Windows控制和自動化技術

TwinCAT軟件系統可將幾乎任何兼容的PC轉變成為帶多PLC系統和NC/CNC軸控制系統的實時控制器。同時，TwinCAT集成了適用于所有Beckhoff控制器的編程環境：從高端工業PC到嵌入式控制器。

TwinCAT架構

TwinCAT系統由用于實時執行控制程序的運行時系統和用于編程、診斷和配置的開發環境構成。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數據，也可以執行指令。

實用的軟件解決方案

TwinCAT提供了一種精確的時基，在該時基中，程序能夠以最高的確定性執行，而與其它處理器任務無關?？赏ㄟ^TwinCAT來設置PC上的實時負荷，以此實現預定的操作性能。TwinCAT系統可以顯示正在運行的程序的系統負荷。同時，也可以設置負荷的臨界值，以確保預定的計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，則會產生一個系統報文。

TwinCAT支持系統診斷

在使用開放式PC硬件和軟件時，一般都需要進行一些校驗：不合適的組件會擾亂PC系統。Beckhoff在其產品中已集成實時抖動指示器，以便管理員能夠快速對硬件和軟件做出評估。運行過程中出現的系統報文能夠指示狀態是否正確。

啟動/停止

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

重啟和數據備份

當程序啟動或重啟時，TwinCAT會加載程序和剩余數據。為了正確備份數據以及正常關閉WindowsNT/2000/XP/Vista或Windows7，最好使用UPS（不間斷電源）。

TwinCAT和“藍屏”

TwinCAT系統即使在出現藍屏死機(BSOD)操作系統崩潰的情況時，也能保持實時能力。因此，諸如PLC和NC等實時任務仍可繼續運行，并可使控制過程進入到安全狀態。最終還是由編程人員決定是否使用該功能，但請記住藍屏死機會造成數據或程序損壞。

通過報文路由實現全球連接—系統集成了“遠程”連接

根據操作資源的要求，TwinCAT軟件設備可分配如下：TwinCATPLC程序可在PC或Beckhoff總線端子控制器上運行?！皥笪穆酚善鳌蓖ㄟ^TCP/IP接口管理和分配系統中的所有報文。PC系統可通過TCP/IP相互連接；總線端子模塊控制器通過串口和現場總線（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的標準TCP/IP服務，因此可在全球范圍內進行數據交換。系統提供各種可調的通訊能力和超時時間，以實現通訊監管。OPC為方便用戶訪問多個不同的SCADA/MES/ERP軟件包提供了一種標準方式。

基于PC的PLC和運動控制系統

TwinCATI/O–適合所有常用現場總線的通用I/O接口

可支持由不同廠商提供的各種PC現場總線卡。一臺PC可連接多個現場總線卡。支持主站和從站功能，具體取決于所選的現場總線卡。通過TwinCAT系統管理器可以方便地配置和診斷現場總線卡。TwinCATI/O包含用于運行現場總線的TwinCAT實時系統和一個連接應用程序的DLL接口。

TwinCATPLC–自動化軟件的核心

作為一種純粹的軟件PLC，TwinCATPLC允許在一臺PC上實現4個虛擬的“PLCCPU”，每個虛擬的“PLCCPU”最多運行4個用戶任務。可使用以下一種或多種IEC61131-3標準語言編寫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（結構化文本）。

TwinCATPLC在WindowsNT/2000/XP/Vista操作系統下運行，包括編程環境和運行時系統，無需使用附加的編程設備。對于用于BX和BC系列控制器的CE操作系統和嵌入式操作系統，則只提供TwinCAT運行時。程序修改通過與運行時系統進行組網通訊來實現。編程可通過下列方式完成

本地，

TCP/IP或

現場總線（BXxxxx和BCxxxx）。

IEC61131-3–適用于所有Beckhoff控制器的高級編程標準

TwinCATPLC的編程符合IEC61131-3標準，獨立于設備制造商。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，即使是幾兆字節的大型PLC程序，其開發創建的周期也很短。增量式編譯防止出現較長的編譯周轉時間，并且只編譯更新后的字段。功能強大的編輯器功能，例如“自動套用格式”、“自動聲明”或“查找”和“替換”等功能，使得編程速度非?？?。對于所有編程語言，項目比較功能可以輕松識別并接受差異（如有）。如果一個項目（注釋、目錄等）被翻譯成非原有語言的其它語言，則所有術語都被導出到一個表格中，翻譯完成之后，再重新導入。如果是一個團隊在進行開發，所有對象（塊、數據類型、列表）均可在一個源代碼工具內通過TwinCAT開發環境接口進行管理。由此可追溯不同版本之間的變更并顯示每個版本之間的區別。

功能塊的“實例化”概念，指每個實例都有其自身的數據，從而形成面向對象的結構化編程形式。它支持IEC61131-3中規定的所有通用數據類型?？蓪崿F多維字段和結構，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）。在線修改功能可以在PLC運行并保留最多數據的情況下修改代碼和/或數據。源代碼可保存在目標系統中（除BCxxxx系列控制器以外）。準則分析功能對于過程錯誤的檢測非常有益。

