1.前言

reACTION技術(shù)可將工業(yè)自動化應(yīng)用中的響應(yīng)時間降至1μs。貝加萊已經(jīng)使用標(biāo)準(zhǔn)硬件設(shè)計(jì)出這種新型極速控制技術(shù)，其編程符合IEC61131標(biāo)準(zhǔn)。這使得其在顯著提升性能的同時卻無需花費(fèi)額外費(fèi)用。

在許多應(yīng)用中，控制速度會直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。“例如，在PET制瓶中，壓力必須得到非常精確的控制，”貝加萊控制事業(yè)部經(jīng)理AntonMeindl解釋道。“控制精度越高，你就能使瓶壁變得越薄。”其它例子還包括在注塑應(yīng)用中所需高精度的速度和位置控制。高速控制功能在印刷業(yè)中也是必不可少的。“將紙張送入機(jī)器時會對其邊緣進(jìn)行快速檢測，”Meindl說道。能從極速響應(yīng)時間中獲得潛在收益的應(yīng)用幾乎數(shù)不勝數(shù)。而傳統(tǒng)I/O技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的最小響應(yīng)時間則約為1ms。“對于一些應(yīng)用而言，1毫秒已經(jīng)不再足夠快了，”Meindl說道。“在飲料灌裝線上，控制技術(shù)需要以更快的速度處理液位傳感器信號以達(dá)到最佳的灌裝效果。”傳統(tǒng)方案中的響應(yīng)時間會受到一些因素的影響，例如網(wǎng)絡(luò)性能或網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)流量和控制器性能。在常規(guī)的信號處理中，I/O模塊中的輸入驅(qū)動器會讀取輸入信號，并將其轉(zhuǎn)換成邏輯信號。然后，此信號通過網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送給PLC，信號經(jīng)PLC處理后被發(fā)送回該模塊。輸出驅(qū)動器會再次將其轉(zhuǎn)換并發(fā)出。因此，這種方法無法將響應(yīng)時間降至遠(yuǎn)低于毫秒范圍。

2.1μs響應(yīng)時間

“當(dāng)我們在開發(fā)reACTION技術(shù)的時候，我們的目標(biāo)是通過盡可能多地將其直接集成到I/O模塊中來加快信號處理，”Meindl說道。“與此同時，我們又不想犧牲一體化軟件管理的優(yōu)勢。”這種全新的貝加萊解決方案將接收輸入信號到發(fā)送控制信號之間的間隔時間降至1μs。該技術(shù)本身是基于集成FPGA芯片的I/O模塊。“我們使用FPGA芯片是因?yàn)樗邆渫瑫r快速處理信號的能力，”Meindl解釋道。FPGA連接約10個功能塊的處理時間約為0.8μs。

3.快捷的FPGA編程

貝加萊開發(fā)人員所面臨的一大挑戰(zhàn)與FPGA編程有關(guān)。“我們發(fā)現(xiàn)了一個非常好的解決方案，”Meindl說道。機(jī)械制造商現(xiàn)在可以在他們熟悉的AutomationStudio開發(fā)環(huán)境中對FPGA進(jìn)行管理和編程。他們可以通過使用IEC61131功能塊來開發(fā)程序和參數(shù)；通過交換過程變量來處理I/O和CPU任務(wù)之間的通信。既可以使用邏輯運(yùn)算符如AND、OR、XOR和NOT，也可以使用算術(shù)運(yùn)算符如ADD、SUB、MUL和DIV以及浮點(diǎn)運(yùn)算、PWM、比較器功能和計(jì)數(shù)器。通過功能塊創(chuàng)建的連接可以像普通控制代碼一樣進(jìn)行測試。通過執(zhí)行控制器上的模塊可以進(jìn)行仿真。如果一切進(jìn)行正常，那么隨后軟件功能就會被分配給AutomationStudio硬件配置中的各個硬件組件。“通過使用貝加萊客戶已經(jīng)習(xí)慣的同樣簡單的軟件開發(fā)方法，reACTION技術(shù)開啟了極速自動化的嶄新空間，”Meindl說道。為了使應(yīng)用程序盡可能具有普遍性，功能塊可以被加載到模塊中隨時用于本地執(zhí)行。使用貝加萊AutomationStudio工程平臺中的功能塊編輯器在相應(yīng)的reACTION庫中對FPGA進(jìn)行編程，如圖1所示。

4.優(yōu)點(diǎn)

-->響應(yīng)時間1微秒

-->大幅降低CPU負(fù)載

-->編程符合IEC61131標(biāo)準(zhǔn)

-->集中管理程序

-->集成參數(shù)管理

5.靈活且快速的reACTION技術(shù)

reACTION技術(shù)將信號處理直接集成在模塊中，從而將系統(tǒng)總線和中央控制器排除在響應(yīng)時間問題之外。“reACTION技術(shù)能夠提供的極速性能始終如一，”Meindl說道。市場上的其它方案要么無法提供相同的速度，要么在靈活性和編程方面受到機(jī)械制造商的不必要的限制。通過使用reACTION技術(shù)進(jìn)行信號處理，輸入驅(qū)動器可以以20ns的分辨率對輸入信號進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)換成邏輯信號。然后，F(xiàn)PGA會以1μs的循環(huán)時間對信號進(jìn)行處理，再將結(jié)果發(fā)送回I/O模塊的輸出驅(qū)動器。該模塊最后將其轉(zhuǎn)換并生成物理信號。換言之，F(xiàn)PGA承擔(dān)了某些控制功能的職責(zé)，并減小了PLC上的負(fù)載。貝加萊為其X20和X67（如圖2）系列I/O模塊以及X20緊湊型控制器提供reACTION技術(shù)。

“由于reACTION技術(shù)承擔(dān)起了很大一部分的負(fù)載處理任務(wù)，因此可以使用較小的PLC，”Meindl說道。這意味著機(jī)械制造商可以使用毫秒級控制器實(shí)現(xiàn)微秒級控制響應(yīng)。“用戶現(xiàn)在決定使用多大的處理器是基于應(yīng)用程序的平均負(fù)載，而不是一些特定功能所需要的最大速度，”Meindl補(bǔ)充道。

6.極速模塊，極速控制

reACTION技術(shù)可用于X20和X67I/O模塊以及新的X20緊湊型控制器。三個帶不同I/O配置的模塊可以應(yīng)用該技術(shù)，包括兩個X20模塊（X20RT8001和X20RT8201）以及一個X67模塊（X67BC81RT）。

每個防護(hù)等級為IP20的X20模塊都有四路帶變量輸入濾波器的數(shù)字量輸入以及另外四路可配置的物理轉(zhuǎn)換時間低于2μs的數(shù)字量I/O點(diǎn)。X20RT8201模塊額外擁有兩路帶12位分辨率和5μs轉(zhuǎn)換時間的模擬量輸入（+/-10V）。X67模塊具有IP67防護(hù)等級，可以提供兩路24VDC數(shù)字量輸入，三路5VDC輸入以及四路可配置的I/O點(diǎn)。除了兩路模擬量輸入之外，還集成了一路帶12位分辨率的模擬量輸出（+/-10V）。貝加萊為兩款緊湊型控制器X20CP1381-RT和X20CP1382-RT提供了reACTION技術(shù)。這些緊湊型控制器可以使用200MHz或400MHz處理器。根據(jù)不同的應(yīng)用可選256MBRAM和16kB非易失性RAM。內(nèi)置閃存可提供最大4GB的應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)存儲?？刂破鞫寂鋫淞薊thernet、USB和RS232接口。在這兩種性能等級的控制器中，也都可以使用集成的POWERLINK和CAN接口。