TwinCAT 軟件

1、1The Windows Control and Automation Technology窗式控制和自動化技術窗式控制和自動化技術TwinCAT2目錄目錄 基于基于PC的自動化的自動化 TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 (PLC) 運動控制運動控制 (NC PTP) 插補運動控制插補運動控制 (NCI, CNC) 連通性連通性 實施工程實施工程 摘要摘要 問題問題3CPUNCI/O控制的演變發(fā)展控制的演變發(fā)展硬件硬件 軟件軟件機械的機械的 電子的電子的Slots/CPUs 任務任務并行連接并行連接 現場總線現場總線通訊通訊 直接訪問直接訪問工業(yè)工業(yè)PC編程編程工具工具HMI

2、工業(yè)工業(yè)PC通訊通訊現場總線現場總線TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動插補運動控制控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化編程編程工具工具HMI路由器路由器PLC 1NCI/O映射映射.實時內核實時內核 PLC 2基于基于PC的自動化的自動化4TwinCAT 是一個自動控制軟件包包含工程和運行時間軟是一個自動控制軟件包包含工程和運行時間軟件針對于件針對于: 順序控制順序控制 (軟軟 PLC), 運動控制運動控制 (軟移動控制軟移動控制), 組件間的通訊組件間的通訊 (ADS), 技術功能技術功能 (集控制器集控制

3、器, 通訊通訊, OS 功能等功能等.)并且所有這些是在并且所有這些是在Windows NT/2000/XP, 還有嵌入式還有嵌入式Windows NT/XP 和和 CE.NET. 的硬實時環(huán)境下的硬實時環(huán)境下TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化什么是什么是 TwinCAT ?5性能性能BCxxxxBXxxxxCX1000PC成本成本適用于所有平臺適用于所有平臺TwinCAT: 一個工具一個工具TwinCAT: I/O, PLC, NC PTP, NC I系統(tǒng)一覽

4、系統(tǒng)一覽6基于基于PC平臺的平臺的 TwinCAT TwinCAT 不改變不改變 Windows 無需專用硬件無需專用硬件 將標準將標準Windows變成實時操作系統(tǒng)變成實時操作系統(tǒng) 完全支持浮點單元完全支持浮點單元 (FPU) 可通過可通過OCX, Dll 訪問訪問 Windows用戶界面用戶界面 可通過可通過TCP/IP 遠程訪問遠程訪問PC 平臺平臺 標準硬件標準硬件 , 最佳性能最佳性能 使用使用 PC 資源資源 使用主流操作系統(tǒng)使用主流操作系統(tǒng) (Windows) 易于集成到辦公網絡易于集成到辦公網絡 開放的現場總線通訊開放的現場總線通訊TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制

5、控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化TwinCAT 的結構的結構7Windows NT, 2000, XP現場總線卡驅動器ADS 路由器I/O服務器I/O 映射PLC服務器I/ONC服務器其他既. 凸輪系統(tǒng)管理ADSPLC 控制診斷既.示波器用戶HMI用戶HMIOPCOCX/DllTCP/IP核心模式用戶模式ADSADSADSOPCADSADSADSADSI/OI/OTwinCAT 系統(tǒng)系統(tǒng)實時服務器 PC 平臺平臺8 由由Beckhoff開發(fā)開發(fā) 無需無需PC外的其它硬件外的其它硬件 循環(huán)時間可短至循環(huán)時間

6、可短至50微秒微秒 強制優(yōu)先排序強制優(yōu)先排序 反應時間反應時間 15微秒微秒 (PIII) 對對Windows可調節(jié)實時率可調節(jié)實時率 (專利權專利權) 如果反應時間過長則發(fā)信息如果反應時間過長則發(fā)信息TwinCAT 實時實時PC 平臺平臺9TwinCAT PC 系統(tǒng)的主要特性系統(tǒng)的主要特性 操作安全操作安全 TwinCAT 實時系統(tǒng)可幸存于實時系統(tǒng)可幸存于 BSOD (藍屏死機藍屏死機) 主板對風扇主板對風扇 / 溫度診斷溫度診斷 性能性能 快速的閉環(huán)控制快速的閉環(huán)控制, 循環(huán)時間短至循環(huán)時間短至 50微秒微秒 縱向和水平集成縱向和水平集成 ADS 路徑路徑 (本地或通過本地或通過 TCP/

