Windows控制和自動(dòng)化技術(shù)

TwinCAT軟件系統(tǒng)可將幾乎任何兼容的PC轉(zhuǎn)變成為帶多PLC系統(tǒng)和NC/CNC軸控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制器。同時(shí)，TwinCAT集成了適用于所有Beckhoff控制器的編程環(huán)境：從高端工業(yè)PC到嵌入式控制器。

TwinCAT架構(gòu)

TwinCAT系統(tǒng)由用于實(shí)時(shí)執(zhí)行控制程序的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)和用于編程、診斷和配置的開發(fā)環(huán)境構(gòu)成。任何Windows程序（如：可視化程序或辦公軟件程序）都可以通過Microsoft接口來訪問TwinCAT數(shù)據(jù)，也可以執(zhí)行指令。

實(shí)用的軟件解決方案

TwinCAT提供了一種精確的時(shí)基，在該時(shí)基中，程序能夠以最高的確定性執(zhí)行，而與其它處理器任務(wù)無關(guān)。可通過TwinCAT來設(shè)置PC上的實(shí)時(shí)負(fù)荷，以此實(shí)現(xiàn)預(yù)定的操作性能。TwinCAT系統(tǒng)可以顯示正在運(yùn)行的程序的系統(tǒng)負(fù)荷。同時(shí)，也可以設(shè)置負(fù)荷的臨界值，以確保預(yù)定的計(jì)算能力能夠滿足操作程序以及WindowsNT/2000/XP/Vista或Windows7的需求。如果超過該臨界值，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)報(bào)文。

TwinCAT支持系統(tǒng)診斷

在使用開放式PC硬件和軟件時(shí)，一般都需要進(jìn)行一些校驗(yàn)：不合適的組件會(huì)擾亂PC系統(tǒng)。Beckhoff在其產(chǎn)品中已集成實(shí)時(shí)抖動(dòng)指示器，以便管理員能夠快速對(duì)硬件和軟件做出評(píng)估。運(yùn)行過程中出現(xiàn)的系統(tǒng)報(bào)文能夠指示狀態(tài)是否正確。

啟動(dòng)/停止

TwinCAT既可手動(dòng)啟停，也可自動(dòng)啟停，取決于具體的設(shè)置。由于TwinCAT作為一種服務(wù)集成在WindowsNT/2000/XP/Vista和Windows7中，因此操作人員無需啟動(dòng)系統(tǒng)：只需接通電源即可。

重啟和數(shù)據(jù)備份

當(dāng)程序啟動(dòng)或重啟時(shí)，TwinCAT會(huì)加載程序和剩余數(shù)據(jù)。為了正確備份數(shù)據(jù)以及正常關(guān)閉WindowsNT/2000/XP/Vista或Windows7，最好使用UPS（不間斷電源）。

TwinCAT和“藍(lán)屏”

TwinCAT系統(tǒng)即使在出現(xiàn)藍(lán)屏死機(jī)(BSOD)操作系統(tǒng)崩潰的情況時(shí)，也能保持實(shí)時(shí)能力。因此，諸如PLC和NC等實(shí)時(shí)任務(wù)仍可繼續(xù)運(yùn)行，并可使控制過程進(jìn)入到安全狀態(tài)。最終還是由編程人員決定是否使用該功能，但請(qǐng)記住藍(lán)屏死機(jī)會(huì)造成數(shù)據(jù)或程序損壞。

通過報(bào)文路由實(shí)現(xiàn)全球連接—系統(tǒng)集成了“遠(yuǎn)程”連接

根據(jù)操作資源的要求，TwinCAT軟件設(shè)備可分配如下：TwinCATPLC程序可在PC或Beckhoff總線端子控制器上運(yùn)行。“報(bào)文路由器”通過TCP/IP接口管理和分配系統(tǒng)中的所有報(bào)文。PC系統(tǒng)可通過TCP/IP相互連接；總線端子模塊控制器通過串口和現(xiàn)場總線（EtherCAT、Lightbus、PROFIBUSDP、CANopen、RS232，RS485、EthernetTCP/IP）集成。

