TwinCAT

SPS und Motion Control auf dem PC

TwinCAT I/O – universelles I/O-Interface für alle gängigen Feldbusse

Viele PC-Feldbuskarten verschiedener Hersteller werden unterstützt. Es ist möglich, mehr als eine Feldbuskarte pro PC zu betreiben. Sowohl Master- als auch Slavefunktionalität werden, abhängig von der gewählten Feldbuskarte, unterstützt. Die komfortable Konfiguration und Diagnose der Feldbuskarten erfolgt im TwinCAT System Manager. TwinCAT I/O beinhaltet das TwinCAT-Echtzeitsystem, mit dem die Feldbusse betrieben werden, und eine DLL-Schnittstelle zu Anwenderprogrammen.

 

TwinCAT PLC – zentraler Pfeiler der Automatisierungssoftware

Als reine Software-SPS konzipiert, erlaubt TwinCAT PLC die Programmierung von bis zu vier virtuellen „SPS-CPUs“ mit jeweils bis zu vier Anwendertasks auf einem PC. Das SPS-Programm kann dabei wahlweise in einer oder in mehreren von der IEC 61131-3-Norm vorgesehenen Sprachen erfolgen:

TwinCAT PLC umfasst unter den Betriebssystemen Windows NT/2000/XP/Vista sowohl Programmierumgebung als auch Laufzeit, sodass kein separates Programmiergerät benötigt wird. Unter dem Betriebssystem CE, sowie unter den Embedded-Betriebssystemen für die Controller der Serien BX und BC, gibt es nur die TwinCAT-Runtime. Programmänderungen werden über eine, auch netzwerkfähige, leistungsfähige Kommunikation zum Laufzeitsystem durchgeführt. Programmiert werden kann

 

IEC 61131-3 – moderner Programmierstandard für alle Beckhoff-Steuerungen

Das SPS-System TwinCAT PLC wird herstellerunabhängig nach IEC 61131-3 programmiert. TwinCAT unterstützt alle IEC 61131-3-Programmiersprachen mit komfortablen Editoren sowie einem schnellen, effektiven Compiler, sodass auch die Erstellung umfangreicher SPS-Programme in der Größenordnung mehrerer Megabytes in kurzen Entwicklungszyklen möglich ist. Inkrementelles Compilieren verhindert lange Turn-around-Zeiten. Es wird nur compiliert, was wirklich neu ist. Leistungsstarke Editor-Features, wie Autoformat, Autodeclare, Suchen und Ersetzen, ermöglichen ein schnelles Programmieren. Mit dem Projektvergleich lassen sich für alle Programmiersprachen Unterschiede leicht herausfinden und gegebenenfalls übernehmen. Soll ein Projekt (Kommentare, Verzeichnisse usw.) in eine andere Sprache als die Ursprungssprache übersetzt werden, so können alle Begriffe in eine Tabelle exportiert, übersetzt und wieder importiert werden. Wird in einem Team entwickelt, so können alle Objekte (Bausteine, Datentypen, Listen) mit dem TwinCAT-Engineering-Interface in einem Quellcodeverwaltungstool verwaltet werden. Damit lassen sich Änderungen zurückverfolgen und Differenzen zwischen einzelnen Versionen anzeigen.

Das Konzept der Instanziierung von Funktionsbausteinen mit jeweils eigenen Instanzdaten führt zu einer objektorientierten und strukturierten Programmierweise. Alle in der IEC 61131-3 spezifizierten und gebräuchlichen Datentypen werden unterstützt. Mehrdimensionale Felder und Strukturen sind ebenso möglich wie Enumerations- und Unterbereichstypen.

TwinCAT PLC ist nach dem Baselevel für die Sprachen IL und ST zertifiziert. Durch eine Online-Änderung (Online-Change) können Code- und/oder Datenänderungen bei laufender SPS mit maximalem Datenerhalt durchgeführt werden. Eine Quellcodespeicherung im Zielsystem ist möglich (außer bei Controllern der BCxxxx-Familie). Zum einfachen Detektieren von Prozessfehlern ist die Kriterienanalyse sehr hilfreich.

