BECKHOFF技术_TwinCAT原理

TwinCAT软件是德国倍福自动化有限公司开发的集硬件组态、PLC编程、PLC控制、运动控制为一体的自动化软件。主要内容包括：1.控制的演变;2.TwinCAT的结构;3.TwinCAT的功能;4.TwinCAT的实时核原理;5.TwinCAT控制系统的分时多任务原理;6.TwinCAT启动的顺序。

TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点

TwinCAT的工作原理 的工作原理1 控制的演变 2 TwinCAT的结构 的结构 3 TwinCAT的功能 的功能 4 TwinCAT的实时核原理 的实时核原理 5 TwinCAT控制系统的分时多任务原理 控制系统的分时多任务原理 6 TwinCAT启动的顺序 启动的顺序

结束

TwinCAT软件是德国倍福自动化有限公司开发的集硬件组态、PLC编程、PLC控制、运动控制为一体的自动化软件。主要内容包括：1.控制的演变;2.TwinCAT的结构;3.TwinCAT的功能;4.TwinCAT的实时核原理;5.TwinCAT控制系统的分时多任务原理;6.TwinCAT启动的顺序。

TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动控制 插补运动 控制 PLC 1 PLC 2 连通性 实施工程 CPU 摘要 问题 NC I/O 工业PC 工业 编程 工具 HMI 通讯

基于PC的自动化 基于 的自动化 控制的演变发展硬件 软件 机械的 电子的 Slots/CPUs 任务 并行连接 现场总线 通讯 直接访问 工业PC 工业 编程 工具 HMI

路由器 .. 实时内核2

映射 现场总线

I/O NC

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TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动控制 插补运动控制 连通性 实施工程 摘要 问题

TwinCAT 的结构基于PC平台的 基于 平台的 TwinCAT TwinCAT 不改变 Windows 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 (FPU) 可通过 可通过OCX, Dll 访问 Windows用户界面 用户界面 可通过 可通过TCP/IP 远程访问 PC 平台 标准硬件 , 最佳性能 使用 PC 资源 使用主流操作系统 (Windows) 易于集成到办公网络 开放的现场总线通讯3

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TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动控制 插补运动控制 连通性 实施工程 摘要 问题

TwinCAT 的功能

TwinCAT 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 I/O数据采集 数据采集 顺序控制 (软 PLC), 软 运动控制 (软移动控制 软移动控制), 软移动控制 通讯 (ADS), 并且所有这些是在Windows NT/2000/XP, 还有嵌入式 并且所有这些是在 Windows NT/XP 和 . 的硬实时环境下

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TwinCAT 实时核的原理

由Beckhoff开发 开发 无需 外的其它硬件 无需PC外的其它硬件 循环时间可短至 微秒 循环时间可短至50微秒 强制优先排序 反应时间 < 15微秒 (PIII) 微秒 对Windows可调节实时率 (专利权 专利权) 可调节实时率 专利权 如果反应时间过长则发信息

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分时多任务控制系统的原理PLC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 PLC program and NC

control with a PC NC Win NT & HMI Interface PLC program

1e.g.: 1ms

1

22ms (e.g. 1ms)

1‘

33ms

2

44ms

2‘5ms

3 t t6

NC cycle

NC cycle

NC cycle PLC cycle

NC cycle

SPS cycle

(e.g. 2ms)

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TwinCAT启动的顺序 启动的顺序Power ON如果设置了允许 Auto Log On

如果设置了Auto 如果设置了 Boot 项为 Enable

1

Start Windows NT

如果PLC属性中设置了 属性中设置了 如果 Boot Project 项的 项的PLC 任务为Enable 任务为

2

Start TwinCAT

Windows User Log on

3如果已经在PLC 如果已经在 Control中创建了启动程 中创建了启动程 序，执行 “Create boot project”

Loading the boot project into the Run-Time

4

Start PLC

结束

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CPU运算能力的分配 运算能力的分配——传统 传统PLC与PC-Based控制系统的比较 与 控制系统的比较 传统Read inputs Write outputs Operate program Win NT & HMI Interface 传统PLC的CPU时间分配 的 传统 时间分配

PLC cycle

PLC cycle PC-Based控制系统的 控制系统的CPU时间的分配 时间的分配. 控制系统的 时间的分配

t

PLC cycle

PLC cycle

t8

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PLC任务与 任务与Windows任务的时间调度 任务与 任务的时间调度Cyclic PLC task e.g. 10ms

10ms 0ms

20ms

30ms 40ms

控制任务实际使用的时间小于时基的定义

80% TwinCAT 0ms PLC W 1ms PLC TC W

80% W 2ms

80% Time slice for Windows 3ms Time slice for TwinCAT PLC program cyclic task

在每一个时间片中，如果控制任务提前完成， 自动交还给Windows程序 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 程序 9

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TwinCAT系统服务 系统服务TwinCAT 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 活动符号, 符号的颜色指示出TwinCat系统的状态.TwinCAT 服务停止，实时核不工作 服务停止 停止， TwinCAT 模式切换中 TwinCAT 运行模式，即PLC已上电 运行模式， 已上电 TwinCAT 配置模式，即PLC未上电 配置模式， 未上电 相当于把PLC切换到“RUN”模式 切换到“ 相当于把 切换到 模式 相当于把PLC切换到“Stop” 模式 相当于把 切换到“ 切换到 相当于把PLC切换到“Reset”位置 切换到“ 相当于把 切换到 位置

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TwinCAT的启动设置 的启动设置

1 2TwinCAT Auto boot Auto logon with Win NT

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PLC启动设置 启动设置Number of run time systems

Enabling for loading the boot project for the run t

ime system 1.

