【控制技术】reACTION—极速自动化

提升性能的同时无需花费额外费用

                ——reACTION技术通过使用标准硬件可将响应时间缩短至1μs

reACTION技术

可将工业自动化应用中的响应时间降至1μs。贝加莱已经使用标准硬件设计出这种新型极速控制技术，其编程符合IEC 61131标准。这使得其在显著提升性能的同时却无需花费额外费用。

AntonMeindl

贝加莱控制事业部经理

“使用reACTION技术的分布式自动化系统开启了极速自动化的崭新空间。”

在许多应用中，控制速度会直接影响产品质量。“例如，在PET制瓶中，压力必须得到非常精确的控制，”贝加莱控制事业部经理AntonMeindl解释道。“控制精度越高，你就能使瓶壁变得越薄。”其它例子还包括在注塑应用中所需高精度的速度和位置控制。高速控制功能在印刷业中也是必不可少的。“将纸张送入机器时会对其边缘进行快速检测，”Meindl说道。能从极速响应时间中获得潜在收益的应用几乎数不胜数。而传统I/O技术可实现的最小响应时间则约为1ms。“对于一些应用而言，1毫秒已经不再足够快了，”Meindl说道。“在饮料灌装线上，控制技术需要以更快的速度处理液位传感器信号以达到最佳的灌装效果。”传统方案中的响应时间会受到一些因素的影响，例如网络性能或网络上的节点数，以及网络流量和控制器性能。在常规的信号处理中，I/O模块中的输入驱动器会读取输入信号，并将其转换成逻辑信号。然后，此信号通过网络被发送给PLC，信号经PLC处理后被发送回该模块。输出驱动器会再次将其转换并发出。因此，这种方法无法将响应时间降至远低于毫秒范围。

1μs响应时间

“当我们在开发reACTION技术的时候，我们的目标是通过尽可能多地将其直接集成到I/O模块中来加快信号处理，”Meindl说道。“与此同时，我们又不想牺牲一体化软件管理的优势。”这种全新的贝加莱解决方案将接收输入信号到发送控制信号之间的间隔时间降至1μs。该技术本身是基于集成FPGA芯片的I/O模块。“我们使用FPGA芯片是因为它具备同时快速处理信号的能力，”Meindl解释道。FPGA连接约10个功能块的处理时间约为0.8μs。

快捷的FPGA编程

贝加莱开发人员所面临的一大挑战与FPGA编程有关。“我们发现了一个非常好的解决方案，”Meindl说道。机械制造商现在可以在他们熟悉的Automation Studio开发环境中对FPGA进行管理和编程。他们可以通过使用IEC 61131功能块来开发程序和参数；通过交换过程变量来处理I/O和CPU任务之间的通信。既可以使用逻辑运算符如AND、OR、XOR和NOT，也可以使用算术运算符如ADD、SUB、MUL和DIV以及浮点运算、PWM、比较器功能和计数器。通过功能块创建的连接可以像普通控制代码一样进行测试。通过执行控制器上的模块可以进行仿真。如果一切进行正常，那么随后软件功能就会被分配给AutomationStudio硬件配置中的各个硬件组件。“通过使用贝加莱客户已经习惯的同样简单的软件开发方法，reACTION技术开启了极速自动化的崭新空间，”Meindl说道。为了使应用程序尽可能具有普遍性，功能块可以被加载到模块中随时用于本地执行。

使用贝加莱AutomationStudio工程平台中的功能块编辑器在相应的reACTION库中对FPGA进行编程。

优  点

*响应时间1微秒

 *大幅降低CPU负载

       *编程符合IEC 61131标准

*集中管理程序

*集成参数管理

灵活且快速的reACTION技术

reACTION技术将信号处理直接集成在模块中，从而将系统总线和中央控制器排除在响应时间问题之外。“reACTION技术能够提供的极速性能始终如一，”Meindl说道。市场上的其它方案要么无法提供相同的速度，要么在灵活性和编程方面受到机械制造商的不必要的限制。通过使用reACTION技术进行信号处理，输入驱动器可以以20ns的分辨率对输入信号进行采样，并将其转换成逻辑信号。然后，FPGA会以1μs的循环时间对信号进行处理，再将结果发送回I/O模块的输出驱动器。该模块最后将其转换并生成物理信号。换言之，FPGA承担了某些控制功能的职责，并减小了PLC上的负载。

“由于reACTION技术承担起了很大一部分的负载处理任务，因此可以使用较小的PLC，”Meindl说道。这意味着机械制造商可以使用毫秒级控制器实现微秒级控制响应。“用户现在决定使用多大的处理器是基于应用程序的平均负载，而不是一些特定功能所需要的最大速度，”Meindl补充道。

极速模块，极速控制

reACTION技术可用于X20和X67 I/O模块以及新的X20紧凑型控制器。三个带不同I/O配置的模块可以应用该技术，包括两个X20模块（X20RT8001和X20RT8201）以及一个X67模块（X67BC81RT）。

每个防护等级为IP20的X20模块都有四路带变量输入滤波器的数字量输入以及另外四路可配置的物理转换时间低于2μs的数字量I/O点。X20RT8201模块额外拥有两路带12位分辨率和5μs转换时间的模拟量输入（+/-10 V）。X67模块具有IP67防护等级，可以提供两路24 VDC数字量输入，三路5 VDC输入以及四路可配置的I/O点。除了两路模拟量输入之外，还集成了一路带12位分辨率的模拟量输出（+/-10 V）。贝加莱为两款紧凑型控制器X20CP1381-RT和X20CP1382-RT提供了reACTION技术。这些紧凑型控制器可以使用200 MHz或400 MHz处理器。根据不同的应用可选256 MB RAM和16 kB非易失性RAM。内置闪存可提供最大4 GB的应用程序和数据存储。控制器都配备了Ethernet、USB和RS232接口。在这两种性能等级的控制器中，也都可以使用集成的POWERLINK和CAN接口。

贝加莱为其X20和X67（如图）系列I/O模块以及X20紧凑型控制器提供reACTION技术。

reACTION技术介绍短片，点击可观看：

关于贝加莱

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贝加莱是一个总部位于奥地利并拥有遍布全球分支机构的创新驱动型自动化企业，2017年7月，贝加莱成为ABB集团的一个业务单元。作为全球工业自动化领域的领导者，贝加莱融合了前沿技术与先进的工程能力，为各个产业客户提供机器与工厂自动化、运动控制、HMI以及集成安全技术的完整解决方案。通过工业物联网通信标准如OPC UA、POWERLINK和openSAFETY以及贝加莱强大的Automation Studio软件开发环境，贝加莱不断重新定义自动化工程的未来。贝加莱保持持续的创新精神，为客户提供更为简化以及超出预期的工业自动化领域前沿技术与方案。

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