全球訪問

由于可以使用NT/2000/XP/Vista/CE和Windows7的標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP服務(wù)，因此可在全球范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)提供各種可調(diào)的通訊能力和超時(shí)時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)通訊監(jiān)管。OPC為方便用戶訪問多個(gè)不同的SCADA/MES/ERP軟件包提供了一種標(biāo)準(zhǔn)方式。

基于PC的PLC和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

TwinCATI/O–適合所有常用現(xiàn)場總線的通用I/O接口

可支持由不同廠商提供的各種PC現(xiàn)場總線卡。一臺(tái)PC可連接多個(gè)現(xiàn)場總線卡。支持主站和從站功能，具體取決于所選的現(xiàn)場總線卡。通過TwinCAT系統(tǒng)管理器可以方便地配置和診斷現(xiàn)場總線卡。TwinCATI/O包含用于運(yùn)行現(xiàn)場總線的TwinCAT實(shí)時(shí)系統(tǒng)和一個(gè)連接應(yīng)用程序的DLL接口。

TwinCATPLC–自動(dòng)化軟件的核心

作為一種純粹的軟件PLC，TwinCATPLC允許在一臺(tái)PC上實(shí)現(xiàn)4個(gè)虛擬的“PLCCPU”，每個(gè)虛擬的“PLCCPU”最多運(yùn)行4個(gè)用戶任務(wù)?？墒褂靡韵乱环N或多種IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)語言編寫PLC程序：

Il（指令表），

LD（梯形圖），

FBD/CFC（功能塊圖），

SFC（順序功能圖）及

St（結(jié)構(gòu)化文本）。

TwinCATPLC在WindowsNT/2000/XP/Vista操作系統(tǒng)下運(yùn)行，包括編程環(huán)境和運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)，無需使用附加的編程設(shè)備。對(duì)于用于BX和BC系列控制器的CE操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)，則只提供TwinCAT運(yùn)行時(shí)。程序修改通過與運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)通訊來實(shí)現(xiàn)。編程可通過下列方式完成

本地，

TCP/IP或

現(xiàn)場總線（BXxxxx和BCxxxx）。

IEC61131-3–適用于所有Beckhoff控制器的高級(jí)編程標(biāo)準(zhǔn)

TwinCATPLC的編程符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，獨(dú)立于設(shè)備制造商。TwinCAT支持所有IEC61131-3編程語言，配有方便的編輯器和快速、高效的編譯器，即使是幾兆字節(jié)的大型PLC程序，其開發(fā)創(chuàng)建的周期也很短。增量式編譯防止出現(xiàn)較長的編譯周轉(zhuǎn)時(shí)間，并且只編譯更新后的字段。功能強(qiáng)大的編輯器功能，例如“自動(dòng)套用格式”、“自動(dòng)聲明”或“查找”和“替換”等功能，使得編程速度非常快。對(duì)于所有編程語言，項(xiàng)目比較功能可以輕松識(shí)別并接受差異（如有）。如果一個(gè)項(xiàng)目（注釋、目錄等）被翻譯成非原有語言的其它語言，則所有術(shù)語都被導(dǎo)出到一個(gè)表格中，翻譯完成之后，再重新導(dǎo)入。如果是一個(gè)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行開發(fā)，所有對(duì)象（塊、數(shù)據(jù)類型、列表）均可在一個(gè)源代碼工具內(nèi)通過TwinCAT開發(fā)環(huán)境接口進(jìn)行管理。由此可追溯不同版本之間的變更并顯示每個(gè)版本之間的區(qū)別。

功能塊的“實(shí)例化”概念，指每個(gè)實(shí)例都有其自身的數(shù)據(jù)，從而形成面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)化編程形式。它支持IEC61131-3中規(guī)定的所有通用數(shù)據(jù)類型?？蓪?shí)現(xiàn)多維字段和結(jié)構(gòu)，例如枚舉和子范圍類型。

TwinCATPLC所采用的語言包括IL和ST（基本級(jí)）。在線修改功能可以在PLC運(yùn)行并保留最多數(shù)據(jù)的情況下修改代碼和/或數(shù)據(jù)。源代碼可保存在目標(biāo)系統(tǒng)中（除BCxxxx系列控制器以外）。準(zhǔn)則分析功能對(duì)于過程錯(cuò)誤的檢測(cè)非常有益。