Enabling for loading and saving the RETAIN data for the run time 1.12

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创建启动程序Requirement:

1. 2.

The machine should work properly. The hardware, software and the mappings are correct. The PLC Control in the status online.

3.

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TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动控制 插补运动控制 连通性 实施工程 摘要 问题

TwinCAT I/O 系统 对所有主要现场总线开放 支持 支持PC 硬件 容易建立和诊断 从逻辑到物理 I/O的映射 的映射

TwinCAT 处理映像 输入 输出 映射

I

Q

I

Q

I

Q

现场总线 1

现场总线 2

现场总线 314

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TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动控制 插补运动控制 连通性 实施工程 摘要 问题

TwinCAT 控制 模块化结构 一台 上最多 个PLC 一台PC上最多 上最多4个 CX1000/BX/BC上有 个PLC 上有1个 上有 定时 1个PLC上最多 个任务 上最多4个任务 个 上最多 易于建立和维护 在线程序修改 全面的调试特性 全面的调试特性: 断点 监测 功率流 示波器 断点, 监测, 功率流, 选择中意的编程语言 所有 IEC61131-3 语言 (IL, ST, FBD LD, SFC)

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TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动控制 插补运动控制 连通性 实施工程 摘要 问题

TwinCAT 运动控制从机械系统到电子系统的演变 机械凸轮 电子凸轮 机械齿轮 电子齿轮 机械离合 电子耦合 机械凸轮轴 电子凸轮轴 飞行前馈 优点

修改最终产品更具灵活性 提高机器产量 减少建立时间 – 无需机械改动 减少库存– 减少库存 没有不同的机械部件

摘要 缩短交货/开发时间 开发时间， 缩短交货 开发时间，降低成本16

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TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动控制 插补运动控制 连通性 实施工程 摘要 问题

TwinCAT NC PTP 多达 多达255个轴 个轴 易于设置和维护 对所有类型的轴开放 伺服 步进 交换轴 液压轴

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 模拟量 +-10V 模拟量:

附加功能 凸轮系统 齿轮传动 飞剪 附加功能: 凸轮系统, 齿轮传动,飞剪 飞剪, 叠加

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TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动

控制 插补运动控制 连通性 实施工程 摘要 问题

TwinCAT NC I3轴加 个辅助轴的插补运动 轴加5个辅助轴的插补运动 轴加 用DIN 66025码编程 码编程 技术特性: 技术特性 瓶颈监测

TwinCAT软件是德国倍福自动化有限公司开发的集硬件组态、PLC编程、PLC控制、运动控制为一体的自动化软件。主要内容包括：1.控制的演变;2.TwinCAT的结构;3.TwinCAT的功能;4.TwinCAT的实时核原理;5.TwinCAT控制系统的分时多任务原理;6.TwinCAT启动的顺序。

TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点 基于PC的 基于 的 自动化 TwinCAT 体系结构 I/O 控制 运动控制 插补运动控制 连通性 实施工程 摘要 问题 ADS 通过现场总线 ADS 通过 TCP/IP ADS 通过 TCP/IP ADS 通过 TCP/IP

TwinCAT 通讯容易使用通讯标准: 容易使用通讯标准 ADS (自动化设备规范 自动化设备规范) 自动化设备规范 OPC (用于过程控制的 用于过程控制的OLE ) 用于过程控制的ADS 通过 TCP/IP

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TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点

一个典型的传统控制系统人机界面

控制器 I/O 模块

背板 电源 CPU

DI/DO,AI/AO , 计速模块 测量模块 温控模块 运动控制 位置控制 20

伺服产品

TwinCAT软件是德国倍福自动化有限公司开发的集硬件组态、PLC编程、PLC控制、运动控制为一体的自动化软件。主要内容包括：1.控制的演变;2.TwinCAT的结构;3.TwinCAT的功能;4.TwinCAT的实时核原理;5.TwinCAT控制系统的分时多任务原理;6.TwinCAT启动的顺序。

TwinCAT的原理 的原理 BECKHOFF技术特点 技术特点

BECKHOFF控制系统不同于传统模式 控制系统不同于传统模式

背板 电源 CPU IPC / TwinCAT

位置 TwinCAT CNC 运动控制 TwinCAT NC I 温度控制 RS 422/485 接口 PTP TwinCAT NC 计数模块 TwinCAT PLC Library Analog I/O TwinCAT PLC 21