基本介紹
- 中文名：xfc
- 外文名：eXtreme Fast Control
- 產品簡介：極速控制技術
- 控制周期：100 μs (最小 50 μs)
產品簡介,性能指標,控制周期時間,I/O 回響時間,超採樣信號,時間戳信號,分散式時鐘,XFC組件,I/O組件,通訊組件,控制組件,軟體組件,航模比賽,
產品簡介
它包括控制領域所設計的所有硬體和軟體組件：最佳化的輸入輸出組件，可高精度檢測信號或使任務初始化；超高速EtherCAT通訊網路；高性能工業PC；整合所有系統組件的TwinCAT自動化軟體。採用XFC技術，可以實現I/O回響時間≤100μs。因此，該技術為以前由於受技術限制而無法滿足性能要求的用戶提供了一種全方位提升控制性能的新理念。
過去，控制周期時間一般都在 10-20 ms左右，但通訊接口無約束地運行，其確定性誤差會影響與之相關聯的過程信號回響。隨著高性能工業 PC 控制器的實用性技術迅猛發展，周期時間可降至 1-2 ms，幾乎縮減了 10 倍。因此，很多特殊的控制迴路被轉移到中央設備控制器中處理，既節省了成本，同時也極大地提高了智慧型化算法套用的靈活性。
XFC 則可以使回響時間再縮減 10 倍，即周期時間低至 100μs，而不會對中央智慧型化和相關的高性能算法產生任何影響。此外，XFC 技術不僅可以縮短周期時間，而且還可以提高時間精度和解析度。
性能指標
控制周期時間
– 100 μs (最小 50 μs)
– 全方位提升 PLC 套用的性能等級：100 μs級的控制環
I/O 回響時間
– 85 μs (最小約 ~ 50 μs)
– 時間確定的同步輸入和輸出信號轉換，僅有細小的處理時間抖動
– 處理時間抖動獨立於通訊和 CPU 抖動
– 全方位提升 PLC 套用的性能等級：100 μs級的控制環
超採樣信號
– 單控制周期實現多次信號轉換
– 通過分布時鐘實現硬實時同步
– 適用於數字量輸入/輸出信號
– 適用於模擬量輸入/輸出信號
– 持EtherCAT模擬量 I/O 端子模組
– 信號轉換頻率最高可達 100 kHz
– 最高解析度可達 10 μs
– 支持EtherCAT數字量 I/O 端子模組
– 最高可達 1 MHz
– 最高可達μs
– 套用
– 快速信號監視
– 快速函式發生器輸出
– 信號採樣與周期無關
– 快速迴路控制
時間戳信號
– 數字量信號單次事件觸發的瞬時測量：解析度： 10 ns, 精度：< 100 ns
– 分散式數字輸入信號上、下沿的高精度檢測
– 分散式輸出信號的高精度計時，與控制周期無關
– 時間戳數據：解析度： 10 ns, 精度：< 100 ns
分散式時鐘
– CPU、I/O 和驅動設備的分散式絕對系統時間同步
– 解析度：10 ns
– 精度: < 100 ns
XFC組件
Beckhoff提供的專業XFC產品主要包括4個部分：EtherCAT現場匯流排，由Ether- CAT端子模組組成的I/O系統，硬體平台IPC，和TwinCAT高級開發軟體。所有的組件都基於開放的標準，它表明任何一位工程師或程式設計師都可以開發基於標準組件的、高性能的快速控制解決方案(即，無需特殊硬體支持)。
I/O組件
集成XFC技術的EtherCAT端子模組
標準的EtherCAT端子模組全方位地支持XFC技術。所有的端子模組都支持I/O轉換同步通訊，以及已成為EtherCAT技術標準的、精度更高的分布時鐘功能。
最新開發的XFC端子模組還提供了額外的特殊功能，尤其適合高速或高精度的套用場合：
–數字量EtherCAT端子模組具有極短的開通/關斷時間特性；或模擬量端子模組具有非常短的轉換時間。
–帶有時間戳功能的EtherCAT端子模組可以精確鎖定某個數字量或者模擬量事件發生時的系統時間。數字量或者模擬量的值也可以在預定義的時間精確輸出。
–帶有超採樣功能的端子模組可以使實際值獲取或設定值輸出的解析度大大高於通訊周期時間。
通訊組件
充分利用EtherCAT
由於其擁有高速通訊和高數據利用率，EtherCAT為實現XFC提供了基本的前提條件。然而，網路通訊速度並不能代表一切。作為一種選擇，可以使用匯流排方式交換幾個獨立排列的過程映像，並結合控制套用類型的特點，同時套用XFC和標準的控制技術。中央控制系統可以從複製和映射任務所耗費的時間中解脫出來，從而將一切可以利用的計算能力用於控制算法。
EtherCAT分布時鐘構成了XFC技術的高速時間鏈路，並已集成到所有的通訊設備中。
XFC技術至關重要的特點是可以選擇性地將所有的I/O組件都直接集成到EtherCAT通訊中，因此，無需任何下級匯流排系統(子網)。在很多XFC端子模組內部，數/模、模/數轉換器都是直接與EtherCAT晶片相連，因此避免了信號延遲。
控制組件
高性能工業PC
在要求運行速度更快、控制算法更強的條件下，中央控制技術相對多個分散式的小型控制器而言具有明顯的優勢。現代工業PC所提供的計算和存儲能力遠遠高於多個小型控制器之和，而前者的價格卻要便宜得多。
新一代創新技術的工業PC可以非常好地套用於控制領域。快速的雙核處理器可以十分理想地同時用於控制任務和設備的人機操作。而新一代CPU所具備的超大容量高速快取對於XFC技術而言也是非常有利的，因為快速算法正是在此快取中運行，從而使處理的速度更加快捷。
另外一個縮短XFC周期時間的重要因素是，CPU不再被複雜的過程數據複製任務所束縛，而該複製任務是基於 DPRAM機制的傳統現場匯流排所不可缺少的。EtherCAT過程數據通訊完全由集成的乙太網控制器(帶有DMA匯流排主站的網路接口卡)處理。
軟體組件
TwinCAT自動化軟體包
TwinCAT是一款高性能的自動化控制軟體，它在全面支持XFC技術的同時，還保留了所有的常用功能。TwinCAT實時核以不同的周期時間支持不同的任務。現代工業PC可以輕而易舉地使周期時間達到100μs，甚至更低，而不會出現任何問題。多個(不同的)現場匯流排可以被集成在一個主幹網路里混合使用，相關的配置和通訊周期也可以根據現場匯流排的性能得到最佳化。在TwinCAT軟體環境中，EtherCAT可以充分利用通訊系統，並可以在套用中使用多個獨立的時間等級，即分布時鐘。不同的時
間等級可以使 XFC和普通的控制任務共存於同一個系統之中，決不會因滿足XFC的需求而出現“瓶頸效應”。
TwinCAT專為XFC技術提供了一個新選項，即在各個通訊調用期間讀取輸入，並且在計算後直接輸出。由於EtherCAT具備極快的通訊速度，輸入可以“正好”在控制任務開始之前讀取，並緊隨其後立刻分發輸出。某些情況下，其最終回響時間比現場匯流排的周期時間還要快。
TwinCAT所具備的特殊擴展功能可以很好地支持XFC新的數據類型(時間戳和超採樣)。PLC功能塊可以對時間戳進行簡單的分析和計算。TwinCAT示波器軟體可以按照設定的超採樣率監視通過超採樣方式捕獲的數據，並可以進行更加精細的數據分析。
航模比賽
一個直升機航模表演比賽！
