Digitale Soft-motion controller
SoftSercans geeft de sleutel

De fabrieksautomatisering blijft niet gespaard van de IT-revolutie. Bij de motoren van het toekomstige era zal de software zich afsplitsen van de hardware op sturingsniveau en netwerking. Deze afsplitsing veroorzaakt een nieuwe taakverdeling in de industrie. Een toelichting.

version française

IT in een vernette productie is niet alleen op het gebied van materiaaltracking te optimeren. De correlatie tussen machinegedrag en productieresultaat, zoals bijvoorbeeld uitvaltijden, kwaliteit en productiviteit kan in een vernette omgeving compleet en statistisch weergegeven worden. Het lokaliseren van de bottlenecks en de eliminatie ervan zorgen voor een continue productiviteitsverbetering. 

Integratie in de IT-wereld
Wat betekenen deze nieuwe eisen nu voor de machinebouwer en systeemintegrator? Het voldoet niet meer om machinefuncties sturingstechnisch te realiseren. De systeemsturing moet kritisch machinegedrag digitaal aangeven, met de IT-wereld communiceren en indien nodig herhaaldelijk nieuwe instellingen implementeren. Deze digitale informatie over het machinegedrag geeft de mogelijkheid tot SPC (Statistical Process Control), de correlatie tussen procesfouten en machinegedrag te identificeren en te verbeteren. Toekomstgerichte machinebouwers zullen hun producten moeten voorzien van deze mogelijkheden om de trein niet te missen.

Servosturingsdata gebruiken
De digitale servo-aandrijvingen zijn daarbij een van de belangrijkste bronnen van informatie en bezitten naast nauwkeurig reproduceerbare en cyclisch opvraagbare gegevens over verplaatsing, snelheid, en versnelling, eveneens informatie over de thermische belasting van de motor etc.. Een voor een belangrijke parameters die van belang zijn voor de verbetering van het proces. De machinesturing op zich zal zich in de toekomst ook meer en meer moeten bezighouden met de digitale aandrijfsturing. Afgezien van een aantal propriëtaire oplossingen was er tot op heden geen volwaardige oplossing voor digitale Soft-CNC op basis van de realtime uitbreidingsmogelijkheden van Windows.

SoftSercans
Op de laatste Hannover Messe stelde Rexroth Indramat een open digitale techniek voor die voor Soft-PLC’s nieuwe mogelijkheden biedt. SoftSercans is een softwaredriver voor Sercos op basis van de realtimetool Windows RTX van VenturCom. Het bevat Sercos hoofdfuncties zoals het initialiseren van het netwerk en het verwerken van cyclisch en niet-cyclisch dataverkeer zoals bijvoorbeeld diagnose. SoftSercans maakt het mogelijk elke willekeurige CNC-software, die op een RTX-platform geschreven is, met producten van eender welke Sercos compatibele aandrijving te laten communiceren en ze te sturen. Daarmee is het doel bereikt dat de Soft-PLC en de Soft-CNC onder hetzelfde dak komen te wonen en dat de installateur een open, totaal geïntegreerde oplossing kan aanbieden. SoftSercans bouwt op de architectuur van de reeds in 1995 voorgestelde actieve Sercoskaart Sercans. Sercans heeft een eigen processor en periferie om Sercos-hoofdfuncties op zich te nemen en biedt de CNC-sturing een Dual Port RAM (DPR) als communicatie-interface aan. De sturing voert op cyclische interruptsignalen lees- en schrijfacties uit. De sturingsontwikkelaar moet op deze manier niets kennen van de interne keuken van de Sercos-masters. De DPR-interface en eenvoudige toegang reduceren de moeilijkheidsgraad van de Sercos-implementatie. 

