现场总线控制系统（FCS）系列：Bosch Rexroth Sercos III_（2）.SercosIII协议原理.docx

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SercosIII协议原理

1.SercosIII概述

Sercos（SerialReal-timeCommunicationSystem）是一种实时通信协议，广泛应用于工业自动化领域，特别是在数控机床、包装机械、机器人和运动控制等场景中。SercosIII是Sercos协议的必威体育精装版版本，它在保持原有优点的基础上，引入了更多的功能和更高的性能，使其成为现代工业控制系统中的首选通信协议之一。

1.1SercosIII的历史与发展

Sercos协议最初于1980年代末期由德国和日本的几家公司联合开发，旨在为数控机床和机器人提供一种高效、可靠的通信手段。经过多次迭代，SercosIII在2003年发布，正式成为国际标准（IEC61491）。SercosIII不仅继承了前代协议的实时性和可靠性，还增加了对以太网的支持，使其能够与现代工业网络无缝集成。

1.2SercosIII的主要特点

实时性：SercosIII通过周期性的数据传输确保了实时性，适用于高精度的运动控制。

可靠性：采用冗余机制和错误检测机制，确保数据传输的高可靠性。

高速传输：支持高达100Mbps的数据传输速率，满足高带宽需求的应用。

灵活性：支持多种网络拓扑结构，如线性、环形和星形。

兼容性：与现有的以太网基础设施兼容，方便集成和扩展。

安全性：支持数据加密和认证机制，确保通信的安全性。

2.SercosIII通信模型

2.1通信层次结构

SercosIII的通信模型基于OSI七层模型，但进行了简化和优化，主要用于实时数据传输。以下是SercosIII的通信层次结构：

物理层：负责物理信号的传输，支持光纤和双绞线两种传输介质。

数据链路层：负责数据帧的传输和错误检测，采用环形拓扑结构。

网络层：负责网络地址的管理，确保数据包的正确路由。

传输层：负责数据的可靠传输，包括数据包的拆分和重组。

会话层：负责建立和维护通信连接，支持多点通信。

表示层：负责数据格式的转换和解释。

应用层：负责具体的应用逻辑，如运动控制、过程控制等。

2.2通信周期

SercosIII采用周期性的数据传输机制，每个通信周期分为以下几个阶段：

同步阶段：所有节点同步时钟，确保实时性。

数据传输阶段：主节点向从节点发送控制数据，从节点向主节点发送状态数据。

错误检测阶段：检测数据传输过程中的错误，确保数据的完整性。

2.3数据帧结构

SercosIII的数据帧结构包括以下几个部分：

前导码：用于同步和识别帧的开始。

帧头：包含帧类型、目标地址、源地址等信息。

数据：实际传输的数据内容。

帧尾：包含校验码，用于错误检测。

2.4网络拓扑结构

SercosIII支持多种网络拓扑结构，常见的包括：

线性拓扑：节点依次连接，形成一条直线。

环形拓扑：节点形成一个闭环，提高可靠性。

星形拓扑：所有节点连接到一个中心节点，便于管理。

3.SercosIII通信协议

3.1协议栈

SercosIII的协议栈从下到上分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每个层次都有其特定的功能和协议规范。

3.2帧类型

SercosIII支持多种帧类型，主要包括：

同步帧：用于节点之间的时钟同步。

数据帧：用于传输控制数据和状态数据。

诊断帧：用于传输诊断信息，便于系统维护。

配置帧：用于配置网络参数和节点参数。

3.3数据传输机制

SercosIII采用主从通信模式，主节点负责发起和管理通信，从节点响应主节点的请求。数据传输机制包括：

周期性传输：主节点按固定周期向从节点发送控制数据，从节点按相同周期返回状态数据。

非周期性传输：用于传输诊断信息和配置信息，不受周期性限制。

3.4错误检测与处理

SercosIII通过多种机制确保数据传输的可靠性：

CRC校验：每个数据帧包含循环冗余校验码，用于检测数据传输错误。

重传机制：如果检测到错误，节点可以请求重传数据帧。

冗余机制：支持双环冗余，即使一个环路故障，另一个环路仍能继续工作。

4.SercosIII网络配置

4.1网络规划

在配置SercosIII网络时，需要考虑以下因素：

节点数量：确定网络中节点的数量，确保网络负载合理。

通信周期：根据应用需求选择合适的通信周期，通常为1ms到32ms。

网络拓扑：选择合适的网络拓扑结构，如线性、环形或星形。

4.2配置工具

BoschRexroth提供了多种配置工具，如IndraWorks和SercosConfigurator，帮助用户进行网络配置。

4.2.1IndraWorks

IndraWorks是BoschRexroth的综合配置工具，支持