_20200909_102809资料beckoff2015main_ethercat_cn

1、 EtherCAT实时以太网现场总线287EtherCAT288EtherCAT306EtherCAT 研发相关产品300XFC 技术292EtherCAT 技术 EtherCAT用于自动化控制技术的工业以太网 290产品概览系统描述系统概览 292 298 EtherCAT 组件工业 PC嵌入式控制器EtherCAT 端子模块EtherCAT 端子盒基 础 组 件EtherCAT 驱动器TwinCAT TwinSAFE 28 174 316 448 738 762 860 934 289/EtherCATEtherCAT306EtherCAT 研发相关产

2、品300XFC 技术292EtherCAT 技术 EtherCAT 端子模块产品概览EtherCAT 组件基于 PC 的控制系统EtherCAT 端子模块EtherCAT 端子盒工业 PC数字量 I/OEP1xxx，EQ1xxx，CPxxxx面板型 PCEtherCAT 主站）耦合器EK1xxx 46 330464EtherCAT 耦合器 E-busER1xxx*数字量输入BK1xxxEP2xxx，EQ2xxx，337471Cxxxx控制柜式 PCEtherCAT 主站）EtherCAT 耦合器 K-busER2xxx*数字量输出 94 EP23xx，EQ23xx，EKxxxx338478用于

3、 EtherCAT 端子模块的总线耦合器 ER23xx*数字量混合型嵌入式控制器数字量 I/O模拟量 I/OEP3xxx，EQ3xxx，CXxxxx嵌入式控制器 174 EL1xxx |ES1xxx342484数字量输入ER3xxx*模拟量输入（EtherCAT 主站）EP4xxx，ER4xxx*EL2xxx |ES2xxx352487数字量输出模拟量输出软 PLC /运动控制模拟量 I/O特殊功能EP5xxx，ER5xxx*TwinCATEtherCAT 主站和开发环境 860 EL3xxx |ES3xxx368488模拟量输入位置测量EP6xxx，ER6xxx*EL4xxx |ES4xxx

4、396490模拟量输出通讯安全技术TwinSAFE开发、可升级的特殊功能EL5xxx |ES5xxxEP7xxx，ER7xxx* 934 404492位置测量运动控制控制技术EL6xxx |ES6xxxEP8xxx，ER8xxx*409495通讯多功能 I/O 端子盒冗余系统TwinCAT EtherCAT冗余通过电缆冗余能力扩展 919 EL7xxx |ES7xxx427EP1111496运动控制带 ID 拨码开关的 EtherCAT 耦合器EtherCAT 主站系统端子模块EL9xxx |ES9xxx434EP1122496系统端子模块2 端口 EtherCAT 分支端子盒接口端子盒 EP

5、9214，EP9224497用于 EtherCAT 端子盒的 4/4 通道配电箱 290* EPxxxx：防护等级为 IP 67 的工业级外壳，EQxxxx：防护等级为 IP 69K 的不锈钢外壳，ERxxxx：防护等级为 IP 67 的锌合金压铸外壳 技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT 现场总线端子盒基础组件驱动技术FC9001，FC9011现场总线端子盒IL230x-B110PCI Ethernet伺服驱动器AX51xx 689 7507761 通道 PCI 以太网卡额定电流最高达 170 A 的 EtherCAT 伺服驱动器，1 通道带 EtherCAT 接口的 IP 67 耦

6、合器端子盒 FC90027512 通道 PCI 以太网卡AX52xx778FC9004额定电流最高达 2 x 6 A 的 EtherCAT 伺服驱动器，2 通道751IExxxx扩展端子盒4 通道 PCI 以太网卡 706 FC9051，FC9151752EL7201431用于 IP-Link1 通道迷你 PCI 以太网卡伺服电机端子模块，50 V DC，4 AFC90227512 通道Gbit PCI 以太网卡伺服电机AM80xx793采用单电缆传输技术（OCT）的 同步伺服电机 现场总线模块FM33xx-B110带 EtherCAT 接口的热电偶现场总线模块 734 PCI EtherCA