Determinisme
Het protocol geeft de aandrijftechniek een structuur die omschreven wordt met meer dan 400 standaardparameters. Dit wordt niet omschreven in het 7-lagen-model van OSI, maar is noodzakelijk wanneer de compatibiliteit tussen de verschillende aandrijfproducten en de complexiteit ervan verzekerd dient te worden. Sercos is de enige spraakconventie voor de aandrijftechniek waarmee men fabrikantonafhankelijke software kan ontwikkelen. Zoals DOS en Windows als quasi-standaard het ontstaan van een softwaremarkt voor PC mogelijk maken, zo maakt SoftSercans de ontwikkeling van sturingssoftware mogelijk. Sercos heeft fysische mechanismen die een tijdelijke opsplitsing tussen de dataoverdracht en het moment dat het bevel uitgevoerd wordt, mogelijk maken. De configureerbaarheid van de gebeurtenissen op een cyclische tijdsas maakt het mogelijk voor Sercos om systeemintern een hoogwaardig determinisme te realiseren en om een tijdvenster ter beschikking te stellen dat de realtimetool van Windows gebruikt voor de cyclische communicatie met het hart van de sturing. Daarbij wordt de extra belasting van de realtime uitbreiding van 20µs of groter zonder probleem door de beschikbare bandbreedte opgevangen. De compacte overhead van Sercos laat toe dat een bruikbare bandbreedte voor cyclische communicatie verzekerd wordt. Ethernet of Firewire hebben niet die configureerbaarheid van de cyclustijd, waardoor niet voldaan kan worden aan de extra eisen van de Windows realtime-uitbreiding. Standaardveldbussen met aandrijfambities hebben meestal een grote overhead, zodat ze geen bruikbare bandbreedte voor korte cyclustijden ter beschikking kunnen stellen. Sercos is de enige technologie die een producentonafhankelijke software-interface zoals SoftSercans mogelijk kan maken. 

Tot 40 assen
De architectuur van SoftSercans ondersteunt tot 40 assen en is voor de minimale Sercos cyclustijden van 500 µs berekend. Voor een cyclustijd van 2 ms ondersteunt SoftSercans ca.18 assen, wanneer men verondersteld een Pentium met 200 MHz en 4 Mbit/s Sercoscyclustijd te gebruiken. SoftSercans heeft een dynamische configureerbaarheid en past zich aan de hardwareomgeving aan. Met een zwaardere processor en een 16 Mbit/s data-uitwisseling, hetgeen met de nieuwe ASIC Sercon816 gerealiseerd wordt, kan men het aantal assen in de keten verder uitbouwen. De eerste praktijkervaringen vertellen ons dat SoftSercans maar een klein deeltje van de rekencapaciteit van de PC vergt, zodat de Soft-PLC, Soft-CNC, en de HMI (Human Machine Interface) gezamenlijk op eenzelfde PC ondergebracht kunnen worden zonder aan prestaties te moeten inleveren. Rexroth Indramat wil deze technologie als een vrije software op de markt aanbieden. SoftSercans wordt op het internet als freeware ter beschikking gesteld. 

Plug‘n’Play
Om praktisch de Sercosverbinding door middel van SoftSercans op te zetten heeft men een passieve Sercos-kaart nodig. Deze kaarten worden door verschillende fabrikanten aangeboden. 
Verondersteld wordt dat de kaart automatisch door SoftSercans bij het initialiseren herkend wordt en dat de overeenkomstige softwareconfiguratie automatisch ingesteld wordt. Passieve Sercos-kaarten kosten vandaag de dag ongeveer een 10.000 BEF. Goedkopere kaarten zullen zich in de nabije aanbieden, waardoor de kostenfactor voor een Sercos-masterverbinding een extra motivatie is naast de technische voordelen die ermee gepaard gaan. 
SoftSercans is een basis waarop fabrikantonafhankelijke softwarecomponenten ontwikkeld kunnen worden. Dit geeft natuurlijk talrijke mogelijkheden, waaronder tal van CNC-basistoepassingen. Hier spreekt men dan van softwareproducten met CNC basisfuncties en een open structuur, zodat er toepassingsspecifieke software op kan worden gezet. Op deze manier wordt de mogelijkheid gegeven om met een in verhouding kleine investering een verkoopsklaar sturingsproduct te fabriceren. 
Daarbij ontstaan er weer heel wat mogelijkheden zowel voor de PLC-fabrikant, de systeemintegrator als de OEM-klanten.
www.sercos.com

