BECKHOFF技术_TwinCAT原理

1、TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点1TwinCAT的工作原理的工作原理控制的演变控制的演变2TwinCAT的结构的结构3TwinCAT的功能的功能4TwinCAT的实时核原理的实时核原理5TwinCAT控制系统的分时多任务原理控制系统的分时多任务原理6TwinCAT启动的顺序启动的顺序TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点2CPUNCI/O控制的演变发展控制的演变发展硬件硬件 软件软件机械的机械的 电子的电子的Slots/CPUs 任务任务并行连接并行连接 现场总线现场总线通讯通讯 直接访问直接访问工业工业PC编程编程工具工具HMI工业工业PC通讯通

2、讯现场总线现场总线TwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运动插补运动控制控制 连通性连通性实施工程实施工程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化编程编程工具工具HMI路由器路由器PLC 1NCI/O映射映射.实时内核实时内核 PLC 2基于基于PC的自动化的自动化TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点3基于基于PC平台的平台的 TwinCAT TwinCAT 不改变不改变 Windows 无需专用硬件无需专用硬件 将标准将标准Windows变成实时操作系统变成实时操作系统 完全支持浮点单元完全支持浮点单元 (FPU) 可通过可通过O

3、CX, Dll 访问访问 Windows用户界面用户界面 可通过可通过TCP/IP 远程访问远程访问PC 平台平台 标准硬件标准硬件 , 最佳性能最佳性能 使用使用 PC 资源资源 使用主流操作系统使用主流操作系统 (Windows) 易于集成到办公网络易于集成到办公网络 开放的现场总线通讯开放的现场总线通讯TwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运动控制插补运动控制 连通性连通性实施工程实施工程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化TwinCAT 的结构的结构TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点4TwinCAT 是一个自动控制软件

4、包包含工程和运行时间软是一个自动控制软件包包含工程和运行时间软件针对于件针对于: 实时核实时核 I/O数据采集数据采集 顺序控制顺序控制 (软软 PLC), 运动控制运动控制 (软移动控制软移动控制), 通讯通讯 (ADS),并且所有这些是在并且所有这些是在Windows NT/2000/XP, 还有嵌入式还有嵌入式Windows NT/XP 和和 CE.NET. 的硬实时环境下的硬实时环境下TwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运动控制插补运动控制 连通性连通性实施工程实施工程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化TwinCAT 的功能的功能Twin

5、CAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点5 由由Beckhoff开发开发 无需无需PC外的其它硬件外的其它硬件 循环时间可短至循环时间可短至50微秒微秒 强制优先排序强制优先排序 反应时间反应时间 15微秒微秒 (PIII) 对对Windows可调节实时率可调节实时率 (专利权专利权) 如果反应时间过长则发信息如果反应时间过长则发信息TwinCAT 实时核的原理实时核的原理TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点6PLC任务和运动控制任务可以精确地以设定的循环周期执行任务和运动控制任务可以精确地以设定的循环周期执行Real time operation of a P

6、LC program and NC control with a PCSPS cycle (e.g. 2ms)PLC cyclettNC cycle (e.g. 1ms)NC cycleNC cycleNC cycle1ms2ms3ms4ms5mse.g.:NCPLC programWin NT & HMI Interface123412312分时多任务控制系统的原理分时多任务控制系统的原理TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点7Power ONStart Windows NTStart TwinCATLoading the boot project into the Ru

7、n-TimeStart PLC1234Windows User Log on如果设置了允许如果设置了允许Auto Log On如果设置了如果设置了Auto Boot 项为项为Enable如果如果PLC属性中设置了属性中设置了 Boot Project 项的项的PLC 任务为任务为Enable如果已经在如果已经在PLC Control中创建了启动中创建了启动程序，执行程序，执行“Create boot project”TwinCAT启动的顺序启动的顺序TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点8CPU运算能力的分配运算能力的分配Read inputsWrite outputsOp

8、erate programPLC cyclePLC cyclettPLC cyclePLC cycleWin NT & HMI InterfacePC-Based控制系统的控制系统的CPU时间的分配时间的分配.传统传统PLC与与PC-Based控制系统的比较控制系统的比较传统传统PLC的的CPU时间分配时间分配TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点9 Cyclic PLC task e.g. 10ms10ms20ms30ms40ms0ms控制任务实际使用的时间小于时基的定义控制任务实际使用的时间小于时基的定义0ms1ms80%TwinCATW2ms80%TCW3ms80%W

9、PLCPLCTime slice for WindowsTime slice for TwinCATPLC program cyclic task在每一个时间片中，如果控制任务提前完成，则在每一个时间片中，如果控制任务提前完成，则CPU自动交还给自动交还给Windows程序程序PLC任务与任务与Windows任务的时间调度任务的时间调度TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点10TwinCAT 系统服务是在本机上作为Windows NT的一个服务来运行的.所以在Windows用户登陆之前,就首先启动TwinCat服务. TwinCat服务会在桌面右下方的后台运行任务条上显示其

