twincat3 做机器人动力学与控制控制谁用过吗
点击联系发帖人
时间：2017-07-09 07:47
当前位置： >>
TwinCAT3.1 入门手册
BECKHOFF GUANGZHOUTwinCAT 3.0 入门LizzyChen Update: Version 1.01安装文件及培训资料下载：http://pan.baidu.com/s/1gd1zbmN (本文最新版本: )更新记录：
V1.01 增加 OOP 编程。
基于《TwinCAT 2.0 从入门到精通 V2.01》修改 TwinCAT3.1 入门 _V1.01_0．1 本书读者对象? Beckhoff 的 CX、CPxxxx、Cxxxx 系列控制器的用户。 这些用户的共同点是， 控制软件已经预装在订购的控制器上， 用户需要用自己的电脑对 控制器进行编程。控制器是基于 PC 的架构，并安装 Windows 操作系统。书中表述的 CX、CX 控制器、控制器，是由于文字编辑时期不同，表述有所差别，实际所指适用于 所有基于 Windows 平台的 TwinCAT 控制系统。 TwinCAT3.0 软件用户。 这些用户的特点是，TwinCAT 控制软件需要自己安装在运行 Windows7 或者 Windows 操作 XP 系统的工控机上。用户可以在工控机上编程，也可以用自己的笔记本电脑对工 控机进行编程。?0．2 本书主要内容本书基于 TwinCAT2.0 的两本教程《TwinCAT 2.0 从入门到精通》和《TwinCAT NC PTP 实用教程》 。 TwinCAT 3.0 中的 NC PTP 部分几乎完全兼容 TwinCAT 2.0， 所以 《TwinCAT NC PTP 实用教程》仍然适用于 TwinCAT 3 的用户。 本书讲解 TwinCAT3.0 的系统配置、 PLC 编程、各种 Beckhoff 硬件、常用控制功能、 通讯功能的实现。本书不涉及 TwinCAT 3.0 下的 C 语言编程和 Matlab 仿真功能，所以书名 改为《TwinCAT 3.0 入门》 。 ? 上册为《TwinCAT 3.1 入门》的内容为： 第 1 章，系统概述，包括原理、选型、安装和接线 第 2 章，编程入门，实现用最简单的程序控制一套硬件。 第 3 章，TwinCAT 3 开发环境的深入介绍，不做练习，仅供查询。 第 4 章，TwinCAT 3 扩展功能，面向对象编程，制作库文件等。 第 5 章，操作系统和硬件，包括系统备份、桌面接管等工具。 第 6 章，常用功能：包括掉电保持、数据存储、配方功能等 第 7 章，TwinCAT 库文件，重点介绍温控、PID、OS 功能扩展、EtherCAT 诊断和配置 第 8 章，连接 IO 模块，介绍各种 IO 模块的特殊用法。 第 9 章，连接其它 TwinCAT 系统，包括 ADS 通讯和 Realtime Ethernet 第 10 章，连接第三方设备 ，包括与仪表、驱动、触摸屏、视觉系统的各种通讯。 第 11 章，连接第三方 PLC ，TwinCAT 作为现场总从站集成到其它 PLC 中。 第 12 章，HMI 解决方案，包括触摸屏、组态软件、高级语言程序和 TwinCAT HMI 第 13 章，连接企业数据库，通过 Tc Database Server 实现 PLC 与数据库的通讯。 第 14 章，特殊 IO 模块（待填充） 第 15 章，从 TwinCAT 2 到 TwinCAT 3。讲解 Tc 3.0 与 Tc 2.0 的区别。 第 16 章，附录，包括 PLC 编程手册、简明安装指南、Codesys 中文帮助。0．3 本书的使用方法? 项目考察阶段，可阅读“第 1 章，系统概述” ，以及本书目录。第 2 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_? ? ??初学者必须依次阅读第 2 章的所有小节。 功能测试阶段，可根据目录找到相应的章节，每个章节在“配套文档”中都有对应 的文件夹，里面有相关的例程、工具、文档说明。 项目开发阶段， 预先阅读 “第 3 章， TwinCAT 3 开发环境的深入介绍” 及 “第 4 章 和 TwinCAT 3 扩展功能” ，并根据所使用的 IO 模块和设备，详细阅读第 8 章的相关内 容。 项目结束阶段，可查阅第 5 章，操作系统和硬件。第 3 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_0．4 版本说明本书所提供的操作截图、程序代码都基于 VS Shell 2013 下的 TC3.1.4018.5。截至目前，由 于 BECKHOFF 公司的 TwinCAT 软件仍然会持续升级和更新，我们不排除后续版本的操作 界面会发生变化，而例程中的代码也有可能不适用于后续版本。 由于本书还在编辑阶段，作者对于 TwinCAT 3 的使用经验也还在积累，升级此书的目的是 为了众多 TwinCAT 2 的用户能够顺利切换到 TwinCAT 3，并充分发挥多核 CPU、64 位操作 系统的性能，以及 TwinCAT 3 开发工具的新功能。 接下来还需要对文字进行整理，修饰，对配套文档进行精简、条理化。那将是一个漫长的过 程 ，视 工作繁 忙程 度而定 。 欢 迎对本 书的结 构、 内容 提出意 见和建 议， 请发 邮件至 L..cn。 作者
于广州第 4 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_0．5 更新记录 第１遍 第５章 增加 OOP 编程的内容
第 1 遍 基本内容更新至 TwinCAT 3 第1章 第2章 第3章 第4章 第 12 章 第 15 章 系统概述 编程入门 TC3 开发环境的深入介绍 TC3 扩展功能 HMI 解决方案（升级 TC3 HMI 部分） 从 TwinCAT 2 到 TwinCAT 3其它章节延用《TwinCAT 2.0 从入门到精通_V2.01_1112》第 5 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_目1.录系统概述................................................................................................................................. 14 1.1. TwinCAT 3 Runtime 的运行条件 ................................................................................. 14 1.2. TwinCAT 3 功能介绍 .................................................................................................... 15 1.2.1. TwinCAT PLC 的实时性 ........................................................................................ 17 1.2.2. TwinCAT PLC 的数据区 ........................................................................................ 17 1.2.3. TwinCAT PLC 的数据存储 .................................................................................... 18 1.2.4. TwinCAT 与外设 IO 的连接 .................................................................................. 19 1.3. 选型设计 ....................................................................................................................... 21 1.3.1. 控制器..................................................................................................................... 21 1.3.2. 系统扩展模块 ......................................................................................................... 25 1.3.3. I/O 系统 .................................................................................................................. 26 1.4. 安装和接线 ................................................................................................................... 28 2. 编程入门................................................................................................................................. 30 2.1. 概述 ............................................................................................................................... 30 2.2. 在编程 PC 上安装 TwinCAT 开发环境 ....................................................................... 30 2.2.1. 在 PC 上安装 TwinCAT 开发环境 ........................................................................ 30 2.2.2. 升级 TwinCAT 开发环境 ....................................................................................... 31 2.2.3. 在 TC3 和 TC2 之间切换....................................................................................... 31 2.3. 初步认识开发环境........................................................................................................ 32 2.3.1. TC 3 图标和 TC 3 Runtime 的状态 ...................................................................... 32 2.3.2. TC 3 快捷菜单的功能........................................................................................... 32 2.3.3. 启动 TC3 的帮助系统............................................................................................ 33 2.3.4. TC3 Quick Start 教程 ............................................................................................. 34 2.3.5. 启动示例程序 ......................................................................................................... 34 2.3.6. 获取和注册正版授权 ............................................................................................. 34 2.4. 编程准备：添加路由（Add ADS Router） ................................................................ 37 2.4.1. 设置 IP 地址 ........................................................................................................... 37 2.4.2. 设置 NetID .............................................................................................................. 38 2.4.3. 在 TC3 的 System | Routes 中添加路由 ................................................................ 38 2.5. 开发第一个 PLC 项目 .................................................................................................. 43 2.5.1. 建一个 TwinCAT 项目 ........................................................................................... 43 2.5.2. 建一个 PLC 项目 ................................................................................................... 47 2.5.3. PLC 变量映射和激活配置 .................................................................................... 52 2.5.4. 设置开机自启动 ..................................................................................................... 55 2.6. 上传、下载和比较........................................................................................................ 58 2.6.1. PLC 程序的上传下载和比较 ................................................................................ 58 2.6.2. TwinCAT 项目的上传和比较 ................................................................................ 59 3. TwinCAT 3 开发环境的深入介绍 ......................................................................................... 60 3.1. 变量声明 ....................................................................................................................... 61 3.1.1. 变量声明的基本语法为 ......................................................................................... 61 3.1.2. 变量类型................................................................................................................. 62第 6 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_3.1.3. 3.1.4. 3.1.5. 3.1.6. 3.1.7. 3.1.8. 3.2. 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4. 3.2.5. 3.2.6. 3.3. 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 3.3.4. 3.3.5. 3.3.6. 3.4. 3.4.1. 3.4.2. 3.4.3. 3.4.4. 3.4.5. 3.4.6. 3.4.7. 3.5. 3.5.1. 3.5.2. 3.5.3. 3.6. 3.6.1. 3.6.2. 3.6.3. 3.7. 3.7.1. 3.7.2. 3.7.3. 3.7.4. 3.7.5. 3.8.变量声明中的绝对地址 ......................................................................................... 64 变量声明中的赋初值 ............................................................................................. 64 为 IO 变量自动分配地址....................................................................................... 65 变量声明时的缩写输入法 ..................................................................................... 65 变量的属性............................................................................................................. 66 地址对齐................................................................................................................. 68 编程语言和新增功能.................................................................................................... 69 ST 中增加了 Continue 和 Jump 语句。 ................................................................ 69 指令：BitAdr(),用于定位到 Bit。 ........................................................................ 69 UML ChartSate 编程 ........................................................................................... 70 指针操作增加 ......................................................................................................... 70 支持变量作为 Bit 值访问 ...................................................................................... 71 程序注释................................................................................................................. 71 诊断和调试功能............................................................................................................ 72 搜索和替换按钮 ..................................................................................................... 72 TwinCAT Live Watch 怎么用 ................................................................................. 72 ADS Symbol Watch 怎么用？ ............................................................................... 73 Command Window.................................................................................................. 73 独立于程序的 Watch List ...................................................................................... 74 Clean 之后不能再 Online Change. ........................................................................ 74 任务和程序 ................................................................................................................... 74 新建任务................................................................................................................. 75 把程序指定到任务 ................................................................................................. 76 编译和试运行 ......................................................................................................... 79 为 Task 指定 CPU、优先级、周期等等。 ........................................................... 81 Task with image： .................................................................................................. 83 IO at task beginning ................................................................................................ 84 Task 特别提示 ....................................................................................................... 84 隐含的变量和函数........................................................................................................ 84 TwinCAT_SystemInfoVarList ................................................................................. 84 除零等校验............................................................................................................. 85 隐含的函数............................................................................................................. 86 编程环境的设置............................................................................................................ 87 TwinCAT 快捷键 ................................................................................................... 87 Smart Coding .......................................................................................................... 88 编程环境的其它设置 ............................................................................................. 88 兼容 TC2 的功能 .......................................................................................................... 90 多语言混合编程（Action） .................................................................................. 