XFC | eXtreme Fast Control Technology 03.09.2012 1 XFC | eXtreme Fast Control Technology Nova Tecnologia de Automação
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XFC | eXtreme Fast Control Technology
Nova Tecnologia de Automação
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A nova classe de performance de controle
XFC | eXtreme Fast Control Technology
Control cycle = 100 µsControl cycle = 100 µs
XFC - eXtreme Fast Control Technology
InputConversion
InputComm.
CalculationOutputComm.
Output Conversion
EtherCAT
Tempo de resposta de 85 µs* nas E/S
InputConvInputConv
EtherCAT
Entrada de Sinal Saída de Sinal
* Best case, because the Input signal comes asynchronous to the internal cycle.
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Conteúdo
XFC | eXtreme Fast Control Technology
1. Componentes XFC
2. Tecnologias XFC
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Componentes XFC
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EtherCAT Terminals | eXtreme fast I/O technology
Componentes XFC
Controle otimizado e arquitetura de comunicação para alto desempenho
� Módulos de E/S para todos os tipos de sinais
� E/S analógicas e digitais de alta velocidade
� Tempos de amostragem e características de aquisição de dados permitem alta resolução (menores que 10 ns).
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EtherCAT | eXtreme fast control communication technology
Componentes XFC
Controle otimizado e arquitetura de comunicação para alta performance
� 1000 E/S distribuídas em 30 µs
� EtherCAT nos cartões de E/S, sem que seja necessária uma sub-rede
� uso otimizado de controladores Ethernet padrão, como os PCs com arquitetura de chipset Intel®
� Caracteristica avançada de tempo real com clock distribuído: sincronismo, time stamping, oversampling
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IPC | eXtreme fast control CPU
Componentes XFC
Controle otimizado e arquitetura de comunicação para alto desempenho
� PCs Industriais baseados em placas mãe com alto desempenho e tempo real
� Formas compactas que oferecem controle otimizado para aplicações
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TwinCAT | Software de controle eXtreme fast real-time
Componentes XFC
Controle otimizado e arquitetura de comunicação para alto desempenho
� Tempo real sob Microsoft Windows com tempos de ciclo menores que 50 µs
� norma IEC 61131-3 para programação em XFC com tarefas de tempo-real
� Características do Windows e TwinCAT compatíveis com XFC.
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Conteúdo
XFC | eXtreme Fast Control Technology
1. Componentes XFC
2. Tecnologia XFC
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Tecnologia XFC
Clock distribuído
Time stamp
Oversampling
E/S rápidas
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E/S rápidas com 1 µs TON/TOFF
Sinal
Tempo mínimo de reação
Tempo
Entrada: EL1202
Saída: EL2202
85 µs 185 µs
Tecnologia XFC
� E/S rápidas com baixos tempos de conversão
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Time stamp
Tempo exato de reação
Entrada: EL1252
Saída: EL2252
Sinal
Tempo
� Resolução exata de tempo com DC
� Respostas sincronizadas
Tecnologia XFC
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Oversampling
Tempo
� Amostragem rápida de sinais com super amostragem
� Saída de pulsos curtos
Tecnologia XFC
Amostras
Entrada Digital (EL1262)
Ciclo do barramento
Saída Digital(EL2262)
100 µs
10 µs
Entrada analógica
(EL37xx)
Saída analógica(EL47xx)
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Super Amostragem (Oversampling)
Pulsos exatos de saída
Saída: EL2262
Sinal
Tempo
� Amostragem rápida de sinal
� Saída de pulsos curtos
Tecnologia XFC
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Clock distribuído
� Mudando a precisão a nível de E/S
� Sistema de sincronismo absoluto distribuído
� CPU
� E/S
� Drives
� Resolução: 10 ns
� Precisão: < 100 ns
Tecnologia XFC
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XFC verificado!
