Nova Tecnologia de Automação XFC extreme Fast Control Technology XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 1
XFC extreme Fast Control Technology A nova classe de performance de controle XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 2
XFC - extreme Fast Control Technology Input Conversion Input Control Calculation cycle = 100 Output µs Comm. Comm. Output Conversion Input Conv Tempo de resposta de 85 µs* nas E/S EtherCAT EtherCAT Entrada de Sinal Saída de Sinal * Best case, because the Input signal comes asynchronous to the internal cycle.
XFC extreme Fast Control Technology Conteúdo 1. Componentes XFC 2. Tecnologias XFC XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 4
Componentes XFC XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 5
Componentes XFC EtherCAT Terminals extreme fast I/O technology 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). XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 6
Componentes XFC EtherCAT extreme fast control communication technology 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 XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 7
Componentes XFC IPC extreme fast control CPU 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 XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 8
Componentes XFC TwinCAT Software de controle extreme fast real-time 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. XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 9
XFC extreme Fast Control Technology Conteúdo 1. Componentes XFC 2. Tecnologia XFC XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 10
Tecnologia XFC Time stamp E/S rápidas Oversampling Clock distribuído XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 11
Tecnologia XFC E/S rápidas com 1 µs TON/TOFF E/S rápidas com baixos tempos de conversão Sinal Entrada: EL1202 Saída: EL2202 85 µs 185 µs Tempo mínimo de reação Tempo XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 12
Tecnologia XFC Time stamp Resolução exata de tempo com DC Respostas sincronizadas Sinal Entrada: EL1252 Saída: EL2252 Tempo exato de reação Tempo XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 13
Tecnologia XFC Oversampling Amostragem rápida de sinais com super amostragem Saída de pulsos curtos 100 µs Ciclo do barramento 10 µs Amostras Entrada Digital (EL1262) Saída Digital (EL2262) Entrada analógica Tempo (EL37xx) Saída analógica (EL47xx) XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 14
Tecnologia XFC Super Amostragem (Oversampling) Amostragem rápida de sinal Saída de pulsos curtos Sinal Saída: EL2262 Pulsos exatos de saída Tempo XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 15
Tecnologia XFC 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 XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 16
Tecnologia XFC XFC verificado! XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 17
Tecnologia XFC XFC com TwinCAT Selecione a opção Separate Input Update para a tarefa XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 18
Tecnologia XFC XFC com TwinCAT Isso vai gerar dois frames separados na configuração de E/S XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 19
Tecnologia XFC Ciclo de tempo de 100 µs (100 KHz) 10 µs 100 µs 85 µs 185 µs 10 µs XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 20
Desempenho dos dados XFC Desempenho do sistema Tempo de ciclo: 100 µs (min. 50 µs) Tempo de resposta de E/S: 85 µs... 185 µs Clock distribuído resolução: precisão: 10 ns < 100 ns Sinal de super amostragem Taxa de amostragem: 1 MHz Resolução de tempo: 1 µs Precisão: < 100 ns Resolução de time stamping resolução: precisão: 10 ns < 100 ns XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 21
Tecnologia XFC EtherCAT com tempo de ciclo de 12,5 µs 03.09.2012 22
Tecnologia XFC EtherCAT com tempo de ciclo de 12,5 µs 12,5 µs Tempo de Resposta de E/S 03.09.2012 23
Tecnologia XFC EtherCAT com tempo de ciclo de 12,5 µs Tempo de ciclo de 12,5 µs Tempo de resposta de E/S: max. 40 µs Número de escravos EtherCAT: 15 12,5 µs 12,5 µs 12,5 µs 12,5 µs Cálculo PLC PLC PLC PLC PLC Comunicação Frame Transfer Frame Transfer Frame Transfer Frame Transfer Free running Sinal de entrada Sinal de Saída Min ca. 30µs Tempo Max ca. 40µs XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 24
Tecnologia XFC EtherCAT Terminals Oversampling Oversampling Terminals 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 XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 25
Tecnologia XFC EtherCAT Terminals Tempo marcado e E/S rápidas 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 XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 26
XFC na prática Cam digital Controle de posição de impressão Aplicação de cola Controle de ciclo fechado Controle linear Rastreamento XFC extreme Fast Control Technology 03.09.2012 27
Tempo Síncrono com telegrama Posição do Sinal = x Erro de amostragem devido ao jitter rampa = velocidade equidistant Ponto de amostragem ~4 µs Mestre Jitter 108 µs 94 µs 101 µs 104 µs 100 µs Cycle Time Erro devido à desvio Velocidade = x EtherCAT Out In Calc. Out In Calc. Out In Calc. Out In Calc. Out In D/A D/A D/A D/A D/A A/D A/D A/D A/D A/D Not in sync with IN
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 Posição Do Sinal = x Ponto de amostragem DC Sync 100 µs 100 µs 100 µs 100 µs equidistante Tempo de ciclo 100 µs Sem erro de amostragem Velocidade = x EtherCAT Calc. Out Sync In Sync Out In Calc. Out In Calc. Out In Calc. Out In D/A D/A D/A D/A A/D A/D A/D A/D
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 Posição do sinal = x Ponto de amostragem DC Sync 10 µs 100 µs 100 µs 100 µs 100 µs 100 µs Cycle Time Velocidade = x EtherCAT Telegrama In /Out Calc. In /Out Calc. In /Out Sync in A/D Calc. In /Out Calc. In /Out Calc. Sync out D/A
Nova Tecnologia em Automação Beckhoff Automação Aplicação XFC: Máquina comum de controle sequencial
XFC/Profibus: Aplicação de teste em máquina EK1100 EL2202 EL1252 BK3120 KL2134 KL1114 EtherCAT PROFIBUS Out 1 Out 2 In 1 In 2 Out 1 Out 2 In 1 In 2 Y 1 Y 2 S 1 S 2 Cilindro Pneumático X 1 X 2 34
XFC/Profibus: Eficiência da máquina e tempo de ciclo de controle Redução de tempo de ciclo da máquina em % (= Aumento na eficiência da máquina) T d % = N r 2 Tc2 T t N T r1 c1 T d% = Tempo de redução de ciclo (%) N r1 = N. Médio de ciclos de controle para E/S do Controle 1 N r2 = N. Médio de ciclos de controle para E/S do Controle 2 T c1 = Tempo de ciclo de controle 1 (menor tempo) T c2 = Tempo de ciclo de controle 2 (maior tempo) T t = Tempo entre duas transições de controle
Redução de tempo de ciclo = Aumento na eficiência Efficiency Gain 14.0% 12.0% 10.0% 8.0% 6.0% 4.0% E.g.: 4 Trans/s, de 2 ms Profibus para 0,1 ms EtherCAT: 2.4% de eficiência ganha 20 10 5 2 2.0% 0.0% No. of Transitions / sec 0.05 0.1 0.25 0.5 1 2.5 5 10 with: N r1 = 3, N r2 = 1,5, T c2 = 0,1 ms
Nova Tecnologia em Automação Beckhoff Automação E/S Oversampling: Melhorando Tempo, Resolução e Reação Análise de sinal até 500 kamostras
Entrada analógica com Oversampling Ciclo de medição Oversampling: Até 500kAmostras/sec Fator de Oversampling de 2-100 Ciclo do PLC
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 Tempo de Oversampling Ciclo de PLC Tempo de ciclo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C1 10 µs C2 100 µs 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C3 C4 t P critico Pressão 200 µs T response t Saída da válvula t Comunicação De E/S Cálculo Do PC/PLC I O I O I O I O I O 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 t t