7、IP) 數據留存數據留存 / 重啟特性重啟特性 支持支持UPS (串行和串行和Beckhoff) 事件跟蹤事件跟蹤 語言獨立于信息語言獨立于信息PC 平臺平臺10CX1000 平臺上的平臺上的TwinCAT TwinCAT 純軟件解決方案純軟件解決方案 使用使用Windows CE 實時實時 留存數據的循環(huán)存儲留存數據的循環(huán)存儲 可編程顯示可編程顯示 CX1000 嵌入式硬件嵌入式硬件: 32-bit x86 comp. CPU 266 MHz 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng): Windows CE 或或 嵌入式嵌入式 Windows XP 無旋轉介質無旋轉介質,無風扇無風扇 直接訪問端子直接訪問端子 I/

8、O 多于一個現場總線多于一個現場總線 主站主站 和和/或或 從站從站 分辨率從分辨率從 320 x240 到到 1024x768TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化TwinCAT 結構結構11TwinCAT CETcSysSrv.exe Windows CE應用應用Windows CE內核內核Device.exeDevice DriversTcRouterTc實時實時TcPlcADS/OPC硬件硬件TcIoTcNcCX1000 平臺平臺12TwinCAT CE 系

9、統(tǒng)的主要特性系統(tǒng)的主要特性 性能性能 快速閉環(huán)控制快速閉環(huán)控制, 循環(huán)時間短至循環(huán)時間短至 2毫秒毫秒 縱向和水平集成縱向和水平集成 ADS 路徑路徑 (本地或通過本地或通過TCP/IP) 數據留存數據留存 / 重啟特性重啟特性 內存內存CX1000平臺平臺13TwinCAT 結構結構在在BXxxxx平臺上的平臺上的 TwinCATTwinCAT 下裝程序下裝程序 源代碼上源代碼上/下傳輸下傳輸 在線調試在線調試/在線更改在線更改 通過現場總線遠程訪問通過現場總線遠程訪問BXxxxx 嵌入式硬件嵌入式硬件 智能系統(tǒng)總線智能系統(tǒng)總線 (基于基于CANopen) 顯示顯示 導航開關導航開關 嵌入式

10、操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) 直接訪問端子直接訪問端子 I/OTwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化14TwinCAT 結構結構BCxxxx 平臺上的平臺上的TwinCAT TwinCAT 下裝程序下裝程序 在線調試在線調試 通過現場總線遠程訪問通過現場總線遠程訪問BCxxxx 嵌入式硬件嵌入式硬件 嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng) 直接訪問端子直接訪問端子 I/OTwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施

11、工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化15PLC 執(zhí)行時間執(zhí)行時間 150037145424505001000150020002500300035004000傳統(tǒng)傳統(tǒng)PLCBC9000 CX1000 PIII 850MHzP4 2,8GHz測試測試 1測試測試 2測試測試 3測試測試 1: BOOL, INT, WORD測試測試 2: BOOL, INT, WORD, DWORD, DINT測試測試 3: BOOL, INT, WORD, DWORD, DINT, REAL執(zhí)行時間 線性刻度 微秒/1000 條代碼指令 16TwinCAT I/O 系統(tǒng)系統(tǒng)IQ輸入輸出IQIQ

12、 對所有主要現場總線開放對所有主要現場總線開放 支持支持PC 硬件硬件 容易建立和診斷容易建立和診斷 從邏輯到物理從邏輯到物理 I/O的映射的映射TwinCAT 處理映像 現場總線 1現場總線 2現場總線 3映射TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化17 模塊化結構模塊化結構 一臺一臺PC上最多上最多4個個PLC CX1000/BX/BC上有上有1個個PLC 定時定時 1個個PLC上最多上最多4個任務個任務 易于建立和維護易于建立和維護 在線程序修改在線程序修改 全

13、面的調試特性全面的調試特性: 斷點斷點, 監(jiān)測監(jiān)測, 功率流功率流, 示波器示波器 選擇中意的編程語言選擇中意的編程語言 所有所有 IEC61131-3 語言語言 (IL, ST, FBD LD, SFC)TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化TwinCAT 控制控制18TwinCAT 運動控制運動控制從機械系統(tǒng)到電子系統(tǒng)的演變從機械系統(tǒng)到電子系統(tǒng)的演變機械凸輪機械凸輪 電子凸輪電子凸輪機械齒輪機械齒輪 電子齒輪電子齒輪機械離合機械離合 電子耦合電子耦合 機械凸輪軸