90 可供使用的操作符、函数和功能块 ..................................................................... 92 结构和枚举........................................................................................................... 103 数组和指针........................................................................................................... 107 项目加密和对象加密（TC2） ............................................................................ 108 禁止 TwinCAT 的开机自启动 .................................................................................... 113第 7 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_3.9. 其它提示 ..................................................................................................................... 114 3.9.1. 弹出窗和提示。 ................................................................................................... 114 3.9.2. TC2 的控制器可以刷 TC3 的 IMAGE 试用....................................................... 114 4. TwinCAT 3 扩展功能 ........................................................................................................... 115 4.1. 引用库文件 ................................................................................................................. 115 4.1.1. Add Library ........................................................................................................... 115 4.1.2. 自定义库文件 ....................................................................................................... 115 4.1.3. 引用别人的库 ....................................................................................................... 120 4.1.4. 命名空间............................................................................................................... 120 4.2. Measurement ................................................................................................................ 121 4.2.1. TC3 Scope Server，免费版与收费版的功能差别 ........................................... 121 4.2.2. Scope 导出数据 .................................................................................................... 121 4.2.3. 常见问题............................................................................................................... 122 4.3. 程序归档 ..................................................................................................................... 123 4.3.1. Measurement 项目的存储路径 ............................................................................ 123 4.3.2. TwinCAT 项目的存储路径 .................................................................................. 123 4.3.3. 项目打包和解包 ................................................................................................... 124 4.3.4. PLC 程序的打包和解包 ...................................................................................... 125 4.3.5. FB 等对象的导出和导入 ..................................................................................... 126 5. 面向对象编程....................................................................................................................... 127 5.1. 概述 ............................................................................................................................. 127 5.1.1. 什么是面向对象编程 ........................................................................................... 127 5.1.2. 关键名词：Function Block 和 Interface .............................................................. 127 5.1.3. 关键动词：Extend ............................................................................................... 128 5.1.4. 面向对象编程的 3 个用法 ................................................................................... 130 5.2. 建立一个带 Method 和 Property 的 FB ...................................................................... 130 5.2.1. 示例....................................................................................................................... 130 5.2.2. 关于 Method 和 Property 的 FAQ ........................................................................ 136 5.3. 建立一个 FB 的扩展 FB（Extend）.......................................................................... 138 5.3.1. 示例....................................................................................................................... 138 5.3.2. 关于 Extend 的 FAQ ............................................................................................. 143 5.4. 建立一个 Interface 并实现（Impement） ................................................................. 143 5.4.1. 示例....................................................................................................................... 143 5.4.2. 关于 Interface 的 FAQ .......................................................................................... 149 5.5. 其它说明 ..................................................................................................................... 150 5.5.1. 静态变量（Static）和临时变量（Temp） ......................................................... 150 5.5.2. 特殊的 Method：FB_Init, FB_Exit, FB_Reinit ................................................... 150 6. 操作系统和硬件................................................................................................................... 151 6.1. 概述 ............................................................................................................................. 151 6.2. Windows CE 操作系统 ............................................................................................... 152 6.2.1. 系统备份和还原 ................................................................................................... 152 6.2.2. 远程桌面连接 ....................................................................................................... 153 6.2.3. 中文语言包的安装 ............................................................................................... 154第 8 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_6.2.4. 开启 FTP Server 与 PC 交换文件 ........................................................................ 155 6.2.5. 显示器分辩率设置及屏幕校准 ........................................................................... 158 6.3. Windows XPe 及 Windows XP 操作系统 .................................................................. 159 6.3.1. 系统备份和还原 ................................................................................................... 159 6.3.2. 远程桌面连接 ....................................................................................................... 162 6.3.3. 中文语言包的安装 ............................................................................................... 162 6.3.4. 突然断电对操作系统的损坏 ............................................................................... 164 6.3.5. 经共享文件夹与 PC 交换文件 ............................................................................ 168 6.3.6. 显示器分辩率设置及屏幕校准 ........................................................................... 168 6.4. UPS 硬件 ..................................................................................................................... 168 6.4.1. CX 系列的 UPS .................................................................................................... 168 6.4.2. IPC 上的 UPS ....................................................................................................... 168 6.4.3. CX50xx 上的 1s-UPS ........................................................................................... 168 7. 数据存储、配方和文件（TC2）........................................................................................ 169 7.1. 掉电保持数据.............................................................................................................. 170 7.1.1. 用 Persistent 变量实现掉电保持 ......................................................................... 170 7.1.2. 用 NOVRAM 区实现变量的掉电保持 ............................................................... 174 7.1.3. 清除、备份和恢复 NOVRAM 区的数据 ........................................................... 178 7.2. 数据存储到文件.......................................................................................................... 179 7.2.1. 读写二进制文件 ................................................................................................... 180 7.2.2. 读写 CSV 文件 ..................................................................................................... 182 7.2.3. 读写 wtc 文件 ....................................................................................................... 182 7.2.4. 读写 XML 文件 .................................................................................................... 192 7.3. 配方功能 ..................................................................................................................... 194 7.3.1. 用 XML 文件实现配方 ........................................................................................ 194 7.3.2. 用 wtc 文件实现配方 ........................................................................................... 194 7.3.3. 用 Persistent 变量实现配方 ................................................................................. 195 8. TwinCAT 库文件 .................................................................................................................. 196 8.1. 温控库 ......................................................................................................................... 196 8.1.1. 简介....................................................................................................................... 196 8.2. 控制工具箱 TcPlcControllerToolbox.lib ..................................................................... 196 8.2.1. 滤波....................................................................................................................... 196 8.2.2. PID ........................................................................................................................ 198 8.2.3. PWM 输出 ............................................................................................................ 199 8.2.4. 设定点发生器 SetpointGeneration ....................................................................... 200 8.3. 调用 Windows 和 TwinCAT 功能的库 TcUtility.lib................................................... 201 8.3.1. 调用 Windows 的功能.......................................................................................... 201 8.3.2. 读取 IP 地址和修改注册表 ................................................................................. 202 8.3.3. 启动和停止应用程序 ........................................................................................... 203 8.3.4. 内存操作............................................................................................................... 204 8.3.5. 调用 TwinCAT System Manager 的功能 ............................................................. 205 8.3.6. BCD 码转换 ......................................................................................................... 205 8.4. EtherCAT 主站和从站的控制 TcEtherCAT.lib........................................................... 206第 9 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_8.4.1. EtherCAT 状态切换.............................................................................................. 206 8.4.2. EtherCAT 从站的参数设置.................................................................................. 210 8.4.3. EtherCAT 数据包统计.......................................................................................... 211 8.4.4. EtherCAT 诊断 ..................................................................................................... 211 8.5. 其它有用的库.............................................................................................................. 211 9. I/O 模块、总线主站和 EtherCAT ....................................................................................... 212 9.1. KL 模块 ....................................................................................................................... 212 9.1.1. KL 模块的 Process Data ....................................................................................... 213 9.1.2. KL 模块的参数设置 ............................................................................................ 214 9.1.3. KL 模块的错误诊断和恢复 ................................................................................ 218 9.2. EL 模块........................................................................................................................ 218 9.2.1. EL 模块的 Process Data――控制信号 ............................................................... 