新型XFC技术与EtherCAT电子端模块的特征及应用

图2为超采样数据类型特性曲线  

I／0组件中的采样触发受本地时钟控制(或受全局系统时钟控制)，因此，它可以使跨越整个网络的分布信号之间的时间关系得以关联。
  
极短的周期时间可优化的I／O通讯快速的物理响应要求相关联的控制系统具备相应的较短控制周期。只有当控制系统已经检测并处理一个事件时，才会产生一个响应。  

传统的方法要达到100 μs的周期时间，需要依赖专用的、独立的控制器，这些控制器必须拥有直接控制的I／0。这种方法有明显的缺陷，因为这些独立的控制器对系统总体而言只包含了极其有限的信息，而且也不能制定更高层次的决策。此外，参数重整定(例如加工新工件)也受到限制。另一个明显的缺陷是固定的I／0配置，一般情况下，不能对其进行扩展。  

3、实现XFC技术的组件  

I／0组件-集成XFC技术的EtherCAT端子模块。标准的EtherCAT端子模块(见图3a所示)全方位地支持XFC技术。所有的端子模块都支持I／0转换同步通讯，以及已成为EtherCAT技术标准的、精度更高的分布时钟功能。  

  
图3(a) I／0组件-集成XFC技术的EtherCAT端子模块  

最新的XFC端子模块还提供了额外的特殊功能，尤其适合高速或高精度的应用场合：数字量EtherCAT端子模块具有极短的开通／关断时间特性；或模拟量端子模块具有非常短的转换时间;带有时间戳功能的EtherCAT端子模块可以精确锁定某个数字量或者模拟量事件发生时的系统时间。数字量或者模拟量的值也可以在预定义的时间精确输出;带有超采样功能的端子模块可以使实际值获取或设定值输出的分辨率大大高于通讯周期时间。  

  
图3(b)  

通讯组件-充分利用EtherCAT(见图3b所示)   

由于其拥有高速通讯和高数据利用率，EtherCAT为实现XFC提供了基本的前提条件。然而，网络通讯速度并不能代表一切。作为一种选择，可以使用总线方式交换几个独立排列的过程映像，并结合控制应用类型的特点，同时应用XFC和标准的控制技术。中央控制系统可以从复制和映射任务所耗费的时间中解脱出来，从而将一切可以利用的计算能力用于控制算法。

EtherCAT分布时钟构成了XFC技术的高速时间链路，并已集成到所有的通讯设备中。  

XFC技术至关重要的特点是可以选择性地将所有的I／0组件都直接集成到EtherCAT通讯中，因此，无需任何下级总线系统(子网)。在很多XFC端子模块内部，数／模、模／数转换器都是直接与EtherCAT芯片相连，因此避免了信号延迟。  

控制组件-高性能工业PC  

在要求运行速度更快、控制算法更强的条件下，中央控制技术相对多个分布式的小型控制器而言具有明显的优势。现代工业PC所提供的计算和存储能力远远高于多个小型控制器之和，而前者的价格却要便宜得多。  

新一代创新技术的工业PC可以非常好地应用于控制领域。快速的双核处理器可以十分理想地同时用于控制任务和设备的人机操作。而新一代CPU所具备的超大容量高速缓存对于XFC技术而言也是非常有利的，因为快速算法正是在此缓存中运行，从而使处理的速度更加快捷。  

软件组件-TwinCAT自动化软件包  

TwinCAT是一款高性能的自动化控制软件，它在全面支持XFC技术的同时，还保留了所有的常用功能。TwinCAT实时核以不同的周期时间支持不同的任务。现代工业PC可以轻而易举地使周期时间达到100μs，甚至更低，而不会出现任何问题。多个(不同的)现场总线可以被集成在一个主干网络里混合使用，相关的配置和通讯周期也可以根据现场总线的性能得到优化。在TwinCAT软件环境中，EtherCAT可以充分利用通讯系统，并可以在应用中使用多个独立的时间等级，即分布时钟。不同的时间等级可以使XFC和普通的控制任务共存于同一个系统之中，决不会因满足XFC的需求而出现“瓶颈效应”。  

4、XFCEtherCAT端子模块例举型号与指标  

系统提供了200种以上各种不同的信号端子模块。标准的EtherCAT端子模块全面支持XFC技术。通讯过程中的I／O同步转换，或精度更高的分布时钟已成为EtherCAT的标准功能，因此，所有端子模块都支持该项技术。最新研发的XFC端子模块，其新增的专有特性非常适用于快速和高精度的应用场合：  

4.1 XFCEtherCAT超采样端子模块与特性  

ELl262：2通道24VD仁数字量输入；通过跨越系统的分布时钟同步时间；抖动最大转换时间5μs。EL2262：2通道24VD正数字量输出；通过跨越系统的分布时钟同步时间；抖动超采样端子模块采样特性  

使用EL2262超采样数字量输出端子模块，输出可以在10μs时间帧内进行开通与关断切换，非常适合高精度应用场合。其采样特性见图4(a)所示。