TwinCAT 软件

1、1The Windows Control and Automation Technology窗式控制和自动化技术窗式控制和自动化技术TwinCAT2目录目录 基于基于PC的自动化的自动化 TwinCAT 体系结构体系结构 I/O 控制控制 (PLC) 运动控制运动控制 (NC PTP) 插补运动控制插补运动控制 (NCI, CNC) 连通性连通性 实施工程实施工程 摘要摘要 问题问题3CPUNCI/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

2、工业工业PC通讯通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4TwinCAT 是一个自动控制软件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: 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), 组件间的通讯组件间的通讯 (ADS), 技术功能技术功能 (集控制器集控制

3、器, 通讯通讯, OS 功能等功能等.)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的的自动化自动化什么是什么是 TwinCAT ?5性能性能BCxxxxBXxxxxCX1000PC成本成本适用于所有平台适用于所有平台TwinCAT: 一个工具一个工具TwinCAT: I/O, PLC, NC PTP, NC I系统一览

4、系统一览6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OCX, 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

5、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7Windows NT, 2000, XP现场总线卡驱动器ADS 路由器I/O服务器I/O 映射PLC服务器I/ONC服务器其他既. 凸轮系统管理ADSPLC 控制诊断既.示波器用户HMI用户HMIOPCOCX/DllTCP/IP核心模式用户模式ADSADSADSOPCADSADSADSADSI/OI/OTwinCAT 系统系统实时服务器 PC 平台平台8 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

6、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 实时实时PC 平台平台9TwinCAT PC 系统的主要特性系统的主要特性 操作安全操作安全 TwinCAT 实时系统可幸存于实时系统可幸存于 BSOD (蓝屏死机蓝屏死机) 主板对风扇主板对风扇 / 温度诊断温度诊断 性能性能 快速的闭环控制快速的闭环控制, 循环时间短至循环时间短至 50微秒微秒 纵向和水平集成纵向和水平集成 ADS 路径路径 (本地或通过本地或通过 TCP/

7、IP) 数据留存数据留存 / 重启特性重启特性 支持支持UPS (串行和串行和Beckhoff) 事件跟踪事件跟踪 语言独立于信息语言独立于信息PC 平台平台10CX1000 平台上的平台上的TwinCAT TwinCAT 纯软件解决方案纯软件解决方案 使用使用Windows CE 实时实时 留存数据的循环存储留存数据的循环存储 可编程显示可编程显示 CX1000 嵌入式硬件嵌入式硬件: 32-bit x86 comp. CPU 266 MHz 操作系统操作系统: Windows CE 或或 嵌入式嵌入式 Windows XP 无旋转介质无旋转介质,无风扇无风扇 直接访问端子直接访问端子 I/

8、O 多于一个现场总线多于一个现场总线 主站主站 和和/或或 从站从站 分辨率从分辨率从 320 x240 到到 1024x768TwinCAT 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 结构结构11TwinCAT CETcSysSrv.exe Windows CE应用应用Windows CE内核内核Device.exeDevice DriversTcRouterTc实时实时TcPlcADS/OPC硬件硬件TcIoTcNcCX1000 平台平台12TwinCAT CE 系

9、统的主要特性系统的主要特性 性能性能 快速闭环控制快速闭环控制, 循环时间短至循环时间短至 2毫秒毫秒 纵向和水平集成纵向和水平集成 ADS 路径路径 (本地或通过本地或通过TCP/IP) 数据留存数据留存 / 重启特性重启特性 内存内存CX1000平台平台13TwinCAT 结构结构在在BXxxxx平台上的平台上的 TwinCATTwinCAT 下装程序下装程序 源代码上源代码上/下传输下传输 在线调试在线调试/在线更改在线更改 通过现场总线远程访问通过现场总线远程访问BXxxxx 嵌入式硬件嵌入式硬件 智能系统总线智能系统总线 (基于基于CANopen) 显示显示 导航开关导航开关 嵌入式

10、操作系统嵌入式操作系统 直接访问端子直接访问端子 I/OTwinCAT 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14TwinCAT 结构结构BCxxxx 平台上的平台上的TwinCAT TwinCAT 下装程序下装程序 在线调试在线调试 通过现场总线远程访问通过现场总线远程访问BCxxxx 嵌入式硬件嵌入式硬件 嵌入式操作系统嵌入式操作系统 直接访问端子直接访问端子 I/OTwinCAT 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

11、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15PLC 执行时间执行时间 150037145424505001000150020002500300035004000传统传统PLCBC9000 CX1000 PIII 850MHzP4 2,8GHz测试测试 1测试测试 2测试测试 3测试测试 1: BOOL, INT, WORD测试测试 2: BOOL, INT, WORD, DWORD, DINT测试测试 3: BOOL, INT, WORD, DWORD, DINT, REAL执行时间 线性刻度 微秒/1000 条代码指令 16TwinCAT I/O 系统系统IQ输入输出IQIQ

12、 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17 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

13、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18TwinCAT 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