14、機械凸輪軸 電子凸輪軸電子凸輪軸 飛行前饋飛行前饋優(yōu)點優(yōu)點修改最終產品更具靈活性修改最終產品更具靈活性 提高機器產量提高機器產量 減少建立時間減少建立時間 無需機械改動無需機械改動減少庫存減少庫存 沒有不同的機械部件沒有不同的機械部件摘要摘要 縮短交貨縮短交貨/開發(fā)時間，降低成本開發(fā)時間，降低成本TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化19TwinCAT NC PTP 多達多達255個軸個軸 易于設置和維護易于設置和維護 對所有類型的軸開放對所有類型的軸開放 伺服伺服

15、 步進步進 交換軸交換軸 液壓軸液壓軸 通過下列接口連接到驅動器通過下列接口連接到驅動器 數字接口數字接口: Lightbus, Sercos, Profibus DP/MC, SSI, 脈沖串脈沖串 模擬量模擬量: +-10V 附加功能附加功能: 凸輪系統(tǒng)凸輪系統(tǒng), 齒輪傳動齒輪傳動,飛剪飛剪, 疊加疊加TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化20TwinCAT NC ITwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制

16、連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化 用用DIN 66025碼編程碼編程 技術特性技術特性: 瓶頸監(jiān)測瓶頸監(jiān)測3軸加軸加5個輔助軸的插補運動個輔助軸的插補運動21TwinCAT NC I特性特性TwinCAT NC I最多可控制軸數最多可控制軸數最多獨立通道數最多獨立通道數每通道同時插補的最多軸數每通道同時插補的最多軸數255313 軌跡軸軌跡軸 + 5個輔助軸個輔助軸PLC 編程編程IEC 61131-3CNC 編程編程DIN 66025 擴充擴充高級語言擴充高級語言擴充子線程技術子線程技術 來自來自PLC的的CNC功能塊功能塊插補功能插補功能 在主平面上

17、的線性在主平面上的線性, 環(huán)形環(huán)形, 螺旋螺旋 插補插補 先行先行22TwinCAT NC I特性特性TwinCAT NC I軸功能軸功能 路徑超馳路徑超馳 軸錯誤軸錯誤 / 垂度補償垂度補償 行車軸行車軸軌跡軸軌跡軸 輔助軸輔助軸 主主/從耦合可變因素從耦合可變因素 經過通道坐標交換經過通道坐標交換軸配置在線修改軸配置在線修改在線與在線與 PTP軸交換軸交換 實時變換實時變換坐標變換坐標變換 軸接口軸接口 經過適當現場總線的模擬量經過適當現場總線的模擬量/編碼器軸接口編碼器軸接口 經過經過 Lightbus, Sercos, Profibus DP/MC, CANopen, 實時以太網的數字

18、軸接口實時以太網的數字軸接口I/O 系統(tǒng)系統(tǒng)光導總線光導總線 現場總線系統(tǒng)現場總線系統(tǒng), Profibus DP, CANopen, DeviceNet, Interbus, Sercos, 實時以太網實時以太網, PC 接口接口23滿足高要求的滿足高要求的CNC軌跡控制軌跡控制 完整的完整的 CNC 功能功能 32軸插補軸插補 坐標和運動轉換坐標和運動轉換 5軸功能軸功能 齒條插補齒條插補TwinCAT CNCTwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化24TwinCA

19、T CNC性能性能TwinCAT CNC最多可控制坐標最多可控制坐標/軸數軸數最多可控制軸數最多可控制軸數最多獨立通道數最多獨立通道數每通道同時插補的最多軸數每通道同時插補的最多軸數32121032 通道坐標通道坐標/軸軸PLC 編程編程IEC 61131-3CNC 編程編程DIN 66025 擴充擴充高級語言擴充高級語言擴充子線程技術子線程技術用戶宏指令用戶宏指令插補功能插補功能 在主平面在主平面/自由定義平面上的線性自由定義平面上的線性, 環(huán)形環(huán)形, 螺旋螺旋 插補插補先行先行 齒條插補齒條插補 螺紋功能螺紋功能 25TwinCAT CNC性能性能TwinCAT CNC軸功能軸功能路徑超馳