Tecnologia XFC
XFC com TwinCAT
� Selecione a opção „Separate Input Update“ para a tarefa
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Tecnologia XFC
XFC com TwinCAT
� Isso vai gerar dois frames separados na configuração de E/S
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Tecnologia XFC
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100 µs
85 µs
10 µs
185 µs
10 µs
Tecnologia XFC
Ciclo de tempo de 100 µs (100 KHz)
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� Desempenho do sistema
� Tempo de ciclo: 100 µs (min. 50 µs)
� Tempo de resposta de E/S: 85 µs ... 185 µs
� Clock distribuído
� resolução: 10 ns
� precisão: < 100 ns
� Sinal de super amostragem
� Taxa de amostragem: 1 MHz
� Resolução de tempo: 1 µs
� Precisão: < 100 ns
� Resolução de time stamping
� resolução: 10 ns
� precisão: < 100 ns
Desempenho dos dados XFC
EtherCAT com tempo de ciclo de 12,5 µs
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Tecnologia XFC
EtherCAT com tempo de ciclo de 12,5 µs
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12,5 µs
Tempo de Resposta de E/S
Tecnologia XFC
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EtherCAT com tempo de ciclo de 12,5 µs
Tempo
Tecnologia XFC
Cálculo
12,5 µs 12,5 µs 12,5 µs 12,5 µs
Comunicação
PLC PLC PLC PLC
Frame Transfer Frame Transfer Frame Transfer Frame Transfer
Free running Sinal de entrada
PLC
Min ca. 30µs
Sinal de Saída
Max ca. 40µs
� Tempo de ciclo de 12,5 µs
� Tempo de resposta de E/S: max. 40 µs
� Número de escravos EtherCAT: 15
EtherCAT Terminals – Oversampling
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Tecnologia XFC
Terminal Canais Digital / Analógico
Entrada / Saída
Range Tempo de conversão
EL1262 2 Digital Entrada 24V 1 µs / 1 Msample/s
EL2262 2 Digital Saída 24V 1 µs / 1 Msample/s
EL3742 2 Analógico Entrada 0..20 mA 10 µs / 100 ksamples/s
EL3702 2 Analógico Entrada -10...+10 V 10 µs / 100 ksamples/s
EL4732 2 Analógico Saída -10...+10 V 10 µs / 100 ksamples/s
EL4712 2 Analógico Saída 0..20 mA 10 µs / 100 ksamples/s
Oversampling Terminals
EtherCAT Terminals – Tempo marcado e E/S rápidas
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Tecnologia XFC
Cartões de tempo marcado
Módulo Canal Digital / Analógico
Entrada / Saída
Range Observações
EL1252 2 Digital Entrada 24V Aquisição de sinal exato para
mundanças, precisão <<1 µs
EL2252 2 Digital Saída 24V Sinal de saída depois de alocação
de tempo, precisão <<1 µs
EP1258 8 Digital Entrada 24V 2 canais, aquisição de sinal exato
para mudanças, precisão <<1 µs
Cartões de E/S rápidas
Terminal Canal Digital / Analógico
Entrada / Saída
Range Observações
EL1202 2 Digital Entrada 24V Delay de entrada Ton/Toff 1 µs
EL2202 2 Digital Saída 24V Delay de saída Ton/Toff 1 µs
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XFC na prática
Controle de posição de impressão
Controle linear Rastreamento
Aplicação de cola
Cam digital
Controle de ciclo fechado
Tempo – Síncrono com telegrama
Posição do Sinal
= x
Ponto de amostragem
Mestre
Jitter
108 µs 94 µs 101 µs 104 µs
Velocidade= x‘
100 µs Cycle Time
Erro de amostragem
devido ao jitter
~4 µs
equidistant
EtherCATIn Calc. Out
A/D
D/A
In
D/A
Calc. Out In Calc. Out InIn
A/D A/D
Calc. Out
D/A D/A
A/D
D/A
Out
rampa = velocidade
Not in sync with IN
A/D
Erro devido à
desvio
Tempo – Síncrono com telegrama
Problemas dessa abordagem:
�Tempo de sinal de E/S vêm do master
�Sistemas modernos de CPU (multicore) sempre terão jitter no range de 1.. 5 µs
�Erros de medição devido ao desvio de amostragem
Conclusão
� Tempo de sinal de E/S deve vir do sistema de clock distribuído
�Independente da arquitetura do sistema
� Sincronia do sistema <100 ns
Tempo – Síncrono com clock distribuído
Ponto de amostragem
Tempo de ciclo 100 µs
100 µs 100 µs 100 µs 100 µs
Velocidade= x‘
DC
Sync
PosiçãoDo Sinal
= x
EtherCATIn Calc. Out
Sync In
In
A/DA/D
D/A
Calc. Out In
A/D
D/A
Calc. Out In
A/D
D/A
Sync Out
Calc. Out
D/A
equidistante
Sem erro de
amostragem
Time – Síncrono com clock distribuído
Vantagem dessa abordagem:
�Sincronia altamente precisa de sinal pelo DC
�Sem erros devido ao desvio de amostragem
�Todos os algoritmos de filtros e fatores em ciclos de controle sem erros.