7、TFC1100753PCI EtherCAT 从站接口卡AM85xx801转子惯量更高并采用单电缆技术FC1121753PCI Express EtherCAT 从站接口卡 （OCT）的同步伺服电机分支器CU2508756AM88xx810采用单电缆技术（OCT）的不锈钢 实时以太网端口倍增器同步伺服电机 CU1128757EtherCAT 分支器AM3xxx814EP9128760同步伺服电机EtherCAT 分支端子盒， 8 通道 EtherCAT M8，IP 67ALxxxx820直线伺服电机光纤转换器CU1521-0000758紧凑型伺服驱动技术AM81xxEtherCAT 光纤转换器

8、（多模）835采用单电缆技术（OCT）的同步伺服 电机，适用于 EL7201 伺服端子模块CU1521-0010758EtherCAT 光纤转换器（单模）AM31xx835适用于 EL7201 伺服端子模块的同步 伺服电机 CU1561758EtherCAT 塑料光纤转换器 输送系统XTS842EP952x761XTS 磁悬浮输送系统EtherCAT 光纤转换端子盒（IP 67）291技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT EtherCAT 用于实现自动化的超高速通讯以太网直达端子模块 具有完全连续性以太网过程接口可从 1 位扩展到 64 kB首款真正的、用于现场层的以太网解决方案精确计

9、时，适合时间同步 直接内置于以太网帧内的优化协议完全由硬件实现 用于路由和接口：UDP 数据报文传递时进行处理 用于精确同步的分布式时钟 时间戳数据类型，用于纳秒范围内的分辨率用于高分辨率测量的过采样数据类型 12 s 内 256 个数字量 I/O30 s 内 1,000 个数字量 I/O50 s 内 200 个模拟量 I/O（16 位），20 kHz 采样率100 s 内 100 个伺服轴 350 s 内 12,000 个数字量 I/O断点检测 连续的“线路质量”测量能够精确定位传输故障拓扑结构视图 总线形、树形或星形拓扑结构 一个网络内最多可容纳 65,535 台设备网络规模近乎无限（ 5

10、00 km） 有无交换机均可运行 经济高效的电缆敷设：工业以太网电缆（CAT 5） 物理层： Ethernet 100BASE-TX 通过双绞线，2 个从站之间的距离最远可达 100 米 Ethernet 100BASE-TX 通过光纤电缆，2 个从站之间的距离最远可达 2 千米 支持总线网段的热连接 用于标准以太网设备的交换机端子模块用于现场总线设备的现场总线端子模块分布式串行接口 通讯网关 连接至其它 EtherCAT 系统的网关 与以太网完全兼容 可以通过交换机和路由器运行可以与其它协议混合运行 互联网技术（Web 服务器、FTP 等） 可与现有的总线端子模块系列兼容协议完全公开 Eth

11、erCAT 是 IEC、ISO 和 SEMI 标准.网络范围内的过程映像：4 Gbyte 设备过程映像：1 位至 64 kbyte 地址分配：自由配置 设备地址选择：通过软件自动完成拥有众多会员公司的国际化联盟组织成员包括用户和制造厂商 为技术开发提供支持保障互操作性 设备规范的集成和制定 无需再进行网络调整：降低工程成本 通过软件主站实现硬实时功能：无需插卡无需有源基础组件（交换机等） EtherCAT 所使用的以太网电缆和连接器低于传统的现场总线所使用的电缆和连接器 EtherCAT 协议直达每一个 I/O 端子模块：无需复杂的总线耦合器 高度集成了 EtherCAT 从站控制器，因此接口

12、成本较低 292技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT成本优势EtherCAT 技术地址空间开放性接口拓扑结构诊断功能性能协议技术亮点 智能化 E-bus端子模块耦合器端子模块I/O E-bus端子模块位于 E-bus 中的现场总线主站EtherCAT 末端端子模块将物理层传输介质从以太网转换为 E-bus2.4 位宽的 I/O 数据接口直达 E-bus高达 1 kbyte 宽的 I/O数据和参数接口与E-bus 直接相连4.8 kbyte 宽的过程数据和参数接口带 EtherCAT 扩展接口电源系统：24 V DC电源电源电源电源EtherCAT网段DC/DC转换光电隔离光电隔离光电隔

13、离数字量 I/O模拟量 I/O现场总线收发器I/O 电源： 5230V DC协议处理完全在硬件中进行 | 协议ASIC 可灵活组态。过程接口可从 1 位扩展到 64 kbyte。用于自动化控制技术的工业以太网实时以太网：超高速以太网直达端子模块Beckhoff 基于以太网现场总线系统的EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）技术具有性能优异、拓扑结构灵活和系统配置简单等特点。EtherCAT 突破了传统现场总线系统的限制， 为现场总线技术领域树立了新的性能标准：30 s 内可以更新 1000 个I/O，利用以太网和因特网技术实现垂

