Beckhoff Produkte mit XFC-Technologie erfüllen die Anforderungen von Applikationen, die schnelle Ansteuerung, kurze Reaktionszeiten und deterministische Kontrolle im Mikrosekundenbereich erfordern. Zu den relevanten Technologien gehören EtherCAT als Feldbuskommunikation, leistungsstarke Industrie-PCs, I/O-Produkte wie IP20-Klemmen und IP67-Box-Module sowie die flexible Automatisierungssoftware TwinCAT.

Die XFC-Technologie bietet signifikante Vorteile durch feinere Zeitauflösungen für präzisionskritische Prozesse. Dank der optimierten Steuerungsarchitektur und der Integration verschiedener Teiltechnologien können Reaktionszeiten von deutlich unter 100 Mikrosekunden erreicht werden. Dies ermöglicht die Umsetzung hochdynamischer und zeitdiskreter Prozesse mit hoher Präzision und Zuverlässigkeit bereits mit Standardkomponenten.

Die XFC-Technologie umfasst folgende Teiltechnologien aus verschiedenen Produktbereichen: Distributed Clocks, Timestamp/Multi-Timestamp, Oversampling, schnelle Ein-/Ausgänge im Sub-Mikrosekundenbereich und Mikroinkremente. Diese Teiltechnologien tragen entscheidend dazu bei, die hohe Leistung und Genauigkeit der XFC-Systeme zu gewährleisten.

Distributed Clocks

Distributed Clocks schaffen eine einheitliche Zeitbasis in allen Busteilnehmern, die für zeitkritische Prozesse unerlässlich ist und eine präzise Abstimmung von Ereignissen über verschiedene Komponenten hinweg ermöglicht. Damit lösen sich die Steuerungsaktionen vom Steuerungs-/Buszyklus und werden frei auf der Zeitachse verschiebbar. Mit Distributed Clocks wird die Leistung und Zuverlässigkeit industrieller Anwendungen durch die zeitlich deterministische Erfassung und Ausgabe von Signalen optimiert. Distributed Clocks bietet mit der einheitlichen Zeitbasis die Grundlage für alle weiteren XFC-Technologien.

• dezentrale, absolute Systemsynchronisation für beliebig viele CPUs, I/Os und Antriebsgeräte
• interne Zeitauflösung: 10 ns
• Genauigkeit Distributed Clocks: << 1 µs
• synchronisierbar zu anderen Zeitsystemen (externe Synchronisation)

Timestamp

Timestamp/Multi-Timestamp bietet die Möglichkeit, die einheitliche Distributed Clocks-Systemzeit als Datentyp zu verarbeiten. Diese Technologie ermöglicht eine präzise Erfassung von Zeitstempeln für Ereignisse in Echtzeit. Mit Timestamp können digitale und analoge Ereignisse buszyklusunabhängig erfasst und Ausgänge buszyklusunabhängig gesetzt werden. So können z. B. mehrere Antriebsachsen präzise zueinander und zu der Systemzeit synchronisiert werden. Im Unterschied zu Timestamp können bei Multi-Timestamp mehrere Schaltergebnisse pro PLC-Zyklus verarbeitet werden.

• Timestamp
  • extrem präzise Zeitmessung für digitale Einzel-Ereignisse je Zyklus: Auflösung 1 ns, interne Abtastung im ns-Bereich
  • absolute Distributed-Clocks-Zeit mit 64-Bit-Auflösung, einfaches Zeithandling > 580 Jahre
• Multi-Timestamp
  • präzise Zeitmessung von bis zu 32 Ereignissen je Zyklus: Auflösung 1 ns, interne Abtastung im µs-Bereich
  • Distributed-Clocks-Zeit mit 32-Bit-Auflösung, ausreichend für Aktionen in einem Zeitbereich von ±4 Sekunden

Oversampling

Mit Oversampling können geräteseitig höhere Abtastraten umgesetzt werden, ohne den SPS-Zyklus zu verändern. Dabei wird zeit-äquidistant mehrfach pro Buszyklus abgetastet und einmal ein Paket an Messwerten übertragen. Mit den hohen Abtastfrequenzen können Signale zeitlich höher aufgelöst aufgenommen und hochfrequentere Signale erfasst werden als in der Standardauswertung (1 Messwert je Bus-/Steuerungszyklus). Der sonst übliche Weg für die Erfassung solcher Signale wäre das Verringern der Zykluszeit, was aber praktischen Grenzen seitens der Steuerung unterliegt. Bei Oversampling-Ausgängen können im Vergleich zum Zyklus höhere Steuerungsfrequenzen umgesetzt werden, sodass je Bus-/Steuerungszyklus mehrere Stellbefehle ausgegeben werden können.

• Unterstützung für analoge I/O-EtherCAT-Klemmen (Stand 2024): Signalkonvertierung bis 100 kSps/10 µs
• Unterstützung für digitale I/O-EtherCAT-Klemmen (Stand 2024): bis 10 MSps/100 ns
• Unterstützung für Winkel-/Wegmessung (Stand 2024): bis zu 100 kSps/10 µs

Schnelle Reaktionen

Mithilfe von I/O-Geräten mit besonders geringer Eingangs- und Ausgangsverzögerung von <1 µs kann das Bussignal unmittelbar in das physikalische ausgegebene Signal umgewandelt werden bzw. auch umgekehrt. Zusammen mit den anderen XFC-Technologien kann so eine möglichst schnelle Signalverarbeitung innerhalb der Beckhoff Standardkomponenten erfolgen. In Verbindung mit der schnellen Feldbuskommunikation über EtherCAT und den kurzen Steuerungszyklen der leistungsstarken Beckhoff Industrie-PCs werden äußerst kurze Reaktionszeiten ermöglicht.

• Regelkreise über die Zentralsteuerung von < 50 µs sind so möglich
• Deterministisch synchronisierte Konvertierung des Eingangs- und Ausgangssignals führt zu geringerem Prozess-Timing-Jitter.
• Prozess-Timing-Jitter ist unabhängig von Kommunikations- und CPU-Jitter

Mikroinkremente

Mikroinkremente bieten bei der Auswertung von Achspositionen/Encodern die Möglichkeit, zwischen den real gezählten Encoder-Inkrementen zeitbasiert zusätzliche Inkremente zu interpolieren und somit die Ortsauflösung des Encoder-Zählwertes zu erhöhen. Intern wird die aktuelle Geschwindigkeit gemessen und die Mikroinkremente entsprechend interpoliert. Dadurch nähert sich der Encoder-Zählwert der realen Achsenposition an.

• Interpolationsauflösung von 8 Bit
• zyklisch konstante Ermittlung des Encoder-Zählwertes durch Distributed Clocks