�Travamento equidistante de sinal com clock distribuído melhora a qualidade da medição
Tempo – Ciclo com DC e oversampling
Ponto deamostragem
100 µs Cycle Time
100 µs 100 µs 100 µs 100 µs
Velocidade= x‘
DC
Sync
Posição do sinal
= x
10 µs
EtherCATIn /Out
Sync out
Calc. Calc. In /Out
Telegrama
Calc. In /Out Calc. In /Out Calc.In /Out
A/D
D/A
Sync in
Nova Tecnologia em Automação
Beckhoff Automação
Aplicação XFC:Máquina comum de controle
sequencial
34
EK1100
PROFIBUSEtherCAT
BK3120EL2202 EL1252 KL2134 KL1114
X1 X2Cilindro Pneumático
S1 S2
Y1 Y2
Out 1 Out 2 In 1 In 2 Out 1 Out 2 In 1 In 2
XFC/Profibus: Aplicação de teste em máquina
XFC/Profibus:Eficiência da máquina e tempo de ciclo de controle
t
crcr
d
T
TNTNT
1122
%
•• −=
Redução de tempo de ciclo da máquina em %
(= Aumento na eficiência da máquina)
Td%
= Tempo de redução de ciclo (%)
Nr1
= N. Médio de ciclos de controle para E/S do Controle 1N
r2= N. Médio de ciclos de controle para E/S do Controle 2
Tc1
= Tempo de ciclo de controle 1 (menor tempo) T
c2= Tempo de ciclo de controle 2 (maior tempo)
Tt
= Tempo entre duas transições de controle
Redução de tempo de ciclo = Aumento na eficiência
0.0%
2.0%
4.0%
6.0%
8.0%
10.0%
12.0%
14.0%
0.05 0.1 0.25 0.5 1 2.5 5 10
Eff
icie
ncy G
ain 20
1052
with: Nr1
= 3, Nr2
= 1,5, Tc2
= 0,1 ms
E.g.: 4 Trans/s,
de 2 ms Profibus
para 0,1 ms EtherCAT:
2.4% de eficiência ganha
No. of Transitions / sec
Nova Tecnologia em Automação
Beckhoff Automação
E/S Oversampling:Melhorando
Tempo, Resolução e ReaçãoAnálise de sinal até 500 kAmostras
Entrada analógica com Oversampling
Oversampling:
� Até 500kAmostras/sec
� Fator de Oversampling de 2 - 100
Ciclo do PLC
Ciclo de medição
Oversampling: Uso para detecção de limiar crítico
Curva simplificada de pressão durante a fase de enchimento em máquinas injetoras
Oversampling para detecção de limiar crítico e reação
6 7 8 90 1 2 3 4 5
C1
6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5 6 7 8 90 1 2 3 4 5
C210 µs
100 µs
C3 C4
I O I O I O I O I O
t
t
t
t
t
Tempo de ciclo
Cálculo Do PC/PLC
Comunicação De E/S
Pcritico
Tempo de Oversampling
Ciclo de PLC
200 µsTresponse
Detecção exata do limiar com 10us de resolução!Algoritmos inteligentes de sinais (filtragem, …) livremente programáveis no PC!Tempo de reação muito pequeno e exato com delay de 200us e jitter de 100ns
Saída da válvula
Pressão