14、直优化集 成 ， 网 络 容 量 几 乎 无 限 。 使 用EtherCAT 后，可以用简单的线型拓扑结构替代昂贵的星型以太网拓扑结构， 无需昂贵的基础组件。EtherCAT 还可以使用传统的交换机连接方式，以集成其它的以太网 确地将数据包传送到所连接的以太网节点，但带宽的利用率却很低，特别是对于典型的自动化设备，因为即使是对于非常小的数据量，也必须要发送一个完整的以太网帧。而且，输出或驱动控制器重定向所需要的时间以及读取输入数据所需要的时间都要受制于具体的实现方式。通常也需要使用一条子总线，特别是在模块化 I/O 系统中，它与 Beckhoff 的 K-bus 总线一样，传输可能能够同步，

15、且速度也较快，但它还是不可避免地会增加通讯总线传输的延迟。 从以太网的角度看，EtherCAT 总线网段就是一个可接收和发送以太网帧的大型以太网设备。但是，该“设备”不包含带下游微处理器的单个以太网控制器， 而只包含大量的 EtherCAT 从站。与其它任何以太网设备一样，EtherCAT 不需要通过交换机就可以建立通讯，从而创建一个纯粹的 EtherCAT 系统。 以太网直达端子模块以太网系统直达系统中的每个设备，即直达每个端子模块；无需使用子总线。耦合设备中的物理层由 100BASE-TX 或FX 转换为 E-bus，以满足电子端子排等模块化设备的需求。端子排内的 E-bus 信号类型（L

16、VDS）并不是专用的，它还可用于 10 Gbit 以太网。在端子排末端， 物理总线特性被转换回 100BASE-TX 标准。 EtherCAT 技术突破了其它以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。在每台设备中（直达每个端子模块），EtherCAT 从站控制器在报文经过其节点时读取相应的编址数据，同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。帧被传递（仅被延迟几位）过去的时候，从站会识别出相关命令，并进行相应处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的，因此与协议堆栈软件的 Run-Time 系统或处理器性能无关。网段中的最后一个Et

17、herCAT 从站将经过充分处理的报文发回，这样第一个从站就会将该报文作为一种响应报文发回到主站。 其它的实时以太网方案需要专用的主站硬件或扫描卡，而 EtherCAT 只需要价格低廉的标准以太网卡便可实现。 主板集成的以太网 MAC 足以作为主站设备中的硬件使用。DMA（直接存储器存取）用于将数据传输到主内存。解除了CPU 存取网络数据的负担。Beckhoff 的多端口插卡中运用了相同的原理，它在一个 PCI 插槽中最多捆绑了 4 个以太网通道。 运行原理目前，有许多方案力求实现以太网的实时能力：例如，CSMA/CD 介质存取过程方案，即禁止高层协议访问过程，而由时间片或轮询方式所取代的一种

18、解决方案。另一种解决方案则是通过专用交换机精确控制时间的方式来分配以太网包。尽管这些解决方案能够比较快和准 293技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT C，RAM，等等EtherCAT 从站控制器（ESC） | EtherCAT 不仅在 I/O 设备之间进行高速数据传输，它在设备内部的数据传输速度也同样很快。数字量 I/O 由 EtherCAT 从站控制器直接处理，并无延迟地通过本地固件直接操控，与该设备的微处理器性能无关。 协议EtherCAT 是用于过程数据的优化协议， 它既可以在以太网帧内直接传送，也可以封装为 UDP/IP 数据报文。UDP 协议在其它子网中的 EtherCAT

19、 网段由路由器进行寻址的情况下使用。EtherCAT 帧可包括几个 EtherCAT 报文，每个报文都服务于一块逻辑过程映像区的特定内存区域，该区域最大可达 4 GB。数据顺序不依赖于网络中以太网端子的物理顺序， 可任意编址。从站之间可进行广播、多播和通讯。 性能EtherCAT 使网络性能达到了一个新境界。 1000 个分布式 I/O 数据的刷新时间仅为30 s 包括端子模块周期时间。单个以太网帧最多可进行 1486 字节的过程数据交换，几乎相当于 12000 个数字输入和输出，而这一数据量的传输所花费的时间仅为 300 s。 与 100 个伺服轴的通讯每 100 s 执行一次。可在这一周期

