现场总线控制系统（FCS）系列：Bosch Rexroth Sercos III_（1）.SercosIII概述.docx

PAGE1

PAGE1

SercosIII概述

1.SercosIII简介

SercosIII（SerialReal-timeCommunicationSystem）是一种高性能的实时通信协议，广泛应用于工业自动化领域，特别是在运动控制、机器人技术和过程控制中。SercosIII是SercosII的演进版，不仅保留了SercosII的实时性和可靠性，还增加了更多的功能和灵活性，以适应现代工业自动化的需求。

1.1SercosIII的历史

Sercos（SerialReal-timeCommunicationSystem）协议于1987年首次发布，旨在为工业自动化设备提供一种实时、可靠的通信方式。最初的SercosI协议主要基于光纤通信，用于连接数控系统（CNC）和伺服驱动器。随着技术的发展，SercosII于1999年推出，支持光纤和双绞线通信，进一步提高了系统的灵活性和可靠性。SercosIII则于2003年发布，是一种全数字的实时以太网通信协议，支持更多的设备类型和更高的数据传输速率。

1.2SercosIII的特点

高性能实时性：SercosIII能够在1毫秒内完成100个轴的同步通信，确保了运动控制的精确性和可靠性。

高可靠性：采用冗余网络结构和错误检测机制，确保数据传输的高可靠性。

灵活性：支持多种网络拓扑结构（如环形、线形、星形等），适用于不同的工业环境。

开放性：SercosIII是一个开放标准，得到了多家设备制造商的支持。

互操作性：支持多种设备类型，如伺服驱动器、I/O模块、安全设备等，确保不同品牌设备之间的互操作性。

安全性：支持安全通信协议，确保设备和操作人员的安全。

2.SercosIII的技术架构

SercosIII采用基于以太网的通信架构，通过标准的以太网物理层和数据链路层实现设备之间的通信。其技术架构主要包括以下几个层次：

2.1物理层

物理层负责数据的物理传输，SercosIII支持标准的100BASE-TX和1000BASE-T以太网物理层。这使得SercosIII可以利用现有的以太网基础设施，降低了系统的部署成本。

2.2数据链路层

数据链路层负责数据的帧结构和传输控制。SercosIII使用了一种称为“Sercos帧”的特殊帧结构，每个帧包括多个子帧，每个子帧可以携带不同的数据类型，如控制数据、状态数据、配置数据等。SercosIII的数据链路层还支持环形网络的自动配置和故障检测。

2.3网络层

网络层负责设备之间的地址管理和路由。SercosIII使用设备的逻辑地址（LogicalDeviceAddress,LDA）和物理地址（PhysicalDeviceAddress,PDA）来唯一标识网络中的设备。网络层还支持动态设备发现和配置，使得系统更加灵活。

2.4传输层

传输层负责数据的可靠传输和错误检测。SercosIII使用了一种称为“确认机制”的传输控制协议，确保每个数据包都能被正确接收。此外，SercosIII还支持数据包的重传和冗余路径，进一步提高了系统的可靠性。

2.5应用层

应用层负责具体的应用协议和数据处理。SercosIII支持多种应用协议，如运动控制协议、I/O协议、安全协议等。这些协议定义了设备之间的通信规则和数据格式，使得不同类型的设备可以协同工作。

3.SercosIII的工作原理

SercosIII的工作原理基于周期性的数据传输和同步机制。每个通信周期（通常为1毫秒）内，主设备（如PLC或CNC）向从设备（如伺服驱动器或I/O模块）发送控制数据，并接收从设备的状态数据。以下是SercosIII通信周期的详细步骤：

周期开始：主设备发送一个周期开始（CycleStart）信号，通知所有从设备新的通信周期开始。

数据发送：主设备按照预定义的通信配置，向每个从设备发送控制数据。这些数据可以包括运动命令、I/O设置等。

数据接收：从设备接收到控制数据后，执行相应的操作，并生成状态数据。

数据返回：从设备在下一个周期开始前，将状态数据返回给主设备。

周期结束：主设备接收所有从设备的状态数据后，通信周期结束，准备进入下一个周期。

3.1同步机制

SercosIII的同步机制确保了所有设备在每个通信周期内都能同步工作。主设备通过发送周期开始信号（CycleStart）来同步所有从设备的时钟。从设备接收到CycleStart信号后，会调整自己的时钟，确保与主设备的同步。

3.2通信配置

SercosIII的通信配置可以通过配置工具（如SercosConfigurationTool）来完成。配置工具允许用户定义网络拓扑结构、设备地址、通信周期等参数。配置完