'Soft-motion controller' numérique
SoftSercans apporte la réponse

La révolution IT n’épargne pas l’automatisation industrielle. Dans les moteurs de la prochaine génération, le logiciel se détachera du matériel au niveau de la commande et de la mise en réseau. Cette séparation entraînera une nouvelle répartition des tâches dans l’industrie. Explications.

Dans une production en réseau, l’IT ne doit pas uniquement être optimisé au niveau de la traçabilité du matériel. La corrélation entre le comportement de la machine et le résultat de production, comme les temps d’arrêt, la qualité et la productivité, peut être représentée en détail et statistiquement dans un environnement en réseau. La localisation des goulots d’étranglement et leur élimination assurent une amélioration continue de la productivité.

Intégration dans le monde IT
Quelles sont les conséquences de ces nouvelles exigences pour le constructeur de machines et l’intégrateur de systèmes?
Il n’est plus suffisant de réaliser des fonctions de machines d’un point de vue commande. La commande du système doit indiquer numériquement le comportement critique de la machine, communiquer avec le monde IT et, si nécessaire, implémenter à plusieurs reprises de nouveaux paramètres de réglage. Cette information numérique sur le comportement de la machine permet au SPC (Statistical Process Control) d’identifier et d’améliorer la corrélation entre les erreurs de processus et le comportement de la machine. Les constructeurs de machines orientés vers l’avenir devront équiper leurs produits de ces possibilités s’ils ne veulent pas rater le coche.

Utiliser les données de la servocommande
Les servo-entraînements numériques sont une des principales sources d’informations à cet égard. Outre des données sur le déplacement, la vitesse et l’accélération, reproductibles avec précision et pouvant être consultées de façon cyclique, ils disposent également des informations sur la charge thermique du moteur, etc. Autant de paramètres capitaux pour l’amélioration du processus.
La commande machine devra à l’avenir assumer de plus en plus la commande de l’entraînement numérique. Mises à part quelques solutions propriétaires, il n’existait à ce jour aucune solution de qualité en matière de SoftCNC, basée sur les possibilités d’extension temps réel de Windows.

SoftSercans
Lors de la dernière édition de la Hannover Messe, Rexroth Indramat a présenté une technique numérique ouverte, offrant de nouvelles possibilités pour les SoftPLC. SoftSercans est un driver logiciel pour Sercos, basé sur l’outil temps réel Windows RTX de VenturCom. Il comprend les fonctions principales de Sercos telles que l’initialisation du réseau et le traitement du trafic de données cycliques et acycliques comme par exemple le diagnostic. SoftSercans permet de faire communiquer et de piloter chaque logiciel CNC, écrit sur une plate-forme RTX, avec les produits de tout entraînement compatible Sercos. Le SoftPLC et la SoftCNC sont ainsi logés sous un même toit. L’installateur peut dès lors offrir une solution totalement intégrée et ouverte. SoftSercans repose sur l’architecture de la Sercans, une carte active Sercos, introduite en 1995. Sercans possède son propre processeur et sa propre périphérie afin d’assumer les fonctions principales de Sercos. Elle met à la disposition de la commande CNC une Dual Port RAM (DPR) comme interface de communication. A chaque signal d’interruption cyclique, la commande effectue des actions de lecture et d’écriture. Le développeur de commande ne doit ainsi rien connaître de la cuisine interne des maîtres Sercos. L’interface DPR et l’accès aisé réduisent le degré de difficulté d’implémentation de Sercos.