20、时间内更新带有命令值和控制数据的所有轴的实际位置及状态，分布时钟技术使轴的同步偏差小于1 微秒。 FMMU：报文处理完全在硬件中进行该协议还可处理通常为非循环的参数通讯。参数的结构和含义通过针对各种设备类别和应用的CANopen 设备规范定义。EtherCAT 还支持符合 IEC61491 标准的SERCOS 伺服规范。 这种网络性能优势在具有相对中等运算能力的小型控制器中较为明显。EtherCAT 周期时间如此之短，使得它可以在两个控制周期之间完成。因此，控制器总是能够获取最新的输入数据；输出以最小的延迟寻址。无需增强本身的运算能力，控制器的响应行为就能够得到显著改善。 超高性能的 Ethe

21、rCAT 技术可以实现传统的现场总线系统无法迄及的控制理念。这样，通过总线也可以形成超高速控制回路。以前需要本地专用硬件支持的功能现在可在软件中加以映射。巨大的带宽资源使得状态数据能够与任何数据并行传输。EtherCAT 技术使得通讯技术与现代高性能的工业 PC 相匹配。总线系统不再是控制理念的“瓶颈”。分布式I/O 可能比大多数本地 I/O 接口运行速度更快。 除了符合主站/从站原理的数据交换外， EtherCAT 还非常适合用于实现控制器之间（主站/主站）的通讯。自由编址的网络变量可用于过程数据以及参数、诊EtherCAT 技术原理具有可塑性，并不束缚于 100 Mbaud 的通讯速率，甚

22、至有可能扩展为 Gbit 的以太网。 断、编程和各种远程控务，可满足各种应用需求。主站/从站与主站/主站之间的数据通讯接口也相同。 294技术规格若有变更，恕不另行。EtherCATFrom the master To the master 数字量 I/OEtherCAT从站控制器EtherCAT 设备结构数字量 I/O现场总线/以太网控制器常规的设备结构 工业 PC可自由选择拓扑结构 | 在布线上具有最大的灵活性：是否使用交换机，是采用总线型拓扑结构，还是树型拓扑结构，均可任意选配组合。自动进行地址分配；无需设置 IP 地址。 EtherCAT 替代 PCI随着 PC 组件越来越趋于小型化，

23、工业 PC 的实际尺寸大小逐渐由所需要的插槽数目决定。而高速以太网的带宽和 EtherCAT 通讯硬件（EtherCAT 从站控制器）的数据宽度使得 PC 接口转移到 EtherCAT 系统中的智能接口端子模块上成为可能。除分布式 I/O、轴和控制单元外，现场总线主站、高速串行接口、网关及其它通讯接口等复杂系统可以通过 PC 上的一个以太网端口进行寻址。甚至对无协议变体限制的其它以太网设备也可通过分布式交换机端子模块进行连接。由于一个以太网接口足以满足整个外围设备的通讯，因此，这不仅极大地精简了工业 PC 主机的体积和外观，而且也降低了工业PC 主机的成本。 网的星型拓扑结构。个从站时钟传播的

24、延迟偏移 反之亦然。分布式时钟基于该值进行调整，这意味着可以在网络范围内使用非常精确的、信号抖动小于 1 微秒的时间基。 还可以选择不同的电缆以提升连线的灵活性：灵活、经济的标准超五类以太网电缆可采用 100BASE-TX 模式传送信号， 两台设备之间的最大电缆长度为100 米。以太网带宽（如不同的光缆及铜缆）可以结合交换机或光纤转换器使用。信号变量可以根据每个电缆间距单独选择。 EtherCAT 系统最多可连接65,535 台设备，因此整个网络规模几乎是无限的 此外，高分辨率的分布式时钟不仅可以用于同步，还可以提供数据采集的本地时间精确信息。由于采用了扩展数据类型，因此，可以给被测量值分配非