14、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19TwinCAT 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

15、 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: Lightbus, 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20TwinCAT 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

16、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 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21TwinCAT NC I特性特性TwinCAT NC I最多可控制轴数最多可控制轴数最多独立通道数最多独立通道数每通道同时插补的最多轴数每通道同时插补的最多轴数255313 轨迹轴轨迹轴 + 5个辅助轴个辅助轴PLC 编程编程IEC 61131-3CNC 编程编程DIN 66025 扩充扩充高级语言扩充高级语言扩充子线程技术子线程技术 来自来自PLC的的CNC功能块功能块插补功能插补功能 在主平面上

17、的线性在主平面上的线性, 环形环形, 螺旋螺旋 插补插补 先行先行22TwinCAT NC I特性特性TwinCAT NC I轴功能轴功能 路径超驰路径超驰 轴错误轴错误 / 垂度补偿垂度补偿 行车轴行车轴轨迹轴轨迹轴 辅助轴辅助轴 主主/从耦合可变因素从耦合可变因素 经过通道坐标交换经过通道坐标交换轴配置在线修改轴配置在线修改在线与在线与 PTP轴交换轴交换 实时变换实时变换坐标变换坐标变换 轴接口轴接口 经过适当现场总线的模拟量经过适当现场总线的模拟量/编码器轴接口编码器轴接口 经过经过 Lightbus, Sercos, Profibus DP/MC, CANopen, 实时以太网的数字

18、轴接口实时以太网的数字轴接口I/O 系统系统光导总线光导总线 现场总线系统现场总线系统, Profibus DP, CANopen, DeviceNet, Interbus, Sercos, 实时以太网实时以太网, PC 接口接口23满足高要求的满足高要求的CNC轨迹控制轨迹控制 完整的完整的 CNC 功能功能 32轴插补轴插补 坐标和运动转换坐标和运动转换 5轴功能轴功能 齿条插补齿条插补TwinCAT CNCTwinCAT 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24TwinCA

19、T CNC性能性能TwinCAT CNC最多可控制坐标最多可控制坐标/轴数轴数最多可控制轴数最多可控制轴数最多独立通道数最多独立通道数每通道同时插补的最多轴数每通道同时插补的最多轴数32121032 通道坐标通道坐标/轴轴PLC 编程编程IEC 61131-3CNC 编程编程DIN 66025 扩充扩充高级语言扩充高级语言扩充子线程技术子线程技术用户宏指令用户宏指令插补功能插补功能 在主平面在主平面/自由定义平面上的线性自由定义平面上的线性, 环形环形, 螺旋螺旋 插补插补先行先行 齿条插补齿条插补 螺纹功能螺纹功能 25TwinCAT CNC性能性能TwinCAT CNC轴功能轴功能路径超驰

20、路径超驰轴错误轴错误 / 垂度补偿垂度补偿行车轴行车轴轨迹轴轨迹轴 辅助轴辅助轴 主主/从耦合从耦合经过通道坐标经过通道坐标/轴交换轴交换轴同步轴同步实时变换实时变换坐标和运动变换坐标和运动变换5轴功能轴功能轴接口轴接口经过经过Lightbus总线的模拟量总线的模拟量/编码器轴接口编码器轴接口经过经过Lightbus, Sercos, Profibus, DP/MC总线的数字量总线的数字量/编码器轴接口编码器轴接口,I/O 系统系统Lightbus 现场总线系统现场总线系统, Profibus DP, CANopen, DeviceNet, Interbus, Sercos, 实时以太网实时以

21、太网, PC 接口接口26TwinCAT CNC27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程摘要摘要问题问题基于基于PC的的自动化自动化连通性连通性28局域网局域网 (TCP/IP)现场总线Profibus 总线耦合器总线耦合器BK310

22、0 PLC实时PC “标准标准” 配置配置 在本地在本地 PC PC上的编程上的编程/ /配置配置/ /HMI HMI 本地现场总线本地现场总线 I/O 没有分布式没有分布式 PLC 用本地用本地 ADS通讯通讯HMIPLC连通性连通性29PLCHMI局域网局域网(TCP/IP)现场总线PLCRTPC 远程编程远程编程/ /组态组态 在一台远程在一台远程PCPC上编程上编程/ /组态组态/ /HMIHMI 不带分布式不带分布式PLC的本地现场总线的本地现场总线 I/O 用本地用本地/远程远程ADS通讯通讯现场总线PLC实时PCProfibus总线耦合器总线耦合器BK3100 PLCHMI连通性

23、连通性30PLCHMI局域网局域网(TCP/IP)现场总线PLC实时PC现场总线PLC实时PCProfibus总线耦合器总线耦合器BK3100 PLCHMIProfibus 控制器控制器BX3100 带带 BX3100的分布式的分布式PLC 在一台远程在一台远程PC上通过现场总线上通过现场总线 (Profibus)来编程来编程/组态组态 不带分布式不带分布式PLC的本地现场总线的本地现场总线 I/O 用本地用本地/远程远程ADS通讯通讯连通性连通性31连通性连通性PLCHMI局域网局域网(TCP/IP)现场总线PLC实时PC现场总线PLC实时PCProfibus 总线耦合器总线耦合器BK310