Die Wiederverwendung des Codes ist sehr einfach mit dem komfortablen Bibliotheksmanager zu realisieren. Zum Know-how-Schutz können die Programme und Bibliotheken mit einem mehrstufigen Passwortschutz versehen werden.

 

Vielfache Zielplattformen – ein Werkzeug

Die mit TwinCAT PLC erstellten SPS-Programme können auf unterschiedlichen Zielplattformen zur Ausführung gebracht werden. Neben den Industrie-PCs und Embedded-PCs kann das SPS-Projekt auch auf die Beckhoff-Feldbus-Controller der Serien BC und BX geladen werden. Die Programmentwicklung und das Debugging erfolgen – unabhängig von der ausführenden Einheit – in der gleichen Arbeitsumgebung.

 

Umfangreiche Zusatzbibliotheken

Als Ergänzung zu den von der IEC-Sprachnorm definierten Bausteinen bietet Beckhoff umfangreiche Zusatzbibliotheken zur Lösung typischer Anforderungen der Automatisierungstechnik: z. B. Bibliotheken zur Ansteuerung von elektrischen und hydraulischen Achsen über TwinCAT NC, serielle Kommunikationsbibliotheken, Systembibliotheken für Meldungsausgaben, Dateien schreiben/lesen, Regelungstechnikbausteine etc.

 

Hilfreiche Praxistools

Umfangreiche Fehlersuchfunktionen in TwinCAT PLC erleichtern die Problembehebung vor Ort oder über Fernwartung. Dazu bietet die SPS-Programmierumgebung in TwinCAT folgende Eigenschaften:

Ergänzend können mit dem TwinCAT ScopeView, einem Software-Oszilloskop, eine oder mehrere Variablen zeitgleich aufgezeichnet werden.

 

TwinCAT NC – Motion Control auf dem PC

Eine Software-NC besteht aus:

Der Lageregler wird bei TwinCAT NC standardmäßig auf dem PC gerechnet und tauscht zyklisch Daten mit Antrieben und Messsystemen über den Feldbus aus.

 

Zentrale NC-Positionierung auf dem PC

Die Rechenleistung eines PCs ermöglicht, gleichzeitig mit der SPS, auch Achsen zu bewegen, wobei der Lageregler im Allgemeinen auf dem PC gerechnet wird: Mit der Leistung eines PCs können viele Achsen gleichzeitig positioniert werden.

Mit TwinCAT ist ein PC in der Lage, die Bedienprogramme, die SPS und die NC gleichzeitig zu bearbeiten. Die Auslegung der Systemlast wird von TwinCAT mit entsprechenden Funktionen unterstützt.

 

Analytische Bahnberechnung

Die von TwinCAT NC/NC I/CNC verwendeten Algorithmen zur Achsenansteuerung berücksichtigen die dynamischen Parameter der Achse: Geschwindigkeit, Beschleunigung und Ruck. Somit werden die Achsen zu jedem Zeitpunkt im Rahmen ihrer dynamischen Möglichkeiten bewegt und analytisch exakt koordiniert. Für die Reduzierung der in der Praxis auftretenden Abweichung von der Idealtrajektorie steht eine Auswahl verschiedener Regelalgorithmen zur Verfügung.

 

Einzeln oder zusammen

Aufbauend auf der normalen Positionierung einer einzelnen elektrischen Achse, von einem Ort zum Ziel (Point-to-Point-Positionierung), sind mit TwinCAT NC auch die koordinierten Bewegungen mehrerer Achsen im mehrstufigen Master-/Slavebetrieb (z. B. Getriebefunktionen oder Kurvenscheiben) ausführbar. Zusätzlich ist mit TwinCAT NC I das Abarbeiten eines nach DIN 66025 beschriebenen, interpolierenden Bahnablaufs mit bis zu drei beteiligten Achsen möglich.