25、常精确的时间戳。 热连接许多应用都需要在运行过程中改变 I/O 组态。例如，需求不断变化的加工中心、装备传感器的刀具系统或智能化的传输系统、灵活的工件执行机构或可单独关闭印刷单元的印刷机等。EtherCAT 系统的协议结构中已经考虑到了这些需求： 热连接功能可以将网络的各个部分连在一起或断开， 或“ 飞速” 进行重新组态，针对不断变化的组态提供灵活的响应能力。 分布式时钟精确同步对于同时动作的分布过程而已尤为重要，例如，几个伺服轴在同时执行协调运动时便是如此。 拓扑结构总线形、树形或星型：EtherCAT 支持几乎任何类型的拓扑结构。因此，由于现场总线而得名的总线结构或线型结构也可用于以太网。

26、最有效的系统连线方法是对线型、分支或树叉结构进行拓扑组合。因为所需接口在 I/O 模块等很多设备中都已存在，所以无需附加交换机。当然，仍然可以使用传统的、基于以太 最有效的同步方法是精确排列分布时钟。与完全同步通讯中通讯出现故障会立刻影响同步品质的情况相反，分布排列的时钟对于通讯系统中可能存在的相关故障延迟具有极好的容错性。采用EtherCAT 后，数据交换就完全基于纯硬件机制。由于通讯采用了逻辑（借助于全双工高速以太网的物理层） 环网结构，基准时钟可以简单、精确地确定各 高可用性选择冗余电缆可以满足人民对提高系统可靠性方面日益增长的的需求，以保证设备更换时不会导致网络瘫痪。EtherCAT2

27、95技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT MStIPCSSSSSS分布式时钟 | CPU、I/O 和驱动单元的本地独立系统同步 也支持热备份的主站冗余。由于在环路中断时 EtherCAT 从站控制器芯片将立刻自动返回数据帧，一个设备的失败不会导致整个网络的瘫痪。例如，拖链设备可以配置为分支拓扑， 以防止电缆断开。 说至关重要。只有快速而准确地检测出故障，并明确标明其所在位置，才能快速排除故障。因此，在 EtherCAT 的研发过程中，特别注重全面的诊断功能。 的 I/O 系统采用的是成熟的 Beckhoff 总线端子模块系统外壳。与总线端子模块不同的是，现场总线的协议数据是在总线耦合器

28、内部实现转换，然后传递给内部、独立于现场总线的端子模块总线（指K-Bus），而 EtherCAT 协议则在完全保持不变的状态下直达各个 EtherCAT 端子模块。除带有 E-bus 接口的 EtherCAT 端子模块之外，也可通过 EtherCAT 总线耦合器 BK1120 来连接带有 K-bus 接口的成熟的标准总线端子模块。这样可确保Beckhoff 新老产品与广泛使用的系统之间的兼容性和连续性。为您现有和未来的投资提供有力保障。 试运行期间，驱动或 I/O 端子模块等节点的实际配置需要与指定的配置进行匹配性检查，拓扑结构也需要与配置相匹配。由于整合的拓扑识别过程已延伸至各个端子，因此，

29、这种检查不仅可以在系统启动期间进行，也可以在网络自动读取时进行（配置上载）。 Safety over EtherCAT为了实现 EtherCAT 安全数据通讯，我们开放了 Safety over EtherCAT 协议。该协议已经由德国技术监督局（ TV）鉴定为符合 IEC 61508 定义的 SIL3 等级要求。EtherCAT 被用作单一通道通讯系统。传输介质被认为是“黑色通道”而不被包括在安全协议中。因此，该安全协议也可通过其它通讯系统、背板或 WLAN 传输。传输周期可根据要求缩短，不会影响残留误差率。Safety over EtherCAT 主站和从站之间的安全数据循环交换被称作为由

30、看门狗定时器监控的连接。一个主站能建立并监控多个不同从站的连接。 数据传输过程中出现的位故障可以通过评估每台设备上的 CRC 校验进行检测。除断点检测和定位之外，EtherCAT 系统的协议、物理层和拓扑结构还可以对各个传输段分别进行品质监视，与错误计数器关联的自动评估还可以对关键的网络段进行精确定位。此外，也可以检测和定位电磁干扰、连接器破损或电缆损坏等一些渐变或突变的错误源。 能够直接连接 EtherCAT 网络，无需额外使用耦合器端子盒。EPxxxx 系列采用符合IP 67 防护等级的工业级外壳，非常适合用于直接安装在恶劣工况下的机器上。EQ 系列不锈钢外壳的防护等级达到IP 69K，可

