XFC - ultraszybkie systemy sterowania z Ethernetem czasu rzeczywistego
| Prezentacje firmowe ArtykułyTechnologia XFC (eXtreme Fast Control) firmy Beckhoff łączy kilka metod podwyższenia prędkości odczytu i zapisu danych, przesyłania danych oraz realizacji algorytmów sterowania tak, aby skrócić czas cyklu pracy poniżej 100 μs, co jest wartością około sto razy mniejszą niż w znanych rozproszonych systemach automatyki. Podstawą jest wykorzystanie tzw. rozproszonych zegarów standardu EtherCAT, co pozwala osiągnąć czas cyklu pracy ok. 100 μs, przy zachowaniu cechy determinizmu czasowego.
Wszystkie urządzenia EtherCAT (CPU, I/O, napędy) mają swoje własne lokalne zegary, które są automatycznie zsynchronizowane ze sobą za pośrednictwem protokołu EtherCAT. Rozdzielczość każdego z zegarów wynosi 10 ns, a maksymalne rozstrojenie względem czasu systemowego jest na ogół mniejsze niż 100 ns. W XFC wykorzystywane są tzw. stemple czasowe - zmienne o rozdzielczości 10 ns, zintegrowane z aktualizowanymi sygnałami. Pozwala to na precyzyjny pomiar rozproszonych sygnałów we/wy niezależnie od czasu cyklu pracy.
W terminalach I/O EtherCAT firmy Beckhoff możliwe jest wielokrotne próbkowanie obrazu procesu w jednym cyklu pracy. Jest to tzw. nadpróbkowanie (oversampling) sygnału. Terminale we/wy analogowych powalają na aktualizację sygnałów o częstotliwościach do 100 kHz z rozdzielczością do 10 μs, natomiast terminale we/wy cyfrowych powalają na aktualizację sygnałów o częstotliwościach do 1 MHz z rozdzielczością do 1 μs.
Oversampling w XFC umożliwia ocenę sygnałów z wysoką rozdzielczością oraz równoczesne przetwarzanie wielu sygnałów. XFC obejmuje wszystkie elementy sprzętowe i oprogramowanie stosowane w aplikacjach sterujących: Ether-CAT - ultraszybki protokół komunikacyjny, terminale we/wy EtherCAT, komputery przemysłowe IPC oraz oprogramowanie TwinCAT, sprzęgające wszystkie elementy systemu.
EtherCAT to szybki protokół typu Industrial Ethernet. Kluczową własnością jest brak konwersji pomiędzy Ethernetem a dodatkowymi magistralami wewnętrznymi w terminalach we/wy. Centralny system sterowania jest zwolniony z czasochłonnego mapowania stanu procesu i może wykorzystać dostępną moc obliczeniową do realizacji algorytmów sterowania. Ultraszybkie terminale I/O Ether-CAT, pozwalają aktualizować sygnały w czasie około 10 ns, korzystając z techniki stempli czasowych i nadpróbkowania. Deterministycznie zsynchronizowane wejścia i wyjścia minimalizują zjawisko jitteru. Terminale I/O XFC pozwalają na uzyskanie bardzo krótkiego czasu cyklu w pętli regulacji - 100 μs (min. 50 μs).
W nowych terminalach XFC zintegrowano przetworniki A/D i D/A aby uniknąć dodatkowych opóźnień. Komputery przemysłowe IPC charakteryzują się możliwością pracy w czasie rzeczywistym. Pozwalają na szybkie wykonywanie algorytmów w pojemnej pamięci podręcznej. Czynnikiem wpływającym na skrócenie czasu cyklu pracy jest także odciążenie procesora od kopiowania obrazu procesu - dane procesowe przesyłane przez sieć są obsługiwane przez zintegrowany w terminalach I/O kontroler EtherCAT.
Ostatni element XFC to oprogramowanie sterujące w czasie rzeczywistym - TwinCAT. Integracja EtherCAT z TwinCAT umożliwia pełne wykorzystanie systemu łączności i stosowanie kilku niezależnych poziomów czasowych. Może ono obsłużyć różne zadania o różnych okresach cyklu. To pozwala na bezkonfl iktową realizację szybkiego systemu sterowania i obsługę normalnych zadań kontrolnych w ramach jednego układu. Specjalne rozszerzenia TwinCAT ułatwiają obsługę nowych typów danych – stempli czasowych i nadpróbkowania. Technologia XFC jest w pełni kompatybilna z istniejącymi standardami komunikacyjnymi, korzystając jednocześnie z tego samego sprzętu i oprogramowania.
Beckhoff Automation
www.beckhoff.pl