10、活动符号, 符号的颜色指示出TwinCat系统的状态. TwinCAT 服务服务停止，实时核不工作停止，实时核不工作TwinCAT 模式切换中模式切换中相当于把相当于把PLC切换到切换到“RUN”模式模式相当于把相当于把PLC切换到切换到“Reset”位置位置相当于把相当于把PLC切换到切换到“Stop” 模式模式TwinCAT 运行模式运行模式，即，即PLC已上电已上电TwinCAT 配置模式，即配置模式，即PLC未上电未上电TwinCAT系统服务系统服务TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点11TwinCAT Auto bootAuto logon with Win N

11、T12TwinCAT的启动设置的启动设置TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点12Enabling for loading the boot project for the run time system 1.Number of run time systemsEnabling for loading and saving the RETAIN data for the run time 1.PLC启动设置启动设置TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点13Requirement:The machine should work properly. The

12、hardware, software and the mappings are correct.1.The PLC Control in the status online.创建启动程序创建启动程序TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点14TwinCAT I/O 系统系统IQ输入输出IQIQ 对所有主要现场总线开放对所有主要现场总线开放 支持支持PC 硬件硬件 容易建立和诊断容易建立和诊断 从逻辑到物理从逻辑到物理 I/O的映射的映射TwinCAT 处理映像 现场总线 1现场总线 2现场总线 3映射TwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运

13、动控制插补运动控制 连通性连通性实施工程实施工程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点15 模块化结构模块化结构 一台一台PC上最多上最多4个个PLC CX1000/BX/BC上有上有1个个PLC 定时定时 1个个PLC上最多上最多4个任务个任务 易于建立和维护易于建立和维护 在线程序修改在线程序修改 全面的调试特性全面的调试特性: 断点断点, 监测监测, 功率流功率流, 示波器示波器 选择中意的编程语言选择中意的编程语言 所有所有 IEC61131-3 语言语言 (IL, ST, FBD LD, SFC)TwinCAT 体系结构

14、体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运动控制插补运动控制 连通性连通性实施工程实施工程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化TwinCAT 控制控制TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点16TwinCAT 运动控制运动控制从机械系统到电子系统的演变从机械系统到电子系统的演变机械凸轮机械凸轮 电子凸轮电子凸轮机械齿轮机械齿轮 电子齿轮电子齿轮机械离合机械离合 电子耦合电子耦合 机械凸轮轴机械凸轮轴 电子凸轮轴电子凸轮轴 飞行前馈飞行前馈优点优点修改最终产品更具灵活性修改最终产品更具灵活性 提高机器产量提高机器产量 减少建立时间减少建立时间 无需机械改动无需

15、机械改动减少库存减少库存 没有不同的机械部件没有不同的机械部件摘要摘要 缩短交货缩短交货/开发时间，降低成本开发时间，降低成本TwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运动控制插补运动控制 连通性连通性实施工程实施工程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点17TwinCAT NC PTP 多达多达255个轴个轴 易于设置和维护易于设置和维护 对所有类型的轴开放对所有类型的轴开放 伺服伺服 步进步进 交换轴交换轴 液压轴液压轴 通过下列接口连接到驱动器通过下列接口连接到驱动器 数字接口数字接口: Li

16、ghtbus, Sercos, Profibus DP/MC, SSI, 脉冲串脉冲串 模拟量模拟量: +-10V 附加功能附加功能: 凸轮系统凸轮系统, 齿轮传动齿轮传动,飞剪飞剪, 叠加叠加TwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运动控制插补运动控制 连通性连通性实施工程实施工程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点18TwinCAT NC ITwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运动控制插补运动控制 连通性连通性实施工程实施工程摘要摘要问题问题基于基于PC

17、的的自动化自动化 用用DIN 66025码编程码编程 技术特性技术特性: 瓶颈监测瓶颈监测3轴加轴加5个辅助轴的插补运动个辅助轴的插补运动TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点19容易使用通讯标准容易使用通讯标准: ADS (自动化设备规范自动化设备规范) OPC (用于过程控制的用于过程控制的OLE )ADS 通过通过 TCP/IPADS 通过通过 TCP/IPADS 通过通过 TCP/IPADS 通过通过 TCP/IPADS 通过现场总线通过现场总线TwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 运动控制运动控制 插补运动控制插补运动控制 连通性连通性实施工程实施工

18、程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化TwinCAT 通讯通讯TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点20CPU电源电源背板背板位置控制位置控制运动控制运动控制温控模块温控模块一个典型的传统控制系统一个典型的传统控制系统计速模块计速模块DI/DO，AI/AO测量模块测量模块人机界面人机界面控制器控制器I/O 模块模块伺服产品伺服产品TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点21TwinCAT PLC LibraryTwinCAT CNCTwinCAT NC ITwinCAT NC PTPIPC / TwinCAT运动控制运动控制位置位置CPU电源电源背板背板Analog I/O计数模块计数模块温度控制温度控制RS 422/485 接口接口TwinCAT PLCBECKHOFF控制系统不同于传统模式控制系统不同于传统模式TwinCAT的原理的原理BECKHOFF技术特点技术特点22TwinCAT CNCTwinCAT NC ITwinCAT NC PTPTwinCAT PLCTwinCAT PLC LibraryBECKHOFF控制系统基于两大技术控制系统基于两大技术计速模块计速模块DI/DO，AI/AO测量模块