31、以用于食品、化工、制药等对卫生要求很高的行业。 诊断功能网络的诊断能力对于提高网络可靠性和缩短调试时间 从而降低总成本 来 EtherCAT 组件在硬件方面，EtherCAT 端子模块内部集成了 EtherCAT 技术。防护等级为 IP 20Beckhoff 工业 PC、CX 系列嵌入式控制器、具有控制功能的控制面板以及以太网 PCI 接口卡，均已集成 EtherCAT 功 296技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT IPC 协议结构 | 过程映像分配可自由组态。数据在 I/O 端子模块中被直接复制到过程映像内的所需位置：无需额4 GB 的超大寻址空间。 行映射。高达能。Beckhof

32、f 还可提供带有 EtherCAT 接口的伺服驱动器。 的有可能实现的任何行业的应用要求。这样就确保了 EtherCAT 技术功能和接口以最佳方式用于多种应用领域。该组织确保将 EtherCAT 技术便捷且经济有效地集成到大量自动化设备中，同时确保集成后设备的互操作性。 开放性EtherCAT 技术不仅完全兼容以太网，而且在“设计”之初就具备良好的开放性特征：该协议可与其它基于以太网的服务和协议并存于同一物理介质中通常只会对整个网络性能有很小程度的影响。对以太网的设备类型没有限制，设备可通过交换机端口在 EtherCAT 段内进行连接。不会影响周期时间。带现场总线接口的设备可通过 EtherC

33、AT 现场总线主站端子模块集成到网络中。UDP 协议变体允许设备整合于任何插槽接口中。EtherCAT 是一个完全开放的协议， 是公认的正式 IEC 规范（IEC 61158，type 12）。 EtherCAT 技术（ETG）是正式的 IEC合作组织中现场总线标准化的合作组织，成员资格对所有公司开放。 详细信息，请访问网站：EtherCAT 技术EtherCAT 技术（EtherCAT TechnologyGroup，简称 ETG）是为来自于各种工业领域的主要用户公司和领先的自动化设备制造商提供的平台，旨在共同支持， 推广及发展 EtherCAT技术。E

34、TG 的目标是保证 EtherCAT 技术满足并超越最广泛 297技术规格若有变更，恕不另行。EtherCATEthernet HDRHDR 1数据 1HDR 2数据 2HDR n数据 nCRC： 最大 4 GB子报文 1子报文 2子报文 n逻辑过程映像 EtherCAT 系统概览298技术规格若有变更，恕不另行。EtherCATF现ie场ld总bu线s in集te成gration灵Fle活xib的le拓to扑po结lo构gyEthernet TCP/IP工IPC业 PCA自u动tom化at套ion件su，ite, EEtthheerrCCAATT m主a站sterI工ndu业st以ria太l

35、 Et网he电rne缆t cable总B线us/ /（(10100B0ABSAES-TEX-)TX） 线l型ine100 m5500 mm（(POPOF)F） E-busK-bus22,000000 mm（(m多ult模im）ode)BK12502200,000000 mm（(si单ngl模em）ode)树Tr型ee/ 星st型ar110000BBAASSEE-FFXX F光ib纤re optic（(110000BBAASSEE-F-XF)X） 299技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT安Sa全fet技y 术带SafTewtyinDSrAivFeEs选wi项th卡的安Tw全in驱SA动

36、FE 器option cardsEtherCAT 桥bri接dg端e 子模块工IPC业 PC工IPC业 PC工IPC业 PCEL6692 Safe安ty 全inp输ut入s/o/u输tp出utsTwinSAFE PLCC电a缆ble冗re余dundancy工IPC业 PC XFC | 通过极速控制技术提高生产效率I/O 响应时间包括所有硬件的处理时间（工业PC、EtherCAT和I/O系统），从物理输入发生到输出响应的整个过程。由于 XFC 技术能够实现 I/O 响应时间 100 s，因此，PLC 编程人员可以轻松实现以前只有伺服控制器在配备数字信号处理器的条件下才有可能达到的控制性能。300