218 9.2.2. EL 模块的 Process Data――EtherCAT 诊断信息 .............................................. 219 9.2.3. EL 模块的参数访问 ............................................................................................. 221 9.2.4. EL 模块的错误诊断和优化配置 ......................................................................... 226 9.2.5. EtherCAT 从站升级 Firmware ............................................................................. 227 9.3. 现场总线主站.............................................................................................................. 229 9.3.1. 概述....................................................................................................................... 229 9.3.2. Profibus DP ........................................................................................................... 230 9.3.3. CanOpen................................................................................................................ 235 9.3.4. Realtime Ethernet .................................................................................................. 250 9.4. EtherCAT ..................................................................................................................... 253 9.4.1. 配置 EtherCAT 主站............................................................................................. 253 9.4.2. 配置 EtherCAT 从站............................................................................................. 253 9.4.3. 优化 EtherCAT 网络――同步单元配置 ............................................................. 254 9.4.4. 优化 EtherCAT 网络――设置热连接 Hot Connect ........................................... 257 9.4.5. 优化 EtherCAT 网络――设置网络冗余 Redundancy ........................................ 259 10. TwinCAT 之间的实时和非实时通讯 .................................................................................. 262 10.1. 概述 ............................................................................................................................. 262 10.2. ADS 通讯协议............................................................................................................. 262 10.2.1. ADS 设备的识别 .................................................................................................. 262 10.2.2. ADS Router 路由表 ............................................................................................. 263 10.2.3. ADS 设备的数据访问 ......................................................................................... 267 10.2.4. 从 PLC 程序实现 ADS 通讯 .............................................................................. 269 10.2.5. 从高级语言实现 ADS 通讯 ................................................................................ 269 10.3. Realtime Ethernet......................................................................................................... 270 10.3.1. 运行 Realtime Ethernet 的软件和硬件要求 ........................................................ 271 10.3.2. 配置 Realtime Ethernet 的步骤 ............................................................................ 271 10.4. EtherCAT Slave ........................................................................................................... 281 10.4.1. EtherCAT 从站侧的设置...................................................................................... 281 10.4.2. EtherCAT 主站侧的设置...................................................................................... 283 10.5. 桥接模块 EL6692 ........................................................................................................ 284 10.5.1. 网络拓朴图........................................................................................................... 284第 10 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_10.5.2. 配置步骤............................................................................................................... 284 11. 与现场仪表 RS232/485 及 TCP/IP 通讯 ............................................................................. 286 11.1. 串行通讯的硬件准备.................................................................................................. 286 11.1.1. 串行通讯的物理接口 ........................................................................................... 286 11.1.2. Modbus RTU 通信介绍 ........................................................................................ 286 11.2. 串口通讯的硬件准备.................................................................................................. 287 11.2.1. 硬件接线............................................................................................................... 287 11.2.2. 配置通讯接口 ....................................................................................................... 288 11.3. TwinCAT PLC 的自由口通讯程序 ............................................................................. 291 11.3.1. 编写 PLC 程序 ..................................................................................................... 292 11.3.2. 在 PLC 变量和 Process Data 之间建立映射 ....................................................... 296 11.3.3. 激活配置。........................................................................................................... 298 11.3.4. 调试 PLC 程序。 ................................................................................................ 298 11.4. TwinCAT Modbus RTU 程序 ...................................................................................... 299 11.4.1. 作为 ModbusRTU Slave 与触摸屏通讯 .............................................................. 299 11.4.2. 作为 ModbusRTU Master 与与温控表、变频器等通讯 .................................... 301 11.4.3. 在 PLC 变量和 Process Data 之间建立映射 ....................................................... 304 11.4.4. 激活配置。........................................................................................................... 306 11.4.5. 调试 PLC 程序。 ................................................................................................ 306 11.5. TwinCAT TCP/IP Server .............................................................................................. 307 11.5.1. 安装 Supplement................................................................................................... 307 11.5.2. 编写 TCP/IP 通讯的程序 ..................................................................................... 308 11.5.3. 自行编写 Tcp/IP 通讯程序 .................................................................................. 308 11.5.4. 借用 Tcp/IP 通讯的 Demo 程序 .......................................................................... 311 11.5.5. 引用 UDP 通讯的示例程序 ................................................................................. 314 11.5.6. 变量值转换成 BCD 字符串。............................................................................. 315 11.6. TwinCAT Modbus TCP Server .................................................................................... 316 11.6.1. TwinCAT Modbus TCP Server 的安装................................................................. 317 11.6.2. Modbus TCP 地址与 PLC 地址的映射关系 ...................................................... 317 11.6.3. 测试 TwinCAT Modbus TCP Server..................................................................... 319 11.7. TwinCAT Modbus TCP Client ..................................................................................... 320 11.7.1. 引用 TcModbsuSrv.Lib ......................................................................................... 320 11.7.2. 调用 Modbus TCP Client 的功能块 ..................................................................... 320 11.7.3. 存盘，编译。 ....................................................................................................... 322 11.7.4. 测试运行............................................................................................................... 322 12. 作为总线从站集成到第三方 PLC ...................................................................................... 325 12.1. 概述 ............................................................................................................................. 325 12.2. Profibus DP Slave ........................................................................................................ 325 12.2.1. EtherCAT 从站侧（TwinCAT）的设置 .............................................................. 325 12.2.2. Profibus DP 主站侧（Siemens PLC）的设置 .................................................... 329 12.2.3. EL 的诊断............................................................................................ 333 12.3. CanOpen Slave............................................................................................................. 334 12.4. Profinet IO Slave.......................................................................................................... 334第 11 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_12.4.1. 概 述..................................................................................................................... 334 12.4.2. 软件和硬件准备 ................................................................................................... 335 12.4.3. 设置步骤：........................................................................................................... 335 12.5. Ethernet IP Slave .......................................................................................................... 340 12.5.1. 概述....................................................................................................................... 340 12.5.2. 软件和硬件准备 ................................................................................................... 340 12.5.3. 从站侧（TwinCAT）的配置 ............................................................................... 341 12.5.4. 主站侧（RSLogix）的配置 ................................................................................ 345 12.5.5. 结果验证............................................................................................................... 347 12.5.6. FAQ ....................................................................................................................... 348 12.6. DeviceNet Slave........................................................................................................... 348 12.6.1. 软件和硬件准备 ................................................................................................... 349 12.6.2. DeviceNet 从站侧（TwinCAT）的设置 ............................................................. 349 12.6.3. DeviceNet 主站侧的设置 ..................................................................................... 351 12.6.4. EL 的诊断............................................................................................ 354 13. HMI 解决方案 ...................................................................................................................... 357 13.1. 概述 ............................................................................................................................. 357 13.2. 经 RS232/S485 连接触摸屏 ....................................................................................... 357 13.3. 经以太网连接触摸屏.................................................................................................. 357 13.4. 组态软件访问 TwinCAT PLC ..................................................................................... 357 13.5. 从高级语言访问 TwinCAT PLC ................................................................................. 358 13.5.1. 概述....................................................................................................................... 358 13.5.2. ADS 通讯.............................................................................................................. 358 13.5.3. OPC 通讯 .............................................................................................................. 361 13.5.4. TwinCAT IO 与 C++的实时通讯 ........................................................................ 372 13.6. 兼容 TC2 的 TwinCAT HMI ....................................................................................... 373 13.6.1. 概述....................................................................................................................... 373 13.6.2. 