SERCOS总线通讯原理 点击：5271 | 回复：4
SERCOS协议定义了三种电报类型：主站同步电报MST，伺服电报AT和主站数据电报MDT（下文详细介绍）。如图3是SERCOS系统的工作时序图，周期时间为0.062，0.125，0.25，0.5，1，2，3，…，65ms可选，主要取决于控制方式和从站数量。
通信周期内的数据传输采用时分多址TDMA（Time Division Multiple Access）方式控制。主站以固定的周期广播发送主站同步电报MST，表示一个通信周期的开始。所有的从站将同时接收到MST，并以此为基准，在预定的时刻T1.x发送伺服电报ATx给主站。在T2时刻，主站广播发送主站数据电报MDT给各从站。MDT中包含了给所有从站的指令数据，由从站到指定位置读取各自的数据。所有从站在T3时刻同时执行新的MDT打住值，在T4时刻同时采样反馈数据，保证了命令执行和状态反馈的同步性。
SERCOS在环网中所有控制器都接通电源以后，首先要进行一个协议初始化工作，以建立数据通信链路。SERCOS的初始化过程分为5个通信阶段（CP，Communication Phase，CP0～CP4）：
CP0：检查SERCOS环路是否闭合。SERCOS环路的闭合需要两方面的保证：正确连接光纤和所有的从站都工作在中继器模式（地址非0），当然也要保证控制器是好的；
CP1：此阶段识别环路上的伺服装置，使用非周期性的数据传输，其工作原理是：主站依次向每个伺服装置发送MDTm（m是控制器的站地址）电报，MDTm的地址域中包含的是待识别的伺服装置的地址。如果被识别的伺服装置工作正常，则它应在下一个通信周期发送一个ATm电报作为应答。如果所有的伺服装置都正确作出应答，则可以进入下一个通信阶段CP2；
CP2：为周期性通信阶段CP3和CP4设置通信参数，使用和CP1相同的非周期性的数据传输（一般此阶段所用的时间最长）；
CP3：继续设置相关的伺服参数，数据传输通过为周期性运行定义的电报来实现；
CP4：结束初始化过程，系统进入正常运行阶段。
在初始化过程中，如果伺服电源关闭或出现硬件故障，则状态返回到CP0的状态。
2、SERCOS数据传输
在SERCOS通信中，所有的数据都以数据电报的形式进行传输。SERCOS协议通信数据采用高级数据链路控制HDLC（High level Data Link Control）国际标准，其格式如图4所示：
SERCOS协议共定义了三种电报类型：
（1）主站同步电报MST．ｍａｓｔｅｒSynchronous Telegram）
由主站以固定的周期发向所有的从站，表示一次通信周期的开始，所有从站都将同时收到该报文，主站通过MST来控制SERCOS接口的同步运行，从站通过MST指令来校验本身的时钟，实现命令执行和状态反馈的同步性。
下图5是MST电报码的格式：
BOF和EOF分别是MST电报的开始和结束符，Address是主站发送电报码到从站的地址，INFO是信息区，指明初始化的阶段或当前通信的阶段，FCS是校验码，来验证所发送的电报码的正确与否。
MST电报码的发送只持续约30μs的时间，但它对于设定整个环网的时序和时钟同步非常重要。
（2）伺服电报AT（Amplifier (Drive) Telegram）
由各个伺服从站发给主站，可将多种伺服信息实时反馈给主站，如伺服轴的实际位置、转速、扭矩、报警信号、诊断信号、PLC输入、伺服参数和电机参数等。在主站发出MST电报，经过预先设定的一段时间后，第1台控制就会通过发送AT指令把它的数据放在预先设定的存储区，每台控制会连续发送AT指令。
图6是控制器AT电报码的格式。该电报码由5部分构成：
★ 帧开始标志符BOF
★ 从站控制器的地址ADR
★ 数据记录
★ 帧校验序列FCS
★ 帧开始标志符EOF
数据记录部分由不可改写部分（相对于用户来说）和可组态部分两部分组成。
★ 状态Status（8 bit）：指明控制器是否准备好，确认控制器处于正常的运行方式；
★ 控制器服务信息Driver Service Info（2个字节Byte）：此数据区包含诸如转矩极限，运行限位，时间常量，增益等一些非时间临界值（non time-critical）；
★ 操作数量Operation Data：这是最重要的一些数据区，包括1～16个IDN（被称为目标识别码，详细介绍见下文）报告数据，诸如：速度，转矩和位置等一些需要反馈给主机的数据，从而可以有效地控制伺服电机运动。例如，如果控制器的模式是速度模式，意味着它从运动控制器中接收速度信息，此时就可以在控制器电报码中配置成当前的实际速度。因为所有的控制器都在同时测量其位置，这样，控制器就可以为所有的轴的当前速度建立一个实时的快照。
下面图7是一个AT应答的电报例子：
此AT应答是把伺服电机当前的速度（IDN40）和转矩（IDN84）反馈给主站。
（3）主站数据电报MDT．ｍａｓｔｅｒData Telegram）
由主站在AT命令后发给从站，向从站发出控制指令，如伺服轴的指令位置、转速、扭矩、工作方式选择、PLC输出、伺服参数和电机参数等，各个从站均能接收到此电报，并在预先设定好的位置找到各自和数据。