37、技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT 工业 PC高速 I/O驱动技术TwinCATEtherCAT | XFC 使得速度更快随着 XFC 极速控制技术的推出，Beckhoff 可为您提供一套全新理念的超高速控制解决方案：XFC 基于优化的控制和通讯架构，由先进的工业 PC、具有可扩展实时特性的超高速 I/O 端子模块、EtherCAT 高速工业以太网系统和 TwinCAT 自动化软件组成。采用 XFC 技术后，可以实现I/O 响应时间 100 s。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。 TwinCAT 极速实时控制软件XFC 则可

38、以使响应时间再缩短 10 倍，即周期时间低至 100 s 或更低，而不会对中央智能控制系统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。 Microsoft Windows 环境下实现实时性，周期时间最短为 12.5 s XFC 实时任务支持标准的 IEC 61131-3 编程规范 XFC 技术兼容Windows 和 TwinCAT的标准特性 全新的方案能提高机器性能，降低响应时间，让用户从中受益匪浅。例如，预防性维护测试任务、空闲时间监视或部件质量文件归档等功能都可被轻松地集成到设备控制中，而无需额外使用昂贵的专用设备。在一个实际的自

39、动化解决方案中，并不是所有的任务都必须达到超高速或者高精度很多任务仍然可以采用“普通的”解决方案进行处理。因此，XFC 技术不仅完全兼容已有的解决方案，而且还可以在相同的硬件和软件均中与已有的解决方案同时使用。 EtherCAT 极速控制通讯技术30 s 内可处理 1000 个分布式数字量 I/OEtherCAT 协议直达每一个 I/O 端子模块，无需子网支持 标准以太网控制器的优化使用， 如 EtherCAT 主站中的 Intel PC 芯片架构 XFC 代表着一种速度极快且时间确定性极高的控制技术，它包括控制领域所涉及到的所有硬件和软件组件：它包含了控制领域所涉及到的所有硬件和软件组件：优

40、化的输入和输出组件，可以非常精确地检测信号或初始化任务；用作为极速通讯网络的 EtherCAT ；高性能工业PC；连接所有系统组件的 TwinCAT 自动化软件。 基于分布式时钟的高级实时特性 同步性时间戳超采样 EtherCAT 端子模块 极速 I/O 技术过去，控制周期时间一般都在 10-20 ms 左右，通讯接口处于自由运行状态，导致准确性的精度不够,并影响过程信号。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，许多特殊控制回路可被移到中央控制器中，大大节省了成本，提高了智能化算法应用方面的灵活性。 为所有信号类型提供完整的

41、 I/O 产品线 高速数字量和模拟量 I/O可通过时间戳和超采样特性实现极高的时间分辨率（10 ns） 工业 PC 极速主控 CPU基于高性能实时主板的工业 PC 结构紧凑是优化控制应用的要素/XFC301技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT XFC 技术分布式时钟时间戳/多时间戳通常，过程数据以其各自的数据格式传输（例如，一个数字量值用一个位来表示，一个模拟量值用一个字来表示）。因此，当传输记录时，过程记录的时间相关性在通讯周期中是固定的。它表明时间分辨率和精度也会受到通讯周期的限制。 在一个普通的离散式控制环路中，输入组件在某个特定时间获取实际

42、数据，并通过通讯组件将结果传输到控制系统。控制组件计算响应，输出组件将结果发送给设置值输出模块 （输出组件），并发布给被控制系统处理。 控制过程的关键要素是：响应时间最小，实际值获取时间的确定（即，必须尽可能地精确计算时间），以及相应时间确定的设定值输出。从时域上看，通讯和计算同时发生，却又互不相关。只要结果在输出单元中有效，并可持续到下一次输出，即要求 I/O 组件具备时间精度，而不是要求通讯或者运算单元具备时间精度。 除用户数据之外，时间戳数据类型还包含一个时间戳。该时间戳 一般采用普遍存在的系统时间表示 能够为过程记录提供高精度的时间信息。时间戳可以用于输入（例如，识别一个已发生的时间）

43、和输出（例如，计时一个响应）。这样，例如，可以在切换输出时及时确定精确的点位置。该切换任务在执行时与总线周期无关。 因此，EtherCAT 分布时钟代表基本的 XFC 技术，同时也是EtherCAT 通讯的一个通用组件。所有的 EtherCAT 设备自身都配备了本地时钟，并通过 EtherCAT 通讯自动连续地与其它所有时钟保持同步。通讯运行时间偏差可以得到补偿，因此，通常情况下，所有时钟之间的最大偏差小于 100 纳秒。而且， 分布式时钟的当前时间也被称作为系统时间，因为它可以始终在整个系统中有效。 时间戳端子模块每个总线周期可以执行一个切换任务或切换，而多时间戳端子模块每个周期最多可以执行