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利用代碼。對于程序和功能庫可使用多級密碼保護，以實現專有技術保護。

使用一種工具，實現多個目標平臺

使用TwinCATPLC創建的PLC程序也可以在多個目標平臺上執行。除了工業PC和CX系列嵌入式控制器之外，PLC項目也可載入到Beckhoff的BC和BX系列現場總線控制器中。程序開發和調試都在相同的工作環境中進行，與正在執行程序的設備無關。

豐富的附加功能庫

對于擴展由IEC語言標準定義的功能塊，Beckhoff還提供了大量用于執行自動化技術典型任務的附加功能庫：例如通過TwinCATNC控制電動和液壓軸的功能庫、串行通訊功能庫、報文輸出系統功能庫、寫/讀文件功能庫、控制技術功能塊功能庫等。

實用工具

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

監視，

能量流（流控制），

斷點，

PLC變量采樣跟蹤，

單步，

監視列表，

層級調用和

強制變量。

另外，TwinCATScopeView（示波軟件）可用于同時記錄一個或多個變量。

TwinCATNC–基于PC的運動控制

軟件NC包括：

定位（設定值生成、位置控制）

帶NC接口的集成PLC

用于調試的操作程序

通過現場總線連接的軸I/O接口

通過TwinCATNC，位置控制器默認在PC處理器上進行計算。它可通過現場總線與驅動器和測量系統循環進行數據交換。

PC上的集中NC定位

借助PC的計算能力可以使軸的運動控制與PLC同步，并且通常是在PC上計算位置控制器：PC的計算能力允許同時定位多個軸。

使用TwinCAT，PC可同時處理操作程序、PLC和NC。系統負載的分配由相應的TwinCAT功能實現。

分析軌跡計算

TwinCATNC/NCI/CNC中用于實現軸控制的算法考慮到了軸的動態參數：轉速、加速度和加加速度。通過這種方式，軸隨時可在允許的動態限值范圍內運動，并且精確地進行分析協調。有許多不同的控制算法可以降低實際應用中會出現的與理想軌跡的偏差。

單動或聯動

除了定位單個電動軸這一常用方法—從其起點運動到其終點（點到點定位）之外，TwinCATNC還可以在多級主從運行（如傳動功能或凸輪盤）系統中執行多個軸的協調運動。除此之外，TwinCATNCI還可以根據DIN66025中的描述，執行最多用到三個軸的插補軌跡序列。

集成軟件PLC

TwinCAT將軟件NC與軟件PLC結合在一起，形成功能強大的控制器。兩個軟件包之間的通訊是一種純軟件之間的通訊，其延遲時間非常短。NC功能通過經PLCopen組織認證的標準化功能塊從PLC程序調用。

無需硬件即可仿真軸的運動；理想方式是使用實際值跟蹤設定值，然后檢查整個機床工作流程。TwinCATScopeView便于實現調試和維護工作。它可記錄所有軸變量，如位置、速度和加速度。

便利的調試

調試工作因TwinCAT系統管理器中所提供的配置和診斷對話框而大大簡化。每個軸的所有主要數據都清晰顯示。軸的運動只需輕輕按下功能鍵即可實現。其它特殊功能，如聯軸器、凸輪盤或距離補償等，可以通過系統管理器激活和查看。軸的動態參數可通過對話框方便地確定。

TwinCATNCI–插補軸運動

TwinCATNCI（插補）是用于實現軸組直線和圓弧插補軌跡運動的NC系統，最多要用到8個驅動器。該系統包含解釋器、設定值生成器和位置控制器。集成的PLC功能，將軸與現場總線連接在一起。

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實現軌跡插補。在這種情況下，幾何形狀和輔助功能（例如M函數）被寫入到PLC內的表格并傳輸至NC核。這一過程特別適用于靈活的運動，例如，取放應用。

TwinCATCNC–適應最苛刻要求的軟件CNC

TwinCATCNC提供經典的CNC功能：最多可插補32個軌跡軸，并能夠實現綜合協調以及運動轉換。零件編程通過高級語言擴展實現，編程符合DIN66025標準。TwinCATCNC可以操作分布于多達12個數控通道上多達64根軸/受控主軸。在一個CNC通道中，可以同時插補最多32根軸，因而可以解決最為困難的運動任務。除傳統的直線、圓弧和螺旋插補外，TwinCATCNC還提供了方便的樣條插補，這種插補可以基于Akima或B樣條。通過實時轉換可以輕松實現復雜的機床運動。

HSC技術（高速切削）

先進的高速切削(HSC)技術需要將CNC控制技術與優化的運動控制解決方案相結合，從而縮短加工時間，最大限度地提高加工精度，改善工件表面質量。

TwinCATCNCHSC軟件包可提供下列功能選項：

功能塊之間的速度和加速度控制，能夠優化利用軸動態性能，從而提高軌跡速度

通過平穩的動態性能和相應的機床振動激勵的降低，提高表面質量

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）進行軌跡編程，可減少自由曲面的NC功能塊使用數量