由于功能庫管理器的使用十分簡便，因此可以非常容易地重復(fù)利用代碼。對(duì)于程序和功能庫可使用多級(jí)密碼保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)專有技術(shù)保護(hù)。

使用一種工具，實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)平臺(tái)

使用TwinCATPLC創(chuàng)建的PLC程序也可以在多個(gè)目標(biāo)平臺(tái)上執(zhí)行。除了工業(yè)PC和CX系列嵌入式控制器之外，PLC項(xiàng)目也可載入到Beckhoff的BC和BX系列現(xiàn)場總線控制器中。程序開發(fā)和調(diào)試都在相同的工作環(huán)境中進(jìn)行，與正在執(zhí)行程序的設(shè)備無關(guān)。

豐富的附加功能庫

對(duì)于擴(kuò)展由IEC語言標(biāo)準(zhǔn)定義的功能塊，Beckhoff還提供了大量用于執(zhí)行自動(dòng)化技術(shù)典型任務(wù)的附加功能庫：例如通過TwinCATNC控制電動(dòng)和液壓軸的功能庫、串行通訊功能庫、報(bào)文輸出系統(tǒng)功能庫、寫/讀文件功能庫、控制技術(shù)功能塊功能庫等。

實(shí)用工具

TwinCATPLC具有豐富的故障查找功能，可以在現(xiàn)場或通過遠(yuǎn)程維護(hù)非常容易地解決問題。為此，TwinCAT的PLC編程環(huán)境可提供：

監(jiān)視，

能量流（流控制），

斷點(diǎn)，

PLC變量采樣跟蹤，

單步，

監(jiān)視列表，

層級(jí)調(diào)用和

強(qiáng)制變量。

另外，TwinCATScopeView（示波軟件）可用于同時(shí)記錄一個(gè)或多個(gè)變量。

TwinCATNC–基于PC的運(yùn)動(dòng)控制

軟件NC包括：

定位（設(shè)定值生成、位置控制）

帶NC接口的集成PLC

用于調(diào)試的操作程序

通過現(xiàn)場總線連接的軸I/O接口

通過TwinCATNC，位置控制器默認(rèn)在PC處理器上進(jìn)行計(jì)算。它可通過現(xiàn)場總線與驅(qū)動(dòng)器和測(cè)量系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

PC上的集中NC定位

借助PC的計(jì)算能力可以使軸的運(yùn)動(dòng)控制與PLC同步，并且通常是在PC上計(jì)算位置控制器：PC的計(jì)算能力允許同時(shí)定位多個(gè)軸。

使用TwinCAT，PC可同時(shí)處理操作程序、PLC和NC。系統(tǒng)負(fù)載的分配由相應(yīng)的TwinCAT功能實(shí)現(xiàn)。

分析軌跡計(jì)算

TwinCATNC/NCI/CNC中用于實(shí)現(xiàn)軸控制的算法考慮到了軸的動(dòng)態(tài)參數(shù)：轉(zhuǎn)速、加速度和加加速度。通過這種方式，軸隨時(shí)可在允許的動(dòng)態(tài)限值范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并且精確地進(jìn)行分析協(xié)調(diào)。有許多不同的控制算法可以降低實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)的與理想軌跡的偏差。

單動(dòng)或聯(lián)動(dòng)

除了定位單個(gè)電動(dòng)軸這一常用方法—從其起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到其終點(diǎn)（點(diǎn)到點(diǎn)定位）之外，TwinCATNC還可以在多級(jí)主從運(yùn)行（如傳動(dòng)功能或凸輪盤）系統(tǒng)中執(zhí)行多個(gè)軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。除此之外，TwinCATNCI還可以根據(jù)DIN66025中的描述，執(zhí)行最多用到三個(gè)軸的插補(bǔ)軌跡序列。