基本图元编辑 ....................................................................................................... 373 13.6.3. 子画面的重复使用 ............................................................................................... 376 13.6.4. 背景画面的重复使用。 ....................................................................................... 381 13.6.5. 动态文本的显示 ................................................................................................... 386 13.6.6. 实例 1:显示中文报警信息 ................................................................................... 388 13.6.7. 实例 2:用户管理器............................................................................................... 388 13.7. 实例 3:TwinCAT 3 HMI .............................................................................................. 388 13.7.1. 添加画面................................................................. Error! Bookmark not defined. 13.7.2. 使 HMI 与 PLC 分离............................................................................................ 403 13.7.3. 中文显示............................................................................................................... 405 13.7.4. 改变风格............................................................................................................... 405 14. 连接企业数据库................................................................................................................... 406 14.1. 概述 ............................................................................................................................. 406 14.2. 软件模型 ..................................................................................................................... 407 14.3. TwinCAT Database Server 的安装和配置 .................................................................. 408 14.3.1. 软件安装............................................................................................................... 408第 12 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_14.3.2. Database Server 配置............................................................................................ 408 14.3.3. 自动记录数据 ....................................................................................................... 415 14.3.4. 从 PLC 程序操作数据库 ..................................................................................... 416 14.3.5. 建立和断开链接 ................................................................................................... 416 14.3.6. 插入记录行........................................................................................................... 416 14.3.7. 数据库操作........................................................................................................... 417 14.4. 案例 ............................................................................................................................. 418 14.4.1. 案例一................................................................................................................... 418 14.4.2. 案例二................................................................................................................... 418 15. 特殊 IO 模块 ........................................................................................................................ 419 15.1. 测量模块 ..................................................................................................................... 419 15.1.1. 电力测量模块 KL3403 和 EL3403 ...................................................................... 419 15.1.2. 称重模块 KL3356 和 EL3356.............................................................................. 419 15.1.3. 示波器模块 KL3361 ............................................................................................ 419 15.1.4. 示波器模块 KL3361 ............................................................................................ 419 15.2. 运动控制模块.............................................................................................................. 420 15.3. XFC 超高速模块 ......................................................................................................... 421 15.3.1. 快速 IO 模块 EL1262/EL2262 ............................................................................ 421 15.3.2. 时间戳模块 EL1262/EL2262 ............................................................................... 421 15.3.3. 超采样模块 EL37x2/EL47x2 ............................................................................... 421 15.4. 高速脉冲输入及编码器接口模块.............................................................................. 422 16. 从 TwinCAT 2 到 TwinCAT 3 ............................................................................................. 423 16.1. 概述 ............................................................................................................................. 423 16.2. TC3 的新功能 ............................................................................................................. 423 16.2.1. TC3 的继承性....................................................................................................... 423 16.2.2. TC2 与 TC3 的适用范围...................................................................................... 424 16.3. TC2 转换 TC3 的解决方案 ........................................................................................ 424 16.3.1. 先在 TwinCAT 2 中打包 ...................................................................................... 424 16.3.2. 在 TwinCAT 3 中装载 .......................................................................................... 425 16.3.3. 转换结果............................................................................................................... 427 16.3.4. HMI 的转换 .......................................................................................................... 428 16.3.5. TC3 ADS ............................................................................................................... 428 16.4. TwinCAT 3 实训文档 .................................................................................................. 429 17. 附录....................................................................................................................................... 430 17.1. 附录 1: PLC Control 编程手册 2011 ......................................................................... 430 17.2. 附录 2: 简明安装手册 ............................................................................................... 430 17.3. 附录 3: 常用 Lib 文件 ................................................................................................ 430 17.4. 附录 4: CodeSys 中文帮助 ......................................................................................... 430第 13 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_1. 系统概述TwinCAT 是德国 Beckhoff 公司的基于 PC 平台和 Windows 操作系统的控制软件。它的 作用是把工业 PC 或者嵌入式 PC 变成一个功能强大的 PLC 或者 Motion Controller 控制生产 设备。 1995 年 TwinCAT 首次推出市场，现存版本有两种：TwinCAT 2 和 TwinCAT 3，以下简 称 TC2 和 TC3。TC2 是针对单 CPU 及 32 位操作系统开发设计的，其运行核不能工作在 64 位操作系统。对于多 CPU 系统，只能发挥单核的运算能力。TC3 考虑了 64 位操作系统和 多核 CPU，并且可以集成 C++编程和 Matlab 建模，所以 TC3 的运行核既可以工作在 32 位 操作系统，也可以工作在 64 位操作系统，并且可以发挥全部 CPU 的运算能力。 对 于 PLC 控制和运动控制项目，TC3 和 TC2 除了开发界面有所不同之外，编程、调试、通讯的 原理和操作方法都几乎完全相同。 TwinCAT 是一套纯软件的控制器， 完全利用 PC 标配的硬件， 实现逻辑运算和运动控制。 TwinCAT 运行核安装在 Beckhoff 的 IPC 或者 EPC 上，其功能就相当于 1 台计算机加上 1 个逻辑控制器“TwinCAT PLC”和 1 个和运动控制器“TwinCAT NC” 。对于运行在多核 CPU 上的 TC3，还可以集成机器人等更多更复杂的功能。 TwinCAT PLC 的特点：与传统的 PLC 相比，CPU、存储器和内存资源都有了数量级的 提升。运算速度快，尤其是传统 PLC 不擅长的浮点运算，比如多路温控、液压控制以及其 它复杂算法时，TwinCAT PLC 可以轻松胜任。数据区和程序区仅受限于存储介质的容量。 随着 IT 技术的发展，用户可以订购的存储介质 CF 卡、Cfast 卡、内存卡及硬盘的容量越来 越大， CPU 的速度越来越快，而性价比越来越高。因此 TwinCAT PLC 在需要处理和存储 大量数据比如趋势、配方和文件时优势明显。 TwinCAT NC 的特点：与传统的运动控制卡、运动控制模块相比，TwinCAT NC 最多能 够控制 255 个运动轴，并且支持几乎所有的硬件类型，具备所有单轴点动、多轴联动功能。 并且，由于运动控制器和 PLC 实际上工作于同一台 PC，二者之间的通讯只是两个内存区之 间的数据交换，其数量和速度都远非传统的运动控制器可比。这使得凸轮耦合、自定义轨迹 运动时数据修改非常灵活，并且响应迅速。TC3 虽然可以用于 64 位操作系统和多核 CPU， 现阶段仍然只能控制 255 个轴，当然这也可以满足绝大部分的运动控制需求。 归根结底， TwinCAT PLC 和 TwinCAT NC 的性能， 最主要还是依赖于 CPU。 尽管 Beckhoff 的控制器种类繁多，无论是安装在导轨上的 EPC，还是安装在电柜内的 Cabinet PC，还是集 成到显示面板的面板式 PC，其控制原理、软件操作都一模一样，同一套程序可以移值到任 何一台 PC-Based 控制器上运行。移植后的唯一结果是 CPU 利用率的升高或者降低。1.1. TwinCAT 3 Runtime 的运行条件用户订购 Beckhoff 控制器时就必须决定控制软件使用 TC2 还是 TC3 的运行核， 软件为第 14 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_出厂预装，用户不能自行更改。TC3 的运行核的控制器，必须使用 TC 3 开发版编程。 TwinCAT 运行核，分为 Windows CE 和 Windows Standard 两个版本，Windows Standard 版本包括 Windows XP、 Windows Xpe、 Windows NT、 Windows 7、 WES 7。 由于 Windows CE 系统小巧轻便，经济实惠，相对于传统 PLC 而言，功能上仍然有绝对的优势，所以在工业 自动化市场上，尤其是国内市场，Window CE 显然更受欢迎。1.2. TwinCAT 3 功能介绍TwinCAT 3 软件的结构可以用下图来描述：TwinCAT 运行核是 Windwos 底层优先级最高的服务，同时它又是所有 TwinCAT PLC、 NC 和其它任务的的运行平台。TC3 分为开发版（XAE）和运行版（XAR） 。XAE 安装运行 在开发 PC 上， 既可以作为一个插件集成到标准的 Visual Studio 软件， 也可以独立安装 （with VS2010 Shell） 。XAR 运行在控制器上的，必须要购买授权且为出厂预装。 在运行内核上，TC 3 首次提出了 TcCOM 和 Module 的概念。基于同一个 TcCOM 创建 的 Module 有相同的运算代码和接口。TcCOM 概念的引入，使 TwinCAT 具有了无限的扩展 性， Beckhoff 公司和第三方厂家都有可能把自己的软件产品封装成 TcCOM 集成到 TwinCAT 中。目前已经发布的 TcCOM 包括：PLC 和 NC：这是与 TwinCAT 兼容的两种基本类别的 TcCOM；第 15 页 共 430 页
本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_Safety 和 CNC：这也是 TC2 中已经有的软件功能，在这里以 TcCOM 的形式出现； C 和 C++ Module： TC3 新增的功能， 允许用户使用 C 和 C++编辑 Real-time 的控制代码 和接口。C++编程支持面向对象（继承、封装、接口）的方式，可重复利用性好，代码的生 成效率高，非常适用于实时控制。广泛用于图像处理、机器人、仪器测控。 Simulink Module：TC 3 新增的功能，允许用户事先在 Matlab 中创建控制模型（模型包 含了控制代码和接口） ，然后把模型导入到 TwinCAT 3。利用 Matlab 的模型库和各种调试工 具，比 TwinCAT 编程更容易实现对复杂的控制算法的开发、仿真和优化，通过 RTW 自动 生成仿真系统代码，并支持图形化编程。 基于一个 TcCOM，用户可以重复创建多个 Module。每个 Module 都有自己的代码执行 区、接口数据区，此外还有数据区、指针、端口等：Module 可以把功能封装在 Module 里面而保留标准的接口， 与调用它的对象代码隔离开 来，既便于重复使用，又保证代码安全。一个 Module 可以包含简单的功能也可以包含复杂 的运算和实时任务甚至一个完整的项目。 TC3 运行内核上能够执行的 Module 数量几乎无限， 可以装载到一个多核处理器的不同核上。 TwinCAT 3 的运行核多核 CPU，使大型系统的集中控制成为可能。与分散控制相比， 所有控制由一个 CPU 完成， 通讯量大大减少。 在项目开发阶段， 用户只要编写一个 Project， 而不用编写 32 个 Project 还要考虑它们之间的通讯。在项目调试阶段，所有数据都存放在一 个过程映像， 更容易诊断。 在设备维护阶段， 控制器的备件、 数据和程序的备份都更为简便。 Beckhoff 公司目前的最高配置 IPC 使用 32 核 CPU，理论上可以代替 32 套 TwinCAT 2 控制 器。随着半导体技术的发展，预计到 2020 年，CPU 最多可以达到 128 核，TwinCAT 3 将能 胜任扩展的更多更复杂的任务。 在开发环境方面，TwinCAT 3 也做了全新的改版。最显著的改变是将 TwinCAT 3 开发 环境集成在 Microsoft Visual Studio 中， 成为后者的一个插件。 在 TwinCAT 2 时代分别由 PLC Control、System Manager 和 Scope View 等 3 种软件实现的编程、配置、电子视波器功能， 现在都可以集中在一个软件中实现。 除了增加 C/C++和 Matlab?/Simulink?的支持外， 在 PLC 编程方面增加了面向对象的扩展功能，即 OOP 编程。第 16 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_1.2.1. TwinCAT PLC 的实时性TwinCAT PLC 的 CPU 实际上就是计算机的 CPU， 是通过一个操作系统底层的实时核计算机 的 CPU 上划分出一部分运算能力，用于执行 PLC 任务。如图所示：在 TC3 中， 针对多核 CPU， 可以指定供 TwinCAT 使用的核及分别的 CPU Limit。 上图中 CPU 3(Other)的 Limit 为 100%， 表示这是 TwinCAT 独占的 CPU。 默认所有任务都在 Default CPU 上运行，所以多核控制器上，用户要手动分配 Task 运行的 CPU。 根据默认设置，实时核首先把计算机的 CPU 时间划分成 1ms 的小片断，在每个 ms 优先执 行 TwinCAT 实时任务，然后再响应操作系统的其它程序请求。如果到时间片的 80%处， TwinCAT 任务还没有执行完毕，则线程挂起，CPU 转去执行操作系统的普通任务。 时间片 1ms 可以最小修改到 50us，而执行 TwinCAT 任务的 CPU 运算时间比例 80%也可以 根据项目需要作出修改。通常情况下，TwinCAT 任务并不需要 80%的 CPU 运算能力。至于 实际占用了多少，用户可以从开发工具或者 PLC 程序中访问。1.2.2. TwinCAT PLC 的数据区TwinCAT 3 中 PLC 的绝对地址区包括 Input、Output、Memory，它们都是嵌入式计算机内存 的一部分，默认设置大小均为 128kByte。 如果用户可以通过以下 xml 文件修改 TC3 中的 PLC 地址区大小： C:\TwinCAT\3.1\Components\Plc\devices\01\1.0.0.0\Device.xml第 17 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_Beckhoff 公司的 PC-Based 控制器内存最小为 128M， 最大可以扩展到 2G， 所以 TwinCAT PLC 的内存相对于传统 PLC 而言，几乎是无限的。 Input 区用于存放来自外部设备的输入信号，默认为 128kBytes，理论上可接收 6.4 万路模拟 量或者 100 万个开关量。同理 Output 区用于存放发送给外部设备的输出信号，默认为 128kBytes， 理论上可控制 6.4 万路模拟量或者 100 万个开关量。 Memory 用于存储中间变量。 声明 Input、Output、Memory 区的变量时必须指定地址，它们在内存中的位置是确定的，可 以按所在数据区的地址偏移量访问。提示： 1，如果没有给 Input 和 Output 区连接外部设备信号的变量分配确定的地址，程序就无法获 取现场设备的状态以及控制现场设备。 2，TwinCATPLC 提供函数 Adr()来获取变量的地址，用于指针赋值。这个函数既可用于获取 任意变量的地址，包括 Data 区的变量。 3，Retain 数据区是掉电保持的，但是由于使用时要求苛刻，如果当前 PLC 程序与 Retaint 区保存的变量类型或者数量不一致，就会导致 PLC 程序启动失败。因此不推荐用户使用这 个数据区。1.2.3. TwinCAT PLC 的数据存储TwinCAT PLC 使用 EPC 或者 IPC 的 CF 卡、Cfast 卡或者硬盘来存储数据。无论是程序还是 数据， 实际上都是存储介质上的一个文件， 而目前可供货的 CF 卡最大容量已经达到 16Gbytes， 硬盘则高达 320Gbytes，所以 TwinCAT PLC 的存储空间几乎没有限制。第 18 页 共 430 页