MDT电报码包含一串长的信息，为环网上每个控制器分配了相应的区域，如图8所示。
MDT电报码和AT电报码非常相似，唯一不同的是数据记录区（Date Record）包括环网上每个控制器相应的数据记录区。和AT电报码一样，在Date Record三部分中，每个记录区也包括一个固定记录和可组态记录区。
★ 控制区Control（8 bit）：可以使能或禁止相应的从站控制器，并为控制器配置服务通道（服务通道允许在不干扰实时数据同步传输的情况下，传送一些更高优先级和非临界时间数据）；
★ 主站服务信息．ｍａｓｔｅｒService Info（2 byte）：执行参数设定和一些特殊功能，如：原点回归，原点探测和坐标偏移等；
★ 对某个从站的操作数据（Operation Data for driver xx）：此数据区包括一系列的对某个环网上
SERCOS简介
1、SERCOS概述
SERCOS是SErial Real COmmunication System的简写，意思是串行实时通讯系统，它是数字控制系统中连接数字器、驱动器、执行机构以及输入/输出部件，在彼此间进行串行通信的国际标准。由此可以看出，SERCOS具有一定的I/O处理能力，但主要是为运动控制而设计的总线标准，这个总线标准即EN61491（IEC61491）总线标准。
2、SERCOS接口结构
一个SERCOS通信系统由一个主站和若干个从站组成，这些单元通过光纤连接成一个环网。光纤环网开始于主站，从站可以更新、复制它所接收到的数据，同时也能发送自己的信号给主站。从主站发出的信号可以被所有的从站接收，同时也能接收来自从站的数据。如下图所示：
SERCOS驱动卡是SERCOS通信系统中的集成芯片，它包含SERCOS接口所有与硬件相关有功能函数，这样就有效降低了硬件成本和减少微处理器的计算时间。
3、SERCOS和PROFIBUS现场总线的性能比较
基于上位机控制的典型的运动控制系统如下：
一个SERCOS运动控制系统由一个主站（Master）和若干个从站（Slave）组成。主站负责将上位机连接入环路，从站负责将伺服装置、I/O模块、A/D模块等连接到环路上，每个从站可以连接一个或多个伺服装置。
各站之间采用光纤连接，构成环型网。数据在光纤环网中的通信速度可达4～10Mbit，站间的最大距离为80m（塑料光纤）或400m（玻璃光纤），理论上，一个主站最多可以控制254个从站。但实际应用中，每个主站控制的伺服装置总数受通讯周期时间、运行模式、数据传输率等诸多因数的影响。光纤连接头标准为F－SMA（CE160874－2）。
SERCOS总线介绍
SERCOS(serial real time communication specification)是一种用于数字伺服和传动系统的现场总线接口和数据交换协议，能够实现工业控制计算机与数字伺服系统、传感器和可编程控制器I/O口之间的实时数据通讯。1995年，SERCOS接口协议被批准为IEC1491 SYSTEM-Interface国际标准。它也是目前用于数字伺服和传动系统数据通讯的唯一国际标准，在各种数控机械设备中获得了广泛的应用。
SERCOS接口由一个主站（Master）和若干个从站（Slave，1～254个伺服、主轴或PLC-IO）组成，各站之间采用光缆联接，构成环形网，见图。 站间的最大距离为80m（塑料光纤）或240m （玻璃光纤），最大从站数为254，数据传输率为2Mbit/s到16Mbit/s。
SERCOS协议定义了主站同步电报MST、伺服电报AT和主站数据电报MDT三种电报类型。主站同步电报MST由主站以固定周期发向所有从站，表示一次通讯周期开始，所有从站都将同时接收到该电报，主站通过它来控制各个从站的同步运行；伺服电报AT由各个伺服从站发往主站，可将多种伺服信息实时反馈给主站，如伺服轴实际位置、转速、扭矩、报警信号、诊断信号、状态应答信号、PLC输入、伺服参数和电机参数等；主站数据电报MDT由主站发给从站，向从站发出控制指令，如：伺服轴指令位置、转速、扭矩、工作方式选择、PLC输出、伺服参数和电机参数等，各个从站均能接收到此电报，并在指定位置找到各自的数据。
SERCOS协议规定，系统在初始化阶段，主站必须完成网络通讯参数的配置，主要包括：系统通讯周期Tscyc，各个伺服电报ATx的发送时间T1.1、T1.2、…、T1.n，主站数据电报MDT的发送时间T2，各个从站控制数据MDTx在MDT数据区中的位置和MDT的长度等。系统初始化需要四个阶段，以上数据必须在规定的阶段由主站采用服务通道方式完成配置。
通常，SERCOS标准的底层通讯协议——物理层和数据链路层——的实现是由SERCOS接口控制芯片来完成的，常用的芯片有SERCON410A/B、SERCON816等，但要实现应用层的功能则必须自己开发驱动程序或购买第三方开发的软件包。对于伺服系统来说，用户购买的从站设备已经由设备制造商按照从站的通讯规则编好了控制程序，他所要做的只是开发主站的应用层驱动程序，通过控制主站来实现通讯网络的建立和正常运作。
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