 

Software-SPS inklusive

Software-NC und Software-SPS sind in TwinCAT zu einer leistungsfähigen Steuerung kombiniert. Die Kommunikation zwischen den beiden Paketen ist ein reiner Software-zu-Software-Kanal mit minimalen Verzögerungszeiten. Der Aufruf der NC-Funktionalitäten erfolgt aus dem SPS-Programm über standardisierte, von der PLCopen zertifizierte Funktionsbausteine.

Achsbewegungen können auch ohne reale Hardware simuliert werden; der Istwert wird dabei ideal dem Sollwert nachgeführt und der gesamte Maschinenablauf überprüft. Hilfreich für Inbetriebnahme und Service ist das TwinCAT ScopeView, mit dem alle Variablen einer Achse, wie Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung, aufgezeichnet werden.

 

Bequeme Inbetriebnahme

Wesentlich erleichtert wird die Inbetriebnahme durch die im TwinCAT System Manager vorhandenen Konfigurations- und Diagnosedialoge. Für jede Achse werden alle wichtigen Daten auf einen Blick angezeigt. Mit Funktionstasten können die Achsen verfahren werden. Auch Sonderfunktionen, wie Kopplungen, Kurvenscheiben und Streckenkompensationen, können im System Manager ausgelöst und beobachtet werden. In einem komfortablen Dialog lassen sich die Dynamikparameter einer Achse ermitteln.

 

TwinCAT NC I – Interpolierende Achsbewegungen

TwinCAT NC I (I für Interpolation) ist das NC-System für linear und zirkular interpolierende Bahnbewegungen von Achsgruppen mit bis zu acht Antrieben. Das System enthält den Interpreter, eine Sollwertgenerierung und den Lageregler. Die SPS-Funktionalität ist ebenso integriert wie die Anbindung der Achsen an den Feldbus.

Der Interpreter interpretiert den in DIN 66025 beschriebenen Code. Umfangreiche SPS-Bibliotheken ermöglichen eine Interaktion von NC und SPS. Zum Beispiel können NC-Programme direkt aus dem SPS-Programm in den Interpreter geladen werden. Alternativ zur
DIN 66025 kann die Bahninterpolation mit der TcPlcInterpolation-Library auch direkt von der SPS beschrieben werden. Dabei werden Geometrie- und Hilfsfunktionen (z. B. M-Funktionen) in einer Tabelle in der SPS beschrieben und dem NC-Kern übergeben. Dieses Verfahren eignet sich besonders für flexible Verfahrbewegungen, wie sie z. B. bei Pick-and-place auftreten.

 

TwinCAT CNC – die Software-CNC für harte Anforderungen

TwinCAT CNC bietet CNC-Features: Bis zu 32 interpolierende Bahnachsen sowie umfangreiche Koordinaten- und Kinematiktransformationen sind möglich. Die Teileprogrammierung erfolgt nach DIN 66025 mit Hochsprachenerweiterungen. TwinCAT CNC arbeitet mit bis zu 64 Achsen/geregelten Spindeln, die auf bis zu zwölf CNC-Kanäle verteilt werden können. In einem CNC-Kanal können bis zu 32 Achsen simultan interpoliert und damit auch schwierigste Bewegungsaufgaben gelöst werden.

HSC-Technologie (High Speed Cutting)

Die moderne HSC-Frästechnologie erfordert von der CNC-Steuerungstechnik optimierte Lösungen für die Bewegungsführung, um optimale Ergebnisse hinsichtlich Bearbeitungszeit bei gleichzeitig hohen Anforderungen an Genauigkeit und Oberflächengüte am Werkstück zu erreichen.

Das TwinCAT CNC HSC Pack bietet hierfür als Option: