，如圖8所示ADRDatja Record 1Data Kecord 2Baca Kecord nFCSF

10、OFmi innOpitral ion Dal a T j)N* 電OfHrml innh1象來(lái)心Ofictdi 1.1 tin圖8 MDT電報(bào)碼格式MDT電報(bào)碼和AT電報(bào)碼非常相似，唯一不同的是數(shù)據(jù)記錄區(qū)（Date Record）包括環(huán)網(wǎng)上每個(gè)控制器相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄區(qū)。和AT電報(bào)碼一樣，在Date Record三部分中，每個(gè)記錄區(qū)也包括一個(gè)固定記 錄和可組態(tài)記錄區(qū)。 控制區(qū)Control（ 8 bit）:可以使能或禁止相應(yīng)的從站控制器， 并為控制器配置服務(wù)通道（服務(wù)通道允許在不干擾實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步傳輸 的情況下，傳送一些更高優(yōu)先級(jí)和非臨界時(shí)間數(shù)據(jù)）； 主站服務(wù)信息區(qū) Master Service

11、Info（2 byte）:執(zhí)行參數(shù)設(shè) 定和一些特殊功能，如：原點(diǎn)回歸，原點(diǎn)探測(cè)和坐標(biāo)偏移等； 對(duì)某個(gè)從站的操作數(shù)據(jù)（Operation Data for driver xx）:此數(shù)據(jù)區(qū)包括一系列的對(duì)某個(gè)環(huán)網(wǎng)上的從站實(shí)時(shí)控制的數(shù)據(jù)和指令。IDN依照應(yīng)用的不同而不同。FCS下面圖9是一個(gè)MDT電報(bào)的例子（以環(huán)網(wǎng)中有三臺(tái)控制器為例）：ConirulMaster Service 1NFODriver Ver loci ty CJ1D(ID X<L :00036)loiqinp limit (ID No. :00092)ACoiilrolMaster ServiceINFODriver Vcrlo

12、city CMD (W Xo. 00036)Torque 1 i in il (JD No. :00092)ConirolMaster Sciv iccINFOD - i vi? r Vc cloci ty (.-Mb (IB Xu. 10.0036)Torque L i in i t.(H) No.怕竝)JBOi' ADDIihH'S HOF圖9： MDT電報(bào)碼的結(jié)構(gòu)例子該MDT電報(bào)碼是分別把速度指令和轉(zhuǎn)矩限制發(fā)送給三臺(tái)控制器（4） IDN （目標(biāo)識(shí)別碼）簡(jiǎn)介上面在MDT和AT電報(bào)碼中都用到了 IDN碼，下面對(duì)IDN碼做 一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。IDN是IDentification

13、Number縮寫(xiě)，意思是身份識(shí)別碼。所有的運(yùn)動(dòng)控制和控制器通信都要通過(guò)IDN來(lái)實(shí)現(xiàn)，所有參數(shù)化的數(shù)據(jù)， 如縮放比例，環(huán)路增益，實(shí)時(shí)環(huán)通信的判斷信息都是通過(guò)IDN來(lái)實(shí)現(xiàn)的。SERCOS通過(guò)此方法來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化大部分公共的端口數(shù)據(jù)。IDN可對(duì)下列參數(shù)進(jìn)行操作： 參數(shù)（如速度環(huán)增益，軟件限位等） 診斷（例如電流過(guò)流等） 狀態(tài)（例如實(shí)際速度，實(shí)際扭矩，數(shù)字輸入等） 命令（例如速度命令，原點(diǎn)回歸命令等） 系統(tǒng)（例如MDT錯(cuò)誤計(jì)數(shù)，周期間隔等）SERCOS為標(biāo)準(zhǔn)化指令分配了 32767個(gè)IDN碼，其中的500多個(gè) 就可以定義一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制和I/O指令。IEC標(biāo)準(zhǔn)中IDN的格式如下：IDN|名稱（M）功能/描

14、述I1最小輸入值11壌煒入值11比例/分辨率11軸IDN電報(bào)碼又分2種：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)IDN (S)和廠商自定義的IDN(P)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)IDN (S): IEC標(biāo)準(zhǔn)定義了許多實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的IDN，例如 在每一個(gè)通信周期，主站都會(huì)發(fā)送一系列包含IDN的MDT指令來(lái)驗(yàn) 證環(huán)網(wǎng)中控制器的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和驅(qū)動(dòng)命令。從站使用包含116個(gè)IDN碼的AT電報(bào)碼來(lái)報(bào)告諸如速度，轉(zhuǎn)矩，和位置給主站。其序號(hào) 在032767間。女如: IDN040是馬達(dá)的實(shí)際速度，IDN41是回歸原點(diǎn) 時(shí)的速度。用戶自定義的IDN (P):為了避免限制控制器或驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展， IEC規(guī)定了 32767個(gè)由廠家定義的IDN碼，從而可以由廠家在他們

15、自 己的產(chǎn)品中加入一些特殊的功能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定由廠家自定義的IDN只能用在一些附加的功能上，而不能控制一些已經(jīng)存在的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，以 保障SERCOS的通用性。此類IDN的序號(hào)在3276865535間。女口，丹納赫CD系列伺服控制器的最小馬達(dá)感應(yīng)系數(shù)是 P0025, 則其 IDN 為 32768+ 25 = 32793。以下是一些常見(jiàn)的IDN碼列表：IDN0033 Secondary Operation ModelIDN0036 Velocity Command ValueIDN0038 Positive Velocity Limit ValueIDN0039 Negative Velocity Limit ValueIDN0040 Velocity Feedback ValueIDN0041 Homing VelocityIDN0042 Homing AccelerationIDN0043 Velocity Polarity ParameterIDN0045 Velocity Data Scali