20、路徑超馳軸錯誤軸錯誤 / 垂度補償垂度補償行車軸行車軸軌跡軸軌跡軸 輔助軸輔助軸 主主/從耦合從耦合經過通道坐標經過通道坐標/軸交換軸交換軸同步軸同步實時變換實時變換坐標和運動變換坐標和運動變換5軸功能軸功能軸接口軸接口經過經過Lightbus總線的模擬量總線的模擬量/編碼器軸接口編碼器軸接口經過經過Lightbus, Sercos, Profibus, DP/MC總線的數字量總線的數字量/編碼器軸接口編碼器軸接口,I/O 系統(tǒng)系統(tǒng)Lightbus 現場總線系統(tǒng)現場總線系統(tǒng), Profibus DP, CANopen, DeviceNet, Interbus, Sercos, 實時以太網實時以

21、太網, PC 接口接口26TwinCAT CNC27容易使用通訊標準容易使用通訊標準: ADS (自動化設備規(guī)范自動化設備規(guī)范) OPC (用于過程控制的用于過程控制的OLE )ADS 通過通過 TCP/IPADS 通過通過 TCP/IPADS 通過通過 TCP/IPADS 通過通過 TCP/IPADS 通過現場總線通過現場總線TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化連通性連通性28局域網局域網 (TCP/IP)現場總線Profibus 總線耦合器總線耦合器BK310

22、0 PLC實時PC “標準標準” 配置配置 在本地在本地 PC PC上的編程上的編程/ /配置配置/ /HMI HMI 本地現場總線本地現場總線 I/O 沒有分布式沒有分布式 PLC 用本地用本地 ADS通訊通訊HMIPLC連通性連通性29PLCHMI局域網局域網(TCP/IP)現場總線PLCRTPC 遠程編程遠程編程/ /組態(tài)組態(tài) 在一臺遠程在一臺遠程PCPC上編程上編程/ /組態(tài)組態(tài)/ /HMIHMI 不帶分布式不帶分布式PLC的本地現場總線的本地現場總線 I/O 用本地用本地/遠程遠程ADS通訊通訊現場總線PLC實時PCProfibus總線耦合器總線耦合器BK3100 PLCHMI連通性

23、連通性30PLCHMI局域網局域網(TCP/IP)現場總線PLC實時PC現場總線PLC實時PCProfibus總線耦合器總線耦合器BK3100 PLCHMIProfibus 控制器控制器BX3100 帶帶 BX3100的分布式的分布式PLC 在一臺遠程在一臺遠程PC上通過現場總線上通過現場總線 (Profibus)來編程來編程/組態(tài)組態(tài) 不帶分布式不帶分布式PLC的本地現場總線的本地現場總線 I/O 用本地用本地/遠程遠程ADS通訊通訊連通性連通性31連通性連通性PLCHMI局域網局域網(TCP/IP)現場總線PLC實時PC現場總線PLC實時PCProfibus 總線耦合器總線耦合器BK310

24、0 PLCHMIProfibus 控制器控制器BX3100 帶帶 BX3100的分布式的分布式PLC 通過現場總線通過現場總線(Profibus)在一臺遠程在一臺遠程PC上編程上編程/組態(tài)組態(tài) 不帶分布式不帶分布式 PLC的本地現場總線的本地現場總線 I/O HMI 在在CX1000上上，CX1000上不裝上不裝 TwinCAT,使用使用CE下的下的 TcADSDll通訊通訊 HMICX100032TwinCAT 項目在許多工業(yè)領域得到實施項目在許多工業(yè)領域得到實施 事例事例: 大陸有限公司大陸有限公司 (輪胎制造機械輪胎制造機械) Husky (注塑機注塑機) Hymmen (木工機械木工機