集成軟件PLC

TwinCAT將軟件NC與軟件PLC結(jié)合在一起，形成功能強(qiáng)大的控制器。兩個(gè)軟件包之間的通訊是一種純軟件之間的通訊，其延遲時(shí)間非常短。NC功能通過經(jīng)PLCopen組織認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)化功能塊從PLC程序調(diào)用。

無需硬件即可仿真軸的運(yùn)動(dòng)；理想方式是使用實(shí)際值跟蹤設(shè)定值，然后檢查整個(gè)機(jī)床工作流程。TwinCATScopeView便于實(shí)現(xiàn)調(diào)試和維護(hù)工作。它可記錄所有軸變量，如位置、速度和加速度。

便利的調(diào)試

調(diào)試工作因TwinCAT系統(tǒng)管理器中所提供的配置和診斷對(duì)話框而大大簡化。每個(gè)軸的所有主要數(shù)據(jù)都清晰顯示。軸的運(yùn)動(dòng)只需輕輕按下功能鍵即可實(shí)現(xiàn)。其它特殊功能，如聯(lián)軸器、凸輪盤或距離補(bǔ)償?shù)?，可以通過系統(tǒng)管理器激活和查看。軸的動(dòng)態(tài)參數(shù)可通過對(duì)話框方便地確定。

TwinCATNCI–插補(bǔ)軸運(yùn)動(dòng)

TwinCATNCI（插補(bǔ)）是用于實(shí)現(xiàn)軸組直線和圓弧插補(bǔ)軌跡運(yùn)動(dòng)的NC系統(tǒng)，最多要用到8個(gè)驅(qū)動(dòng)器。該系統(tǒng)包含解釋器、設(shè)定值生成器和位置控制器。集成的PLC功能，將軸與現(xiàn)場總線連接在一起。

解釋器闡述了DIN66025中介紹的代碼。功能全面的PLC功能庫支持NC與PLC之間的交互。例如，NC程序可以直接從PLC程序載入到解釋器中。如果不使用DIN66025，也可使用TcPlcInterpolation功能庫直接由PLC實(shí)現(xiàn)軌跡插補(bǔ)。在這種情況下，幾何形狀和輔助功能（例如M函數(shù)）被寫入到PLC內(nèi)的表格并傳輸至NC核。這一過程特別適用于靈活的運(yùn)動(dòng)，例如，取放應(yīng)用。

TwinCATCNC–適應(yīng)最苛刻要求的軟件CNC

TwinCATCNC提供經(jīng)典的CNC功能：最多可插補(bǔ)32個(gè)軌跡軸，并能夠?qū)崿F(xiàn)綜合協(xié)調(diào)以及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。零件編程通過高級(jí)語言擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，編程符合DIN66025標(biāo)準(zhǔn)。TwinCATCNC可以操作分布于多達(dá)12個(gè)數(shù)控通道上多達(dá)64根軸/受控主軸。在一個(gè)CNC通道中，可以同時(shí)插補(bǔ)最多32根軸，因而可以解決最為困難的運(yùn)動(dòng)任務(wù)。除傳統(tǒng)的直線、圓弧和螺旋插補(bǔ)外，TwinCATCNC還提供了方便的樣條插補(bǔ)，這種插補(bǔ)可以基于Akima或B樣條。通過實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換可以輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)床運(yùn)動(dòng)。

HSC技術(shù)（高速切削）

先進(jìn)的高速切削(HSC)技術(shù)需要將CNC控制技術(shù)與優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)控制解決方案相結(jié)合，從而縮短加工時(shí)間，最大限度地提高加工精度，改善工件表面質(zhì)量。

TwinCATCNCHSC軟件包可提供下列功能選項(xiàng)：

功能塊之間的速度和加速度控制，能夠優(yōu)化利用軸動(dòng)態(tài)性能，從而提高軌跡速度

通過平穩(wěn)的動(dòng)態(tài)性能和相應(yīng)的機(jī)床振動(dòng)激勵(lì)的降低，提高表面質(zhì)量

有效控制指定的輪廓公差

通過可編程的樣條類型（Akima樣條，B樣條）進(jìn)行軌跡編程，可減少自由曲面的NC功能塊使用數(shù)量