Rozproszony system sterowania XFC. Redefinicja szybkości transmisji danych w przemyśle

PRZYSPIESZANIE KOMUNIKACJI

Jeszcze nie tak dawno temu standardem w branży były systemy pracujące z czasami cyklu wynoszącymi 10-20 ms. W wielu aplikacjach, szczególnie napędowych, było to jednak za mało, przez co konieczne było stosowanie dodatkowych urządzeń - np. zdalnych sterowników. Rosnąca wydajność komputerów przemysłowych umożliwiła przyspieszenie pracy systemów i zmniejszenie długości cyklu do 1-2 ms. Pozwoliło to na przeniesienie wykonywania dużej części pętli regulacyjnych do centralnego sterownika maszyny, a więc też oszczędności na elementach dodatkowych i większą elastyczność tworzenia algorytmów kontrolnych.

System XFC zapewnia dalszą redukcję czasów o rząd wielkości, czyli do około 100 μs, co jednak nie dzieje się kosztem utraty wydajności obliczeniowej czy możliwości zapewniania inteligentnego sterowania. Oprócz skrócenia czasu cyklu XFC wspiera też dodatkowe funkcje zwiększające dokładność synchronizacji i transmisji sygnałów. Pozwala to na bezpośrednią kontrolę ze sterownika zarówno modułów we/wy, jak też ale też oddalonych serwonapędów i innych urządzeń czasu rzeczywistego. Dodatkową korzyścią dla użytkowników i projektantów jest możliwość pełnego monitoringu pracy systemów, łatwość ich integracji i serwisowania.

JAK TO DZIAŁA?

Wszystkie urządzenia w sieci EtherCAT korzystają z własnych, lokalnych zegarów, które są automatycznie synchronizowane z wykorzystaniem wymienionego protokołu. 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, które zapewniają zachowanie wysokiego poziomu zsynchronizowania w rozproszonym systemie we/wy podczas pracy maszyny bądź instalacji. W terminalach odbywa się jednocześnie wielokrotne próbkowanie sygnału w każdym cyklu pracy (tzw. nadpróbkowanie). Połączenie tych trzech metod sprawia, że moduły we/wy pozwalają na przetwarzane sygnałów o częstotliwościach do 1 MHz z rozdzielczością nawet 1 μs.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że system EtherCAT w warstwie sieciowej bazuje tak naprawdę na protokole Fast Ethernet. Dzięki temu, gdy zachodzi potrzeba realizowania różnorodnych zadań (nie tylko czasu rzeczywistego), można korzystać ze "standardowych" komponentów sprzętowych i programowych komunikujących się z wykorzystaniem Ethernetu. Warto też zwrócić uwagę na brak konieczności konwersji pomiędzy siecią EtherCAT a dodatkowymi magistralami wewnętrznymi w terminalach we/wy. Centralny system sterowania jest dzięki temu zwolniony z czasochłonnego mapowania stanu procesu i cała jego moc obliczeniowa może być wykorzystana do realizacji zaprogramowanych algorytmów sterowania.

XFC to cztery szybkie technologie TwinCAT - software’owe sterowanie w czasie rzeczywistym Praca real-time pod kontrolą systemu Microsoft Windows z czasem cyklu od 50 μs Programowanie zadań czasu rzeczywistego zgodne ze standardem IEC 61131-3 Zgodność standardowych funkcji Microsoft Windows oraz TwinCAT z systemem XFC EtherCAT - szybka sieć komunikacyjna do aplikacji czasu rzeczywistego Kontrola tysiąca rozproszonych cyfrowych we/wy w czasie 30 μs Bezpośrednia komunikacja z modułami, nie jest wymagany interfejs pośredniczący Możliwość zastosowania standardowych kontrolerów ethernetowych Zaawansowane funkcje kontroli w czasie rzeczywistym: synchronizacja zegarów, znaczniki czasowe, nadpróbkowanie Moduły sieciowe - szybka technologia we/wy Pełny zakres we/wy dla wszystkich rodzajów sygnału Szybkie we/wy cyfrowe i analogowe Znaczniki czasowe i nadpróbkowanie zapewniają ekstremalnie niskie czasy (nawet 10 ns) IPC - szybkie sterowanie na bazie komputerów przemysłowych Urządzenia Industrial PC bazujące na wydajnych płytach komputerowych Kompaktowe wykonania komputerów, które można łatwo integrować w systemach sterujących

KOMPLETNE ROZWIĄZANIE

Oferta Beckhoffa obejmuje kompletny asortyment modułów I/O, w tym wersje analogowe, cyfrowe oraz liczne specjalizowane - np. przeznaczone do współpracy z silnikami oraz integracji w systemach bezpieczeństwa. Jednocześnie sieć EtherCAT zapewnia niezawodne połączenie wielu innych komponentów systemu - czujników, napędów, wyświetlaczy, itd. Kluczowymi elementami XFC są też komputery przemysłowe (IPC), które pozwalają na wydajne wykonywanie obliczeń, gromadzenie oraz przetwarzanie danych w czasie rzeczywistym. Firma oferuje tutaj szeroką gamę urządzeń - komputerów embedded z serii CX, które obejmują zarówno wersje bezwentylatorowe, ekonomiczne, jak też te o wysokiej wydajności bazujące na procesorach Intel Core. Możliwe jest też skorzystanie z software’owych sterowników PLC, czyli kompaktowych urządzeń z serii BX.

Dopełniającym elementem systemu jest oprogramowanie TwinCAT, które pozwala na sterowanie jego pracą w czasie rzeczywistym. Jest to zintegrowane narzędzie do konfiguracji wszystkich urządzeń Beckhoffa, które obejmuje też pakiet do tworzenia wizualizacji i system runtime czasu rzeczywistego. Jego połączenie z siecią EtherCAT umożliwia pełne wykorzystanie możliwości tej ostatniej, zapewniając obsługę zadań o różnych wymaganych czasach transmisji i zawsze najwyższą wydajność przetwarzania danych.

Beckhoff Automation Sp. z o.o.
www.beckhoff.pl