本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_对于程序，不仅可以在 PLC 上保存机器码，而且可以下载源代码。需要的时候，工程师可 以从控制器上载源代码， 以确保机器上运行的程序与源代码的一致性。 上载的源代码与工程 师电脑上保存的文件完全相同，不仅包含基本的逻辑，还包括代码注释、调试画面、所有变 量声明。 对于数据，TwinCAT PLC 没有一个固定的掉电保持区，当声明变量为掉电保持型之后，通 过一定的操作，它的值就保存在存储介质上的一个文件中。此外 PLC 数据还可以通过文件 读写的方式， 按指定格式保存到存储介质中， 然后复制到其它应用程序 （比如 Excel、 Notepad） 中观察和分析并集中保存。 TwinCAT PLC 还支持 XML 文件读写， 这使得配方保存更加灵活 方便。 TwinCAT PLC 的所有运行数据都在 RAM 里面，掉电即清零。需要掉电保持的变量，必须用 一定的方法写入 CF 卡或者硬盘上文件，或者保存在一种特殊的硬件“NovRAM”中。具体 方法参考第五章“数据存储、配方和文件” 。1.2.4. TwinCAT 与外设 IO 的连接TwinCAT 与外设的物理连接，实际上就是 IPC 或者 EPC 的主板与外设的连接。根据控制器 的种类不同，主板上提供的接口包括 PCI、PCIe 或者 PC104，以及所有控制器主板都具备的 Ethernet 网口。物理连接之后，TwinCAT 必须提供对物理接口的驱动程序，才能访问这些接 口的数据。TwinCAT 可以访问的硬件接口包括：其中最常用的是 EtherCAT 接口。从下面两种典型应用中，可以形象地说明 TwinCAT PLC 是如何与外设 IO 连接的。 第一种，以 IPC 带 EtherCAT 为例： 实际上，自 2004 年 Beckhoff 主导推出的工业以太网 EtherCAT 问世以来，它的高性能低成 本获得了市场认可，新实施的项目通常用下图的 I/O 连接方式：第 19 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_控制器直接将主板集成的网卡作为 EtherCAT 主站， 通过一条网线连接 EtherCAT 从站设备。 第二种，以 CX 带 EtherCAT 为例： 对于导轨安装的 CX 系列控制器，同样也是把主板集成的网卡作为 EtherCAT 主站。典型的 IO 连接方式如下：上图中，控制器使用一个内置的以太网口作为 EtherCAT 主站。控制器与电源模块拼装完成 后， 主板集成的 EtherCAT 主站就与第 1 个 EtherCAT 从站――电源模块 CX――连 接完成了。电源模块与相邻的 IO 端子的连接，和 IO 端子之间的连接一样，都是 EtherCAT 从站与从站的连接。 提示： 1，初学者容易犯的错误是，把电源模块看成 EtherCAT 主站，或者把第一条 EtherCAT 网线 的起点“EK1110”看成 EtherCAT 主站。 2，EtherCAT 耦合器所带的 IO 端子 EL 模块之间连接即背板总线称为 E-Bus，这是为了区别 于现场总线耦合器所带的 IO 端子 KL 模块之间的背板总线 K-Bus。实际上，E-Bus 就是 EtherCAT，因为每个 EL 模块都是一个 EtherCAT 从站。第 20 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_1.3. 选型设计一个完整的控制系统包括控制器、I/O 系统和人机界面。如果设备不是单独工作，还要考虑 与其它控制系统的连接，比如有没有上一层的主系统，或者下一层的子系统。 在 I/O 系统中， 如果是标准电信号， 可以接入相应的 IO 模块。 如果是通讯方式， 比如 RS485 接口的温控表、CanOpen 接口的变频器、TCP/IP 接口的机器视觉等等，那么在设备控制系 统时还需要准备相应的通讯接口以及从 PLC 程序使用这些接口的软件包。 人机界面部分， 虽然不参与直接的设备控制， 但方案设计时必须清楚人机界面的硬件、 软件、 与 PLC 的通讯方式。如果 HMI 软件与 TwinCAT 要运行在同一个硬件平台上，那么在控制 器选型时，就要注意 CPU、内存、硬盘是否足够，以及操作系统是否合适。 选型示例 本节分别介绍控制器和 I/O 系统的选型。1.3.1. 控制器Beckhoff 的 PC-Based 控制器包括 EPC 和 IPC 两大类。选择控制器，首先要确定安装方 式，也就是确定产品系列，然后在一个系列产品中选择适当的 CPU 和操作系统，也就确定 了控制器的基本型号。具体说，选择控制器可依照以下步骤： 第 1 步，确定安装方式： 导轨安装，CX 系列 机柜安装，C69 系列 带显示面板：CP62、CP22 系列 第 2 步：选择 CPU 根据 CPU 的性能及项目要求选择 CPU，倍福控制器的相对性能比较如下：第 21 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_确定了产品系列和 CPU 之后，就能在选型样本中找到正确的控制器型号了。最准确的信息 是在 Beckhoff 官网上，搜索该型号，找到“Features”中的标准配置，如果标配不能满足要 求，可以在“Options”项搜索需要的选件。如图所示：第 3 步，确定操作系统 TwinCAT 运行核依赖于操作系统和硬件平台，不是任意控制器都可以运行任意操作系 统， 也不是任意控制器和操作系统的组合都可以运行 TC3。 对于使用硬盘作为系统盘的工控 机来说，用户可以任意选择使用 TC2 还是 TC3，但是嵌入式控制器 CX 系列，选择控制软 件时还有以下限制：CX80xx、CX90xx 系列，只能选择 WindowsCE。 操作系统安装在硬盘上的工控机和面板 PC，只能安装 Windows 7 或者 Windows XP。 CX10xx、CX50x0 系列，以及操作系统安装在 CF 卡或者 Cfast 卡上的工控机或者面板 PC， 就需要选择使用 Windows XPe 或者 Windows CE。 下面列表说明两种操作系统的优点和缺点。第 22 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_项目 启动速度 Tc 实时核效率 CF 卡的空间要求 价格 程序开发和维护 HMI 的开发和运行Windows XPe 慢 高 &=2G 高 既可本地编程，也可以另用 PC 机远程编程 与 IPC 相同Windows CE 快 低 &64M 低 只能用 PC 机远程编程 必须使用 CE 版的开发平台特别注意： 选择 Windows Xpe， 必须订购 CF 卡或者 Cfast 卡选件， 容量不低于 2GB。 而 CX51xx 系列控制器，则完全不包含存储卡，用户必须增加 Cfast 卡选项。 第 4 步，确定 TwinCAT 3 的基本软件功能 订货号 TC TC TC TwinCAT Level TwinCAT PLC TwinCAT PLC 及 TwinCAT NC PTP(10 轴以内) TwinCAT PLC 及 TwinCAT NC PTP(10 轴以内) TwinCAT NC I TwinCAT PLC 及 TwinCAT NC PTP(10 轴以内) TwinCAT NC I TwinCAT CNC 功能 软 PLC 软 PLC 点对点的运动控制 软 PLC 点对点的运动控制 3 轴插补功能。 软 PLC 点对点的运动控制 3 轴插补功能 5 轴以内插补TC注意： ? 即使是对于 CX 控制器，TC3 的 Runtime 也必须单独订购。 ? 软件订货号不再区分操作系统 CE 或者 Win7。 ? 软 件 订 货号 根 据 控制 器性 能 级 别不 同 而 不同 ， “ -00x0 ”中 的 x 就 表 示控制 器 的 Performance 级别，性能越强的 CPU 级别越高，价格越贵。单独订购 TC3 软件，该值为 “-0090” ，即按最高性能级别计算。在 Beckhoff 官网及选型手册上，每款控制器都有 TC3 Performance Class 标注。如图所示：?如果是包含 NC 控制，还必须确定轴的数量范围。 NC 轴数 1-10 轴 11-25 轴 软件订货号 TC1250 TC1200+TF5010第 23 页 共 430 页 说明 等效于 TC1200+TF5000本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_26-255 轴TC1200+TF5020第 5 步，确定 TwinCAT 3 的扩展软件功能 TC2 中的 supplement，在 TC3 称为 Function，必须为每个控制器购买需要的 Function 授权，即使只是 lib 也不例外，比如温控库、扩展的 Motion 库、各种通讯库等等。虽然这些 库的收费也很便宜，多数为几百元人民币，但必须订购才能使用，其价格与控制器的性能等 级相关。 以下在 TC2 平台时国内用户经常免费使用的 Supplement， 注意在 TC3 平台下需要订购： 订货号 TF4100 TF4110 TF5050 TF5055 TF5060 TF5065 TF TF TF6310 TF6340 软件名称 TC3 Controller Toolbox TC3 Temperature Controller TC3 MC Camming TC3 MC Flying Saw TC3 NC Fifo Axes TC3 Motion Control XFC TC3 OPC UA/OPC DA TC3 Modbus TCP/Modbus RTU TC3 TCP IP TC3 Serial Communication 功能简述 PID ，Filter，Ramp Generator 等 温控库 凸轮 飞锯 FIFO 轴组 常用于 EL1252、 EL2252 等 XFC 模块完成 的 Touch Probe 及 Cam Switch 功能。 常用于与 HMI 应用程序通讯 常用于与触摸屏或者仪表经 Modbus 通讯 与视觉系统等第三方设备的以太网通讯 RS232 或者 RS485 串口通讯库，处理 EL60x1 或者经 PC 的 Com 口与第三方设 备通讯。 常用于配方等掉电数据保存。 TwinCAT 自带的组态软件，可以独立于 PLC 运行。目前仅支持 Win7 或者 XPTF6421 ？？？TC3 XML Server TC3 HMI第 6 步，确定扩展选件 通常控制器的存储界质和内存容量是可以扩展的，有的系列甚至可以配成双硬盘、双 CFast 卡或者硬盘+CFast 卡。当然如果标配已经满足要求，就不必扩展了。 CF 卡选件：对于，WinCE 操作系统，CF 卡扩展选项不是必须的。对于 WindowsXPe 操作系统，CF 卡至少要 2G，而 Win7 系统，Cfast 卡至少要 16G。如果标配是 64M 的 CF 或者 Cfast 卡，就必须订购存储容量扩展选件了。 内存选件：内存扩展选项不是必须的，对于 WindowsXPe 操作系统，由于 OS 本身占用 内存大，如果 HMI 复杂的话，建议扩展内存到 512M 或者更大。 CPU 选件：对于 IPC，如果标配的 CPU 性能不够，还可以升级。 第 7 步，电源、UPS 和电池 如果操作系统选择了 Win 或者 Xpe，由于 PLC 允许随时断电，而 PC 随时断电可能导 致文件损坏，所以通常会配上 UPS 和电池。第 24 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_对于工控机和面板式 PC， 电源是标配自带的， 如果需要 UPS 必须同时订购 C （UPS）和 C（电池） 。 在 CX 系列支持 TC3 的控制器中，只有 CX20x0 需要配置电源模块。如图所示：CX 是电源型号， x 为 0 表示不带 UPS，x 为 9 表示不带 UPS， y 为 0 表示功率 45w，用于 CX2020 和 CX2030，为 1 表示 90w，用于 CX2040. CX 是用于 CX2040 带 UPS 的电源模块， 这个模块还必须购买电池 CX。1.3.2. 系统扩展模块系统扩展模块，包括串行通讯模块、现场总线模块等。对于使用 EtherCAT 的系统，这 两种模块都有相应的 EL 模块来代替。 由控制器主板上扩展出的串口模块速度快、 价格便宜， 缺点是串口故障时需要整个控制器返修。而通过主板扩展的现场总线模块，已经完全被 EL 模块代替。 ? 串行通讯模块 CX 系列嵌入式 PC 最多可以扩展 2 个串口模块，即最多 4 个串口。其订货号如下： CXxxxx-N030 CXxxxx-N041 CXxxxx-N031 CXxxxx-N040 RS232：Com1+Com2 RS485：Com3+Com4 RS485：Com1+Com2 RS232：Com3+Com4注意：如果只扩一个模块就选 Com1 和 Com2。如果要扩两个模块就“Com1+Com2” 和“Com3+Com4”各选一个。扩展的 Com 口与普通 PC 机的 Com 口完全兼容，在 TwinCAT PLC 中的用法也完全相同。 实际应用中，不建议用户扩展 COM 口，而是使用串行通讯模块 EL60xx 代替。好处是 备件方便。 ? 现场总线模块 EtherCAT 接口的现场总线接口模块和普通的 E-Bus 端子模块一样，可以位于 EtherCAT 网络的任何位置，数量也不受 CPU 限制。第 25 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_订货信息 LightBus ProfibBus CanOpen DeviceNet EL6720 EL6731 EL6751 EL6752主站 EL EL EL从站1.3.3. I/O 系统在 I/O 选型之前，必须确定控制器与 IO 连接的总线种类。在新实施的项目中，通常使用 EtherCAT。 I/O 系统的选型包括 5 项内容： 1，现场总线主站模块和从站耦合器 2，信号模块 3，系统模块 4，电缆和接头 5，总线分支选件（可选） 下面分别说明 1， 现场总线主站模块和从站耦合器 对于 EtherCAT 系统， 主站不用选择。 因为控制器上已经集成了 EtherCAT 主站网卡。 RJ45 接口的从站耦合器标准型号为 EK1100，或者 EK1101（带 DIP 开关） 。特别需要 可参考厚样本。 2， 信号模块 DI：信号类型是 PNP 还是 NPN？ DO：有输出时是高电平还是低电平？输出电流 0.5A 还是 2.0A？ AI：信号类型是什么？12 位分辨率是否足够？可选 16 位和 24 位模块，价格较贵。 如果是温度信号，是热电阻还是热电偶，测温范围是多少？ AO： 信号类型是什么？12 位分辨率是否足够？可选 16 位和 24 位模块， 价格较贵。 编码器模块：SSI 还是增量编码器？单端还是差分信号？是否需要 C 相或者 Latch 点？如果不需要 C 相或者 Latch 点可以选择相对经济型的双通道模块。 PWM 输出模块：用于驱动什么负载，输出电流多}
TwinCAT3.1 入门手册
BECKHOFF GUANGZHOUTwinCAT 3.0 入门LizzyChen Update: Version 1.01安装文件及培训资料下载：http://pan.baidu.com/s/1gd1zbmN (本文最新版本: )更新记录：
V1.01 增加 OOP 编程。
基于《TwinCAT 2.0 从入门到精通 V2.01》修改 TwinCAT3.1 入门 _V1.01_0．1 本书读者对象? Beckhoff 的 CX、CPxxxx、Cxxxx 系列控制器的用户。 这些用户的共同点是， 控制软件已经预装在订购的控制器上， 用户需要用自己的电脑对 控制器进行编程。控制器是基于 PC 的架构，并安装 Windows 操作系统。书中表述的 CX、CX 控制器、控制器，是由于文字编辑时期不同，表述有所差别，实际所指适用于 所有基于 Windows 平台的 TwinCAT 控制系统。 TwinCAT3.0 软件用户。 这些用户的特点是，TwinCAT 控制软件需要自己安装在运行 Windows7 或者 Windows 操作 XP 系统的工控机上。用户可以在工控机上编程，也可以用自己的笔记本电脑对工 控机进行编程。?0．2 本书主要内容本书基于 TwinCAT2.0 的两本教程《TwinCAT 2.0 从入门到精通》和《TwinCAT NC PTP 实用教程》 。 TwinCAT 3.0 中的 NC PTP 部分几乎完全兼容 TwinCAT 2.0， 所以 《TwinCAT NC PTP 实用教程》仍然适用于 TwinCAT 3 的用户。 本书讲解 TwinCAT3.0 的系统配置、 PLC 编程、各种 Beckhoff 硬件、常用控制功能、 通讯功能的实现。本书不涉及 TwinCAT 3.0 下的 C 语言编程和 Matlab 仿真功能，所以书名 改为《TwinCAT 3.0 入门》 。 ? 上册为《TwinCAT 3.1 入门》的内容为： 第 1 章，系统概述，包括原理、选型、安装和接线 第 2 章，编程入门，实现用最简单的程序控制一套硬件。 第 3 章，TwinCAT 3 开发环境的深入介绍，不做练习，仅供查询。 第 4 章，TwinCAT 3 扩展功能，面向对象编程，制作库文件等。 第 5 章，操作系统和硬件，包括系统备份、桌面接管等工具。 第 6 章，常用功能：包括掉电保持、数据存储、配方功能等 第 7 章，TwinCAT 库文件，重点介绍温控、PID、OS 功能扩展、EtherCAT 诊断和配置 第 8 章，连接 IO 模块，介绍各种 IO 模块的特殊用法。 第 9 章，连接其它 TwinCAT 系统，包括 ADS 通讯和 Realtime Ethernet 第 10 章，连接第三方设备 ，包括与仪表、驱动、触摸屏、视觉系统的各种通讯。 第 11 章，连接第三方 PLC ，TwinCAT 作为现场总从站集成到其它 PLC 中。 第 12 章，HMI 解决方案，包括触摸屏、组态软件、高级语言程序和 TwinCAT HMI 第 13 章，连接企业数据库，通过 Tc Database Server 实现 PLC 与数据库的通讯。 第 14 章，特殊 IO 模块（待填充） 第 15 章，从 TwinCAT 2 到 TwinCAT 3。讲解 Tc 3.0 与 Tc 2.0 的区别。 第 16 章，附录，包括 PLC 编程手册、简明安装指南、Codesys 中文帮助。0．3 本书的使用方法? 项目考察阶段，可阅读“第 1 章，系统概述” ，以及本书目录。第 2 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_? ? ??初学者必须依次阅读第 2 章的所有小节。 功能测试阶段，可根据目录找到相应的章节，每个章节在“配套文档”中都有对应 的文件夹，里面有相关的例程、工具、文档说明。 项目开发阶段， 预先阅读 “第 3 章， TwinCAT 3 开发环境的深入介绍” 及 “第 4 章 和 TwinCAT 3 扩展功能” ，并根据所使用的 IO 模块和设备，详细阅读第 8 章的相关内 容。 项目结束阶段，可查阅第 5 章，操作系统和硬件。第 3 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_0．4 版本说明本书所提供的操作截图、程序代码都基于 VS Shell 2013 下的 TC3.1.4018.5。截至目前，由 于 BECKHOFF 公司的 TwinCAT 软件仍然会持续升级和更新，我们不排除后续版本的操作 界面会发生变化，而例程中的代码也有可能不适用于后续版本。 由于本书还在编辑阶段，作者对于 TwinCAT 3 的使用经验也还在积累，升级此书的目的是 为了众多 TwinCAT 2 的用户能够顺利切换到 TwinCAT 3，并充分发挥多核 CPU、64 位操作 系统的性能，以及 TwinCAT 3 开发工具的新功能。 接下来还需要对文字进行整理，修饰，对配套文档进行精简、条理化。那将是一个漫长的过 程 ，视 工作繁 忙程 度而定 。 欢 迎对本 书的结 构、 内容 提出意 见和建 议， 请发 邮件至 L..cn。 作者
于广州第 4 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_0．5 更新记录 第１遍 第５章 增加 OOP 编程的内容
第 1 遍 基本内容更新至 TwinCAT 3 第1章 第2章 第3章 第4章 第 12 章 第 15 章 系统概述 编程入门 TC3 开发环境的深入介绍 TC3 扩展功能 HMI 解决方案（升级 TC3 HMI 部分） 从 TwinCAT 2 到 TwinCAT 3其它章节延用《TwinCAT 2.0 从入门到精通_V2.01_1112》第 5 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_目1.录系统概述................................................................................................................................. 14 1.1. TwinCAT 3 Runtime 的运行条件 ................................................................................. 14 1.2. TwinCAT 3 功能介绍 .................................................................................................... 15 1.2.1. TwinCAT PLC 的实时性 ........................................................................................ 17 1.2.2. TwinCAT PLC 的数据区 ........................................................................................ 17 1.2.3. TwinCAT PLC 的数据存储 .................................................................................... 18 1.2.4. TwinCAT 与外设 IO 的连接 .................................................................................. 19 1.3. 选型设计 ....................................................................................................................... 21 1.3.1. 控制器..................................................................................................................... 21 1.3.2. 系统扩展模块 ......................................................................................................... 25 1.3.3. I/O 系统 .................................................................................................................. 26 1.4. 安装和接线 ................................................................................................................... 28 2. 编程入门................................................................................................................................. 30 2.1. 概述 ............................................................................................................................... 30 2.2. 在编程 PC 上安装 TwinCAT 开发环境 ....................................................................... 30 2.2.1. 在 PC 上安装 TwinCAT 开发环境 ........................................................................ 30 2.2.2. 升级 TwinCAT 开发环境 ....................................................................................... 31 2.2.3. 在 TC3 和 TC2 之间切换....................................................................................... 31 2.3. 初步认识开发环境........................................................................................................ 32 2.3.1. TC 3 图标和 TC 3 Runtime 的状态 ...................................................................... 32 2.3.2. TC 3 快捷菜单的功能........................................................................................... 32 2.3.3. 启动 TC3 的帮助系统............................................................................................ 33 2.3.4. TC3 Quick Start 教程 ............................................................................................. 34 2.3.5. 启动示例程序 ......................................................................................................... 34 2.3.6. 获取和注册正版授权 ............................................................................................. 34 2.4. 编程准备：添加路由（Add ADS Router） ................................................................ 37 2.4.1. 设置 IP 地址 ........................................................................................................... 37 2.4.2. 设置 NetID .............................................................................................................. 38 2.4.3. 在 TC3 的 System | Routes 中添加路由 ................................................................ 38 2.5. 