Déterminisme
Le protocole confère à la technique d’entraînement une structure comprenant plus de 400 paramètres standard. Ceux-ci ne sont pas décrits dans le modèle OSI en sept couches mais ils sont nécessaires lorsque la compatibilité entre les différents produits d’entraînement et leur complexité doivent être assurées. Sercos est l’unique convention de langage de la technique d’entraînement, permettant le développement de logiciels non-propriétaires. A l’instar de DOS et Windows qui ont donné naissance au marché des logiciels pour PC, SoftSercans permet le développement de logiciels de commande. Sercos possède des mécanismes physiques permettant une répartition temporaire entre la transmission des données et le moment où l’ordre est exécuté. Grâce à la possibilité de positionnement des événements sur un axe du temps cyclique, Sercos peut réaliser à l’intérieur du système un déterminisme de haut niveau et mettre à disposition une fenêtre de temps qui utilise l’outil temps réel de Windows pour réaliser la communication cyclique avec le cœur de la commande. La charge supplémentaire de l’extension temps réel de 20 µs ou plus est absorbée sans problème par la bande passante disponible. L’overhead compact de Sercos permet d’assurer une bande passante pouvant être utilisée pour la communication cyclique. Ethernet ou Firewire ne peuvent configurer le temps de cycle et ne peuvent de ce fait répondre aux exigences supplémentaires de l’extension temps réel de Windows. Les bus de terrain standard, qui nourrissent des ambitions en termes d’entraînement, ont généralement un grand overhead. Il ne peuvent dès lors dégager de bande passante utilisable pour des temps de cycle courts. Sercos est l’unique technologie permettat une interface logicielle non-propriétaire comme SoftSercans.

Jusqu’à 40 axes
L’architecture de SoftSercans soutient jusqu’à 40 axes. Elle est calculée pour des temps de cycles minimaux Sercos de 500 µs. Pour un temps de cycle de 2 ms, SoftSercans soutient environ 18 axes, si l’on utilise un Pentium 200 MHz avec un temps de cycle Sercos de 4Mbit/s. SoftSercans permet une configuration dynamique et s’adapte à l’environnement matériel. En disposant d’un processeur plus solide et d’un échange de données à 16 Mbit/s, ce qui est possible avec le nouvel ASIC Sercon 816, on peut augmenter encore davantage le nombre d’axes présents dans la chaîne. Les premières expériences nous montrent que SoftSercans n’accapare qu’une petite partie de la capacité de calcul du PC, de sorte que le SoftPLC, la SoftCNC et le HMI (Human Machine Interface) peuvent être abrités conjointement sur un même PC sans que cela ne porte préjudice aux performances. Rexroth Indramat souhaite proposer cette technologie comme logiciel libre sur le marché. Softsercans est disponible en tant que freeware sur internet.

Plug and Play
Pour réaliser pratiquement la liaison Sercos au moyen de SoftSercans, il faut une carte Sercos passive. Ces cartes sont proposées par différents fabricants. Logiquement, la carte est automatiquement reconnue par SoftSercans lors de l’initialisation et la configuration logicielle adéquate est automatiquement réglée. Les cartes Sercos passives coûtent aujourd’hui environ 10.000 BEF. Les cartes moins chères ne devraient pas s’écarter tellement de ce prix. Le facteur coût d’une liaison master Sercos constitue dès lors une motivation supplémentaire, en plus des avantages techniques. SoftSercans permet le développement de composants logiciels non-propriétaires. Ceci ouvre naturellement la porte à de nombreuses possibilités, parmi lesquelles une multitude d’applications de base des CNC. On parle ici de produits logiciels dotés de fonctions de base de CNC et d’une structure ouverte afin de pouvoir y placer des logiciels applicatifs. Ceci permet la fabrication d’un produit de commande prêt à la vente pour un investissement proportionnellement très faible. Ce qui ouvre à nouveau de nombreuses perspectives tant au fabricant de PLC, à l’intégrateur de systèmes qu’aux clients OEM. 
www.sercos.com