Beckhoff XFC 技术

分布时钟 – 使 I/O 实现精确同步
在一个普通的离散式控制环中，输入组件在某个特定的时间获取实际数据，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，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，实际数据获取的时间确定（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，互不相关。只要结果在输出单元中有效，并可以持续到下一次输出即可，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。

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 设备都配备自身的本地时钟，并通过 EtherCAT 通讯自动连续地与其它所有的时钟保持同步。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都小于 100 ns。而且，分布时钟的当前时间也被作为系统时间，因为它可以始终跨越整个系统而被使用。


时间戳数据类型
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表示，一个模拟量值用一个字表示）。因此，当记录被传输时，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通讯周期的限制。时间戳数据类型除用户数据之外还包含一个时间戳。

该时间戳 — 通常采用普遍存在的系统时间表示 — 能够为过程记录提供值得关注的高精度时间信息。时间戳可以用于输入（例如，识别一个已发生事件的时间）和输出（例如，计时一个响应）。


超采样数据类型
通常，过程数据在每一个通讯周期中被准确地传递一次。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。只有通过缩短周期时间，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。

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）的所有传输的数据进行多次采样， 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，也可以轻松地达到 200 kHz 的采样率。

I/O 组件中的采样触发受本地时钟控制（或受全局系统时钟控制），因此，它可以使跨越整个网络的分布信号之间的时间关系得以关联。
极短的周期时间 － 优化的 I/O 通讯
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周期。只有当控制系统已经检测并处理一个事件时，才会产生一个响应。

传统的方法要达到 100 μs 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。