更新时间：2024-01-05 09:11
它包括控制领域所设计的所有硬件和软件组件：优化的输入输出组件，可高精度检测信号或使任务初始化；超高速EtherCAT通讯网络；高性能工业PC；整合所有系统组件的TwinCAT自动化软件。采用XFC技术，可以实现I/O响应时间≤100μs。因此，该技术为以前由于受技术限制而无法满足性能要求的用户提供了一种全方位提升控制性能的新理念。
过去，控制周期时间一般都在 10-20 ms左右，但通讯接口无约束地运行，其确定性误差会影响与之相关联的过程信号响应。随着高性能工业 PC 控制器的实用性技术迅猛发展，周期时间可降至 1-2 ms，几乎缩减了 10 倍。因此，很多特殊的控制回路被转移到中央设备控制器中处理，既节省了成本，同时也极大地提高了智能化算法应用的灵活性。
XFC 则可以使响应时间再缩减 10 倍，即周期时间低至 100μs，而不会对中央智能化和相关的高性能算法产生任何影响。此外，XFC 技术不仅可以缩短周期时间，而且还可以提高时间精度和分辨率。
– 100 μs (最小 50 μs)
– 全方位提升 PLC 应用的性能等级：100 μs级的控制环
– 85 μs (最小约 ~ 50 μs)
– 时间确定的同步输入和输出信号转换，仅有细小的处理时间抖动
– 处理时间抖动独立于通讯和 CPU 抖动
– 全方位提升 PLC 应用的性能等级：100 μs级的控制环
– 单控制周期实现多次信号转换
– 通过分布时钟实现硬实时同步
– 适用于数字量输入/输出信号
– 适用于模拟量输入/输出信号
– 持EtherCAT模拟量 I/O 端子模块
– 信号转换频率最高可达 100 kHz
– 最高分辨率可达 10 μs
– 支持EtherCAT数字量 I/O 端子模块
– 最高可达 1 MHz
– 最高可达μs
– 应用
– 快速信号监视
– 快速函数发生器输出
– 信号采样与周期无关
– 快速回路控制
– 数字量信号单次事件触发的瞬时测量：分辨率： 10 ns, 精度：＜100 ns
– 分布式数字输入信号上、下沿的高精度检测
– 分布式输出信号的高精度计时，与控制周期无关
– 时间戳数据：分辨率： 10 ns, 精度：＜100 ns
– CPU、I/O 和驱动设备的分布式绝对系统时间同步
– 分辨率：10 ns
– 精度: ＜100 ns
Beckhoff提供的专业XFC产品主要包括4个部分：EtherCAT现场总线，由Ether- CAT端子模块组成的I/O系统，硬件平台IPC，和TwinCAT高级开发软件。所有的组件都基于开放的标准，它表明任何一位工程师或程序员都可以开发基于标准组件的、高性能的快速控制解决方案(即，无需特殊硬件支持)。
集成XFC技术的EtherCAT端子模块
标准的EtherCAT端子模块全方位地支持XFC技术。所有的端子模块都支持I/O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。
最新开发的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。
充分利用EtherCAT
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/O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。
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。
另外一个缩短XFC周期时间的重要因素是，CPU不再被复杂的过程数据复制任务所束缚，而该复制任务是基于 DPRAM机制的传统现场总线所不可缺少的。EtherCAT过程数据通讯完全由集成的以太网控制器(带有DMA总线主站的网络接口卡)处理。
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”。
TwinCAT专为XFC技术提供了一个新选项，即在各个通讯调用期间读取输入，并且在计算后直接输出。由于EtherCAT具备极快的通讯速度，输入可以“正好”在控制任务开始之前读取，并紧随其后立刻分发输出。某些情况下，其最终响应时间比现场总线的周期时间还要快。
TwinCAT所具备的特殊扩展功能可以很好地支持XFC新的数据类型(时间戳和超采样)。PLC功能块可以对时间戳进行简单的分析和计算。TwinCAT示波器软件可以按照设置的超采样率监视通过超采样方式捕获的数据，并可以进行更加精细的数据分析。
一个直升机航模表演比赛！