SERCOS总线介绍

1、SERCOS总线介绍1简介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。图3: SERCOS工作时序图通信周期内的数据传输采用时分多址 TDMA (Time DivisionMultiple 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A

2、Tx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）：CPO: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

3、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

4、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 DataLink Control )国际标准，其格式如图4所示：, 育致数据f指令威反哦)_电报开始符地址校验电报結束符111111016位16ft1111110图4： SERCOS协议基本电报格式SERCOS协议共定义了三种电报类型：(1)主站同步电报 MST (Master Synchronous Telegram由主站以固定的周期发向所

5、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：BOFAddressINFOF（：SEOF帧廿始口标站地址足广播地信创汽(川个？打表明当前通信的阶段 帧校验序列帧姑束(01111110)图5： MST电报码格式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30

6、卩s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*图6: AT电报码格式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

8、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116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

9、快照。下面图7是一个AT应答的电报例子：图7:控制器应答AT电报码的结构例子此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 （ Master Data 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ADRDatja Record 1Data Kecord 2Baca Kecord nFCSF

10、OFmi innOpitral ion Dal a T j)N* 电OfHrml innh1象来心Ofictdi 1.1 tin图8 MDT电报码格式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）； 主站服务信息区 Master Service

11、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的从站实时控制的数据和指令。IDN依照应用的不同而不同。FCS下面图9是一个MDT电报的例子（以环网中有三台控制器为例）：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图9： MDT电报码的结构例子该MDT电报码是分别把速度指令和转矩限制发送给三台控制器（4） IDN （目标识别码）简介上面在MDT和AT电报码中都用到了 IDN码，下面对IDN码做 一个简要的介绍。IDN是IDentification

13、Number缩写，意思是身份识别码。所有的运动控制和控制器通信都要通过IDN来实现，所有参数化的数据， 如缩放比例，环路增益，实时环通信的判断信息都是通过IDN来实现的。SERCOS通过此方法来标准化大部分公共的端口数据。IDN可对下列参数进行操作： 参数（如速度环增益，软件限位等） 诊断（例如电流过流等） 状态（例如实际速度，实际扭矩，数字输入等） 命令（例如速度命令，原点回归命令等） 系统（例如MDT错误计数，周期间隔等）SERCOS为标准化指令分配了 32767个IDN码，其中的500多个 就可以定义一个复杂的运动控制和I/O指令。IEC标准中IDN的格式如下：IDN|名称（M）功能/描

14、述I1最小输入值11壌炜入值11比例/分辨率11軸IDN电报码又分2种：实时数据IDN (S)和厂商自定义的IDN(P)。实时数据IDN (S): IEC标准定义了许多实时数据的IDN，例如 在每一个通信周期，主站都会发送一系列包含IDN的MDT指令来验 证环网中控制器的实时运行数据和驱动命令。从站使用包含116个IDN码的AT电报码来报告诸如速度，转矩，和位置给主站。其序号 在032767间。女如: IDN040是马达的实际速度，IDN41是回归原点 时的速度。用户自定义的IDN (P):为了避免限制控制器或驱动器的发展， IEC规定了 32767个由厂家定义的IDN码，从而可以由厂家在他们

15、自 己的产品中加入一些特殊的功能。标准规定由厂家自定义的IDN只能用在一些附加的功能上，而不能控制一些已经存在的标准函数，以 保障SERCOS的通用性。此类IDN的序号在3276865535间。女口，丹纳赫CD系列伺服控制器的最小马达感应系数是 P0025, 则其 IDN 为 32768+ 25 = 32793。以下是一些常见的IDN码列表：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