开发第一个 PLC 项目 .................................................................................................. 43 2.5.1. 建一个 TwinCAT 项目 ........................................................................................... 43 2.5.2. 建一个 PLC 项目 ................................................................................................... 47 2.5.3. PLC 变量映射和激活配置 .................................................................................... 52 2.5.4. 设置开机自启动 ..................................................................................................... 55 2.6. 上传、下载和比较........................................................................................................ 58 2.6.1. PLC 程序的上传下载和比较 ................................................................................ 58 2.6.2. TwinCAT 项目的上传和比较 ................................................................................ 59 3. TwinCAT 3 开发环境的深入介绍 ......................................................................................... 60 3.1. 变量声明 ....................................................................................................................... 61 3.1.1. 变量声明的基本语法为 ......................................................................................... 61 3.1.2. 变量类型................................................................................................................. 62第 6 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_3.1.3. 3.1.4. 3.1.5. 3.1.6. 3.1.7. 3.1.8. 3.2. 3.2.1. 3.2.2. 3.2.3. 3.2.4. 3.2.5. 3.2.6. 3.3. 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. 3.3.4. 3.3.5. 3.3.6. 3.4. 3.4.1. 3.4.2. 3.4.3. 3.4.4. 3.4.5. 3.4.6. 3.4.7. 3.5. 3.5.1. 3.5.2. 3.5.3. 3.6. 3.6.1. 3.6.2. 3.6.3. 3.7. 3.7.1. 3.7.2. 3.7.3. 3.7.4. 3.7.5. 3.8.变量声明中的绝对地址 ......................................................................................... 64 变量声明中的赋初值 ............................................................................................. 64 为 IO 变量自动分配地址....................................................................................... 65 变量声明时的缩写输入法 ..................................................................................... 65 变量的属性............................................................................................................. 66 地址对齐................................................................................................................. 68 编程语言和新增功能.................................................................................................... 69 ST 中增加了 Continue 和 Jump 语句。 ................................................................ 69 指令：BitAdr(),用于定位到 Bit。 ........................................................................ 69 UML ChartSate 编程 ........................................................................................... 70 指针操作增加 ......................................................................................................... 70 支持变量作为 Bit 值访问 ...................................................................................... 71 程序注释................................................................................................................. 71 诊断和调试功能............................................................................................................ 72 搜索和替换按钮 ..................................................................................................... 72 TwinCAT Live Watch 怎么用 ................................................................................. 72 ADS Symbol Watch 怎么用？ ............................................................................... 73 Command Window.................................................................................................. 73 独立于程序的 Watch List ...................................................................................... 74 Clean 之后不能再 Online Change. ........................................................................ 74 任务和程序 ................................................................................................................... 74 新建任务................................................................................................................. 75 把程序指定到任务 ................................................................................................. 76 编译和试运行 ......................................................................................................... 79 为 Task 指定 CPU、优先级、周期等等。 ........................................................... 81 Task with image： .................................................................................................. 83 IO at task beginning ................................................................................................ 84 Task 特别提示 ....................................................................................................... 84 隐含的变量和函数........................................................................................................ 84 TwinCAT_SystemInfoVarList ................................................................................. 84 除零等校验............................................................................................................. 85 隐含的函数............................................................................................................. 86 编程环境的设置............................................................................................................ 87 TwinCAT 快捷键 ................................................................................................... 87 Smart Coding .......................................................................................................... 88 编程环境的其它设置 ............................................................................................. 88 兼容 TC2 的功能 .......................................................................................................... 90 多语言混合编程（Action） .................................................................................. 90 可供使用的操作符、函数和功能块 ..................................................................... 92 结构和枚举........................................................................................................... 103 数组和指针........................................................................................................... 107 项目加密和对象加密（TC2） ............................................................................ 108 禁止 TwinCAT 的开机自启动 .................................................................................... 113第 7 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_3.9. 其它提示 ..................................................................................................................... 114 3.9.1. 弹出窗和提示。 ................................................................................................... 114 3.9.2. TC2 的控制器可以刷 TC3 的 IMAGE 试用....................................................... 114 4. TwinCAT 3 扩展功能 ........................................................................................................... 115 4.1. 引用库文件 ................................................................................................................. 115 4.1.1. Add Library ........................................................................................................... 115 4.1.2. 自定义库文件 ....................................................................................................... 115 4.1.3. 引用别人的库 ....................................................................................................... 120 4.1.4. 命名空间............................................................................................................... 120 4.2. Measurement ................................................................................................................ 121 4.2.1. TC3 Scope Server，免费版与收费版的功能差别 ........................................... 121 4.2.2. Scope 导出数据 .................................................................................................... 121 4.2.3. 常见问题............................................................................................................... 122 4.3. 程序归档 ..................................................................................................................... 123 4.3.1. Measurement 项目的存储路径 ............................................................................ 123 4.3.2. TwinCAT 项目的存储路径 .................................................................................. 123 4.3.3. 项目打包和解包 ................................................................................................... 124 4.3.4. PLC 程序的打包和解包 ...................................................................................... 125 4.3.5. FB 等对象的导出和导入 ..................................................................................... 126 5. 面向对象编程....................................................................................................................... 127 5.1. 概述 ............................................................................................................................. 127 5.1.1. 什么是面向对象编程 ........................................................................................... 127 5.1.2. 关键名词：Function Block 和 Interface .............................................................. 127 5.1.3. 关键动词：Extend ............................................................................................... 128 5.1.4. 面向对象编程的 3 个用法 ................................................................................... 130 5.2. 建立一个带 Method 和 Property 的 FB ...................................................................... 130 5.2.1. 示例....................................................................................................................... 130 5.2.2. 关于 Method 和 Property 的 FAQ ........................................................................ 136 5.3. 建立一个 FB 的扩展 FB（Extend）.......................................................................... 138 5.3.1. 示例....................................................................................................................... 138 5.3.2. 关于 Extend 的 FAQ ............................................................................................. 143 5.4. 建立一个 Interface 并实现（Impement） ................................................................. 143 5.4.1. 示例....................................................................................................................... 143 5.4.2. 关于 Interface 的 FAQ .......................................................................................... 149 5.5. 其它说明 ..................................................................................................................... 150 5.5.1. 静态变量（Static）和临时变量（Temp） ......................................................... 150 5.5.2. 特殊的 Method：FB_Init, FB_Exit, FB_Reinit ................................................... 150 6. 操作系统和硬件................................................................................................................... 151 6.1. 概述 ............................................................................................................................. 151 6.2. Windows CE 操作系统 ............................................................................................... 152 6.2.1. 系统备份和还原 ................................................................................................... 152 6.2.2. 远程桌面连接 ....................................................................................................... 153 6.2.3. 中文语言包的安装 ............................................................................................... 154第 8 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_6.2.4. 开启 FTP Server 与 PC 交换文件 ........................................................................ 155 6.2.5. 显示器分辩率设置及屏幕校准 ........................................................................... 158 6.3. Windows XPe 及 Windows XP 操作系统 .................................................................. 159 6.3.1. 系统备份和还原 ................................................................................................... 