24、0 PLCHMIProfibus 控制器控制器BX3100 带带 BX3100的分布式的分布式PLC 通过现场总线通过现场总线(Profibus)在一台远程在一台远程PC上编程上编程/组态组态 不带分布式不带分布式 PLC的本地现场总线的本地现场总线 I/O HMI 在在CX1000上上，CX1000上不装上不装 TwinCAT,使用使用CE下的下的 TcADSDll通讯通讯 HMICX100032TwinCAT 项目在许多工业领域得到实施项目在许多工业领域得到实施 事例事例: 大陆有限公司大陆有限公司 (轮胎制造机械轮胎制造机械) Husky (注塑机注塑机) Hymmen (木工机械木工机

25、械) Bruderer (压机压机) Windmller 和和 Hlscher (包装工业包装工业 ) Hayes Lemmerz (钢轮制造钢轮制造) DeWind (环境工程环境工程 ) 微软德国总部微软德国总部 (楼宇自动化楼宇自动化)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的的自动化自动化实施工程实施工程33 用独立的硬件和软件组件取代过时的系统用独立的硬件和软件组件取代过时的系统，新系统集成了以下功能：，新系统集成了以下功能： 控制控制, 运动和运动和 技术功能技术功能 能

26、够在一台能够在一台 PC上完成工程和运行时间上完成工程和运行时间 在同一台在同一台PC上实现具有用户管理和数据上实现具有用户管理和数据库的综合库的综合HMI由于在一台由于在一台PC上集成了工程和运行时间功能，可以降低成本上集成了工程和运行时间功能，可以降低成本 大陆有限公司大陆有限公司, Hanover, 德国德国,轮胎制造机械轮胎制造机械34 用基于用基于PC的控制达到纵向一体化的控制达到纵向一体化 2003年，年，1000名员工生产了名员工生产了1千万个轮胎千万个轮胎 230台台Beckhoff PC控制控制 带带TwinCAT-PLC, -PTP的的 C6130, C6140, CP71

27、xy, CP70 xy, BC3100 OPC 标准接口连接到标准接口连接到Windows应用程序应用程序 250 个个Beckhoff 伺服轴伺服轴 总线耦合器，总线端子与光导总线总线耦合器，总线端子与光导总线 Profibus-DP一起使用一起使用大陆有限公司大陆有限公司, Timisoara, Rumnien, 轮胎制造机械轮胎制造机械35 用用PC 取代四个传统的控制器取代四个传统的控制器 软件取代硬件软件取代硬件 使用使用IEC 61131 功能块的液压控制器功能块的液压控制器 多于多于100个使用个使用IEC 61131功能块的温控器功能块的温控器 精确的液压轴精确的液压轴(循环时

28、间循环时间2毫秒毫秒) 在在Profibus) 上高密度温度采集上高密度温度采集(FM3332) IEC 61131的技术功能的技术功能Husky Int., 加拿大加拿大, 注塑机注塑机 36Hymmen, Bielefeld, 德国德国, 木工机械木工机械 压制速度高达每分钟压制速度高达每分钟40米米 多达多达30个的高速伺服轴个的高速伺服轴 输送机同步运行带位置补偿输送机同步运行带位置补偿 使用飞行前馈切割使用飞行前馈切割 分布式分布式 TwinCAT PC 与与TCP/IP相连相连 CCD 相机和集成的图片分析功能相机和集成的图片分析功能高速创新的运动控制高速创新的运动控制37 每分钟

29、每分钟1400下冲击下冲击: 循环时间为循环时间为100微秒的微秒的高速软件凸轮轴大大提高了产量高速软件凸轮轴大大提高了产量 工具数据设置存储功能工具数据设置存储功能 使用使用Beckhoff 特殊端子进行高速故障监测特殊端子进行高速故障监测 (转换时间转换时间100微秒微秒)高速电子凸轮轴高速电子凸轮轴Bruderer, Frasnacht, 瑞士瑞士, 冲压机冲压机 38 10多个不同的轴多个不同的轴 (伺服伺服,转换轴转换轴 ) 使用使用Beckhoff光导总线光导总线 (270个数字量输个数字量输 入入 )，快速反应快速反应,时间仅时间仅 2 毫秒毫秒 电子报文服务和通过调制解调器对电子报文服务和通过调制解调器对PLC和和NC远程诊断远程诊断使用使用 TwinCAT，产出增加产出增加 15% Windmller & Hlscher, Lengerich, 德国德国, 包装机械包装机械39 确定性数据传输，与确定性数据传输，与 16 台台 PC 120 个总线耦合器个总线耦合器 5000 个数字量端子个数字量端子 1000 个模拟量端子个模拟量端子 焊接机的电力噪音焊接机的电力噪音 高抗高抗 EMC的的 Beckhof