25、械) Bruderer (壓機壓機) Windmller 和和 Hlscher (包裝工業(yè)包裝工業(yè) ) Hayes Lemmerz (鋼輪制造鋼輪制造) DeWind (環(huán)境工程環(huán)境工程 ) 微軟德國總部微軟德國總部 (樓宇自動化樓宇自動化)TwinCAT 體系結構體系結構 I/O 控制控制 運動控制運動控制 插補運動控制插補運動控制 連通性連通性實施工程實施工程摘要摘要問題問題基于基于PC的的自動化自動化實施工程實施工程33 用獨立的硬件和軟件組件取代過時的系統(tǒng)用獨立的硬件和軟件組件取代過時的系統(tǒng)，新系統(tǒng)集成了以下功能：，新系統(tǒng)集成了以下功能： 控制控制, 運動和運動和 技術功能技術功能 能

26、夠在一臺能夠在一臺 PC上完成工程和運行時間上完成工程和運行時間 在同一臺在同一臺PC上實現具有用戶管理和數據上實現具有用戶管理和數據庫的綜合庫的綜合HMI由于在一臺由于在一臺PC上集成了工程和運行時間功能，可以降低成本上集成了工程和運行時間功能，可以降低成本 大陸有限公司大陸有限公司, Hanover, 德國德國,輪胎制造機械輪胎制造機械34 用基于用基于PC的控制達到縱向一體化的控制達到縱向一體化 2003年，年，1000名員工生產了名員工生產了1千萬個輪胎千萬個輪胎 230臺臺Beckhoff PC控制控制 帶帶TwinCAT-PLC, -PTP的的 C6130, C6140, CP71

27、xy, CP70 xy, BC3100 OPC 標準接口連接到標準接口連接到Windows應用程序應用程序 250 個個Beckhoff 伺服軸伺服軸 總線耦合器，總線端子與光導總線總線耦合器，總線端子與光導總線 Profibus-DP一起使用一起使用大陸有限公司大陸有限公司, Timisoara, Rumnien, 輪胎制造機械輪胎制造機械35 用用PC 取代四個傳統(tǒng)的控制器取代四個傳統(tǒng)的控制器 軟件取代硬件軟件取代硬件 使用使用IEC 61131 功能塊的液壓控制器功能塊的液壓控制器 多于多于100個使用個使用IEC 61131功能塊的溫控器功能塊的溫控器 精確的液壓軸精確的液壓軸(循環(huán)時

28、間循環(huán)時間2毫秒毫秒) 在在Profibus) 上高密度溫度采集上高密度溫度采集(FM3332) IEC 61131的技術功能的技術功能Husky Int., 加拿大加拿大, 注塑機注塑機 36Hymmen, Bielefeld, 德國德國, 木工機械木工機械 壓制速度高達每分鐘壓制速度高達每分鐘40米米 多達多達30個的高速伺服軸個的高速伺服軸 輸送機同步運行帶位置補償輸送機同步運行帶位置補償 使用飛行前饋切割使用飛行前饋切割 分布式分布式 TwinCAT PC 與與TCP/IP相連相連 CCD 相機和集成的圖片分析功能相機和集成的圖片分析功能高速創(chuàng)新的運動控制高速創(chuàng)新的運動控制37 每分鐘

29、每分鐘1400下沖擊下沖擊: 循環(huán)時間為循環(huán)時間為100微秒的微秒的高速軟件凸輪軸大大提高了產量高速軟件凸輪軸大大提高了產量 工具數據設置存儲功能工具數據設置存儲功能 使用使用Beckhoff 特殊端子進行高速故障監(jiān)測特殊端子進行高速故障監(jiān)測 (轉換時間轉換時間100微秒微秒)高速電子凸輪軸高速電子凸輪軸Bruderer, Frasnacht, 瑞士瑞士, 沖壓機沖壓機 38 10多個不同的軸多個不同的軸 (伺服伺服,轉換軸轉換軸 ) 使用使用Beckhoff光導總線光導總線 (270個數字量輸個數字量輸 入入 )，快速反應快速反應,時間僅時間僅 2 毫秒毫秒 電子報文服務和通過調制解調器對電子報文服務和通過調制解調器對PLC和和NC遠程診斷遠程診斷使用使用 TwinCAT，產出增加產出增加 15% Windmller & Hlscher, Lengerich, 德國德國, 包裝機械包裝機械39 確定性數據傳輸，與確定性數據傳輸，與 16 臺臺 PC 120 個總線耦合器個總線耦合器 5000 個數字量端子個數字量端子 1000 個模擬量端子個模擬量端子 焊接機的電力噪音焊接機的電力噪音 高抗高抗 EMC的的 Beckhof