159 6.3.2. 远程桌面连接 ....................................................................................................... 162 6.3.3. 中文语言包的安装 ............................................................................................... 162 6.3.4. 突然断电对操作系统的损坏 ............................................................................... 164 6.3.5. 经共享文件夹与 PC 交换文件 ............................................................................ 168 6.3.6. 显示器分辩率设置及屏幕校准 ........................................................................... 168 6.4. UPS 硬件 ..................................................................................................................... 168 6.4.1. CX 系列的 UPS .................................................................................................... 168 6.4.2. IPC 上的 UPS ....................................................................................................... 168 6.4.3. CX50xx 上的 1s-UPS ........................................................................................... 168 7. 数据存储、配方和文件（TC2）........................................................................................ 169 7.1. 掉电保持数据.............................................................................................................. 170 7.1.1. 用 Persistent 变量实现掉电保持 ......................................................................... 170 7.1.2. 用 NOVRAM 区实现变量的掉电保持 ............................................................... 174 7.1.3. 清除、备份和恢复 NOVRAM 区的数据 ........................................................... 178 7.2. 数据存储到文件.......................................................................................................... 179 7.2.1. 读写二进制文件 ................................................................................................... 180 7.2.2. 读写 CSV 文件 ..................................................................................................... 182 7.2.3. 读写 wtc 文件 ....................................................................................................... 182 7.2.4. 读写 XML 文件 .................................................................................................... 192 7.3. 配方功能 ..................................................................................................................... 194 7.3.1. 用 XML 文件实现配方 ........................................................................................ 194 7.3.2. 用 wtc 文件实现配方 ........................................................................................... 194 7.3.3. 用 Persistent 变量实现配方 ................................................................................. 195 8. TwinCAT 库文件 .................................................................................................................. 196 8.1. 温控库 ......................................................................................................................... 196 8.1.1. 简介....................................................................................................................... 196 8.2. 控制工具箱 TcPlcControllerToolbox.lib ..................................................................... 196 8.2.1. 滤波....................................................................................................................... 196 8.2.2. PID ........................................................................................................................ 198 8.2.3. PWM 输出 ............................................................................................................ 199 8.2.4. 设定点发生器 SetpointGeneration ....................................................................... 200 8.3. 调用 Windows 和 TwinCAT 功能的库 TcUtility.lib................................................... 201 8.3.1. 调用 Windows 的功能.......................................................................................... 201 8.3.2. 读取 IP 地址和修改注册表 ................................................................................. 202 8.3.3. 启动和停止应用程序 ........................................................................................... 203 8.3.4. 内存操作............................................................................................................... 204 8.3.5. 调用 TwinCAT System Manager 的功能 ............................................................. 205 8.3.6. BCD 码转换 ......................................................................................................... 205 8.4. EtherCAT 主站和从站的控制 TcEtherCAT.lib........................................................... 206第 9 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_8.4.1. EtherCAT 状态切换.............................................................................................. 206 8.4.2. EtherCAT 从站的参数设置.................................................................................. 210 8.4.3. EtherCAT 数据包统计.......................................................................................... 211 8.4.4. EtherCAT 诊断 ..................................................................................................... 211 8.5. 其它有用的库.............................................................................................................. 211 9. I/O 模块、总线主站和 EtherCAT ....................................................................................... 212 9.1. KL 模块 ....................................................................................................................... 212 9.1.1. KL 模块的 Process Data ....................................................................................... 213 9.1.2. KL 模块的参数设置 ............................................................................................ 214 9.1.3. KL 模块的错误诊断和恢复 ................................................................................ 218 9.2. EL 模块........................................................................................................................ 218 9.2.1. EL 模块的 Process Data――控制信号 ............................................................... 218 9.2.2. EL 模块的 Process Data――EtherCAT 诊断信息 .............................................. 219 9.2.3. EL 模块的参数访问 ............................................................................................. 221 9.2.4. EL 模块的错误诊断和优化配置 ......................................................................... 226 9.2.5. EtherCAT 从站升级 Firmware ............................................................................. 227 9.3. 现场总线主站.............................................................................................................. 229 9.3.1. 概述....................................................................................................................... 229 9.3.2. Profibus DP ........................................................................................................... 230 9.3.3. CanOpen................................................................................................................ 235 9.3.4. Realtime Ethernet .................................................................................................. 250 9.4. EtherCAT ..................................................................................................................... 253 9.4.1. 配置 EtherCAT 主站............................................................................................. 253 9.4.2. 配置 EtherCAT 从站............................................................................................. 253 9.4.3. 优化 EtherCAT 网络――同步单元配置 ............................................................. 254 9.4.4. 优化 EtherCAT 网络――设置热连接 Hot Connect ........................................... 257 9.4.5. 优化 EtherCAT 网络――设置网络冗余 Redundancy ........................................ 259 10. TwinCAT 之间的实时和非实时通讯 .................................................................................. 262 10.1. 概述 ............................................................................................................................. 262 10.2. ADS 通讯协议............................................................................................................. 262 10.2.1. ADS 设备的识别 .................................................................................................. 262 10.2.2. ADS Router 路由表 ............................................................................................. 263 10.2.3. ADS 设备的数据访问 ......................................................................................... 267 10.2.4. 从 PLC 程序实现 ADS 通讯 .............................................................................. 269 10.2.5. 从高级语言实现 ADS 通讯 ................................................................................ 269 10.3. Realtime Ethernet......................................................................................................... 270 10.3.1. 运行 Realtime Ethernet 的软件和硬件要求 ........................................................ 271 10.3.2. 配置 Realtime Ethernet 的步骤 ............................................................................ 271 10.4. EtherCAT Slave ........................................................................................................... 281 10.4.1. EtherCAT 从站侧的设置...................................................................................... 281 10.4.2. EtherCAT 主站侧的设置...................................................................................... 283 10.5. 桥接模块 EL6692 ........................................................................................................ 284 10.5.1. 网络拓朴图........................................................................................................... 284第 10 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_10.5.2. 配置步骤............................................................................................................... 284 11. 与现场仪表 RS232/485 及 TCP/IP 通讯 ............................................................................. 286 11.1. 串行通讯的硬件准备.................................................................................................. 286 11.1.1. 串行通讯的物理接口 ........................................................................................... 286 11.1.2. Modbus RTU 通信介绍 ........................................................................................ 286 11.2. 串口通讯的硬件准备.................................................................................................. 287 11.2.1. 硬件接线............................................................................................................... 287 11.2.2. 配置通讯接口 ....................................................................................................... 288 11.3. TwinCAT PLC 的自由口通讯程序 ............................................................................. 291 11.3.1. 编写 PLC 程序 ..................................................................................................... 292 11.3.2. 在 PLC 变量和 Process Data 之间建立映射 ....................................................... 296 11.3.3. 激活配置。........................................................................................................... 298 11.3.4. 调试 PLC 程序。 ................................................................................................ 298 11.4. TwinCAT Modbus RTU 程序 ...................................................................................... 299 11.4.1. 作为 ModbusRTU Slave 与触摸屏通讯 .............................................................. 299 11.4.2. 作为 ModbusRTU Master 与与温控表、变频器等通讯 .................................... 301 11.4.3. 在 PLC 变量和 Process Data 之间建立映射 ....................................................... 304 11.4.4. 激活配置。........................................................................................................... 306 11.4.5. 调试 PLC 程序。 ................................................................................................ 306 11.5. TwinCAT TCP/IP Server .............................................................................................. 307 11.5.1. 安装 Supplement................................................................................................... 