44、 32 个切换任务或切换。 302技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT分布式时钟 CPU、I/O 和驱动设备的分布式绝对系统时间同步 内部采样 10 纳秒 分布式时钟精度 1 s用于时间戳端子模块的信号技术（64 位时间分辨率） 数字量信号单次触发的时间测量极为精确：分辨率为 1 纳秒，内部采样 10 纳秒，分布式时钟的精度 580 年 用于多时间戳端子模块的信号技术（32 位时间分辨率） 每个周期可以实现 32 个的精确时间测量：分辨率为 1 纳秒，视配置而定，内部采样 1040 s 分布式数字输入信号上升沿或下降沿的高精度时间 测量 分布式输出信号的高精度计时，与控制周期无关 时间

45、分辨率为 32 位的分布式时钟，足够用于完成 4 秒时帧内的动作 超采样高速 I/O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通常，过程数据在每一个通讯周期中被准确地传输一次。与此相反，一个过程记录的时间分辨率直接取决于通讯周期时间。只有缩短周期时间，才有可能获得更高的时间分辨率， 但周期时间又往往受到相关的实际条件限制。 周期。只有当控制系统已经检测并处理一个生一个响应。 时，才会产传统的方法要达到 100 s 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/O。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

46、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/O 配置，一般情况下，不能对其进行扩展。 超采样数据类型能够实现在一个通讯周期内对一个过程记录以及对包含在一个数组中随后产生的（输入）或之前已产生的（输出）所传输的所有数据进行多次采样。超采样系数描述了在一个通讯周期中采样的次数，因此是 1 的倍数。即使是在一般的通讯周期时间条件下，也可以轻松达到 200 kHz 的采样率。I/O 组件中的采样触发受本地时钟控制（或全局系统时钟），因此，它可以使整个网络范围内的分布式信号之间的时间关系得以关联。 303技术规格若有变更，恕不另行。EtherCAT超采

47、样信号 在一个控制周期内实现多次信号转换 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 支持 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 s 支持 EtherCAT 数字量 I/O 端子模块 最高 1 MHz 时间分辨率最高可达 1 s 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 极快的 I/O 响应时间 最慢 85 s 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 极短的控制周期时间 1100 s（最小 12.5

48、s） 全方位提升 PLC 应用的性能等级： 100 s 级的控制环 中央控制特殊控制1过程下属特殊控制（有限的过程映像） 中央控制1过程快速中央控制（完整的过程映像） XFC 组件为了实现上文阐述的 XFC 技术，必须要求相关的控制系统全面支持所有的硬件和软件组件，包括高速、时间确定的通讯和 I/O，以及控制硬件。XFC 的一个重要组成部分是软件组件，它负责控制算法的快速处理和整个系统的优化配置。 速时间链路，并已集成到所有的通讯设备中。 制任务开始之前进行读取和处理，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。 XFC 技术至关重要的特点是可以选择将所有 I

49、/O 组件都直接集成到 EtherCAT 通讯中，因此，无需子通讯系统（子总线）。在很多 XFC 端子模块内部，数/模、模/数转换器都是直接与 EtherCAT 芯片相连接， 从而避免了信号延迟。 TwinCAT 所具备的特殊扩展功能使得 XFC 数据类型（时间戳和超采样）的处理更加简单。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分配的超采样率显示通过超采样方式捕获的数据，并可以进行更加精确的数据分析。 Beckhoff 提供的专业 XFC 产品主要包括 4 个部分：EtherCAT 现场总线、由 EtherCAT 端子模块组成的 I/O 系统、硬件平台工业 PC和 TwinCAT 控制软件。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、高性能的高速控制解决方案（即， 无需特殊硬件支持）。 控制组件 高性能工业 PC如果要求运行速度更快、控制算法更强，则中央控制技术相对多个分布式的小型控制器而言则具有明显优势。 高速多核处理器十分适合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，因为高速算法正是在此缓存中运行，从而使得处理速度更加快捷。 集成 XFC 技术的 I/O 组件标准的 EtherCAT 端子模块全