307 11.5.2. 编写 TCP/IP 通讯的程序 ..................................................................................... 308 11.5.3. 自行编写 Tcp/IP 通讯程序 .................................................................................. 308 11.5.4. 借用 Tcp/IP 通讯的 Demo 程序 .......................................................................... 311 11.5.5. 引用 UDP 通讯的示例程序 ................................................................................. 314 11.5.6. 变量值转换成 BCD 字符串。............................................................................. 315 11.6. TwinCAT Modbus TCP Server .................................................................................... 316 11.6.1. TwinCAT Modbus TCP Server 的安装................................................................. 317 11.6.2. Modbus TCP 地址与 PLC 地址的映射关系 ...................................................... 317 11.6.3. 测试 TwinCAT Modbus TCP Server..................................................................... 319 11.7. TwinCAT Modbus TCP Client ..................................................................................... 320 11.7.1. 引用 TcModbsuSrv.Lib ......................................................................................... 320 11.7.2. 调用 Modbus TCP Client 的功能块 ..................................................................... 320 11.7.3. 存盘，编译。 ....................................................................................................... 322 11.7.4. 测试运行............................................................................................................... 322 12. 作为总线从站集成到第三方 PLC ...................................................................................... 325 12.1. 概述 ............................................................................................................................. 325 12.2. Profibus DP Slave ........................................................................................................ 325 12.2.1. EtherCAT 从站侧（TwinCAT）的设置 .............................................................. 325 12.2.2. Profibus DP 主站侧（Siemens PLC）的设置 .................................................... 329 12.2.3. EL 的诊断............................................................................................ 333 12.3. CanOpen Slave............................................................................................................. 334 12.4. Profinet IO Slave.......................................................................................................... 334第 11 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_12.4.1. 概 述..................................................................................................................... 334 12.4.2. 软件和硬件准备 ................................................................................................... 335 12.4.3. 设置步骤：........................................................................................................... 335 12.5. Ethernet IP Slave .......................................................................................................... 340 12.5.1. 概述....................................................................................................................... 340 12.5.2. 软件和硬件准备 ................................................................................................... 340 12.5.3. 从站侧（TwinCAT）的配置 ............................................................................... 341 12.5.4. 主站侧（RSLogix）的配置 ................................................................................ 345 12.5.5. 结果验证............................................................................................................... 347 12.5.6. FAQ ....................................................................................................................... 348 12.6. DeviceNet Slave........................................................................................................... 348 12.6.1. 软件和硬件准备 ................................................................................................... 349 12.6.2. DeviceNet 从站侧（TwinCAT）的设置 ............................................................. 349 12.6.3. DeviceNet 主站侧的设置 ..................................................................................... 351 12.6.4. EL 的诊断............................................................................................ 354 13. HMI 解决方案 ...................................................................................................................... 357 13.1. 概述 ............................................................................................................................. 357 13.2. 经 RS232/S485 连接触摸屏 ....................................................................................... 357 13.3. 经以太网连接触摸屏.................................................................................................. 357 13.4. 组态软件访问 TwinCAT PLC ..................................................................................... 357 13.5. 从高级语言访问 TwinCAT PLC ................................................................................. 358 13.5.1. 概述....................................................................................................................... 358 13.5.2. ADS 通讯.............................................................................................................. 358 13.5.3. OPC 通讯 .............................................................................................................. 361 13.5.4. TwinCAT IO 与 C++的实时通讯 ........................................................................ 372 13.6. 兼容 TC2 的 TwinCAT HMI ....................................................................................... 373 13.6.1. 概述....................................................................................................................... 373 13.6.2. 基本图元编辑 ....................................................................................................... 373 13.6.3. 子画面的重复使用 ............................................................................................... 376 13.6.4. 背景画面的重复使用。 ....................................................................................... 381 13.6.5. 动态文本的显示 ................................................................................................... 386 13.6.6. 实例 1:显示中文报警信息 ................................................................................... 388 13.6.7. 实例 2:用户管理器............................................................................................... 388 13.7. 实例 3:TwinCAT 3 HMI .............................................................................................. 388 13.7.1. 添加画面................................................................. Error! Bookmark not defined. 13.7.2. 使 HMI 与 PLC 分离............................................................................................ 403 13.7.3. 中文显示............................................................................................................... 405 13.7.4. 改变风格............................................................................................................... 405 14. 连接企业数据库................................................................................................................... 406 14.1. 概述 ............................................................................................................................. 406 14.2. 软件模型 ..................................................................................................................... 407 14.3. TwinCAT Database Server 的安装和配置 .................................................................. 408 14.3.1. 软件安装............................................................................................................... 408第 12 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_14.3.2. Database Server 配置............................................................................................ 408 14.3.3. 自动记录数据 ....................................................................................................... 415 14.3.4. 从 PLC 程序操作数据库 ..................................................................................... 416 14.3.5. 建立和断开链接 ................................................................................................... 416 14.3.6. 插入记录行........................................................................................................... 416 14.3.7. 数据库操作........................................................................................................... 417 14.4. 案例 ............................................................................................................................. 418 14.4.1. 案例一................................................................................................................... 418 14.4.2. 案例二................................................................................................................... 418 15. 特殊 IO 模块 ........................................................................................................................ 419 15.1. 测量模块 ..................................................................................................................... 419 15.1.1. 电力测量模块 KL3403 和 EL3403 ...................................................................... 419 15.1.2. 称重模块 KL3356 和 EL3356.............................................................................. 419 15.1.3. 示波器模块 KL3361 ............................................................................................ 419 15.1.4. 示波器模块 KL3361 ............................................................................................ 419 15.2. 运动控制模块.............................................................................................................. 420 15.3. XFC 超高速模块 ......................................................................................................... 421 15.3.1. 快速 IO 模块 EL1262/EL2262 ............................................................................ 421 15.3.2. 时间戳模块 EL1262/EL2262 ............................................................................... 421 15.3.3. 超采样模块 EL37x2/EL47x2 ............................................................................... 421 15.4. 高速脉冲输入及编码器接口模块.............................................................................. 422 16. 从 TwinCAT 2 到 TwinCAT 3 ............................................................................................. 423 16.1. 概述 ............................................................................................................................. 423 16.2. TC3 的新功能 ............................................................................................................. 423 16.2.1. TC3 的继承性....................................................................................................... 423 16.2.2. TC2 与 TC3 的适用范围...................................................................................... 424 16.3. TC2 转换 TC3 的解决方案 ........................................................................................ 424 16.3.1. 先在 TwinCAT 2 中打包 ...................................................................................... 424 16.3.2. 在 TwinCAT 3 中装载 .......................................................................................... 425 16.3.3. 转换结果............................................................................................................... 427 16.3.4. HMI 的转换 .......................................................................................................... 428 16.3.5. TC3 ADS ............................................................................................................... 428 16.4. TwinCAT 3 实训文档 .................................................................................................. 429 17. 附录....................................................................................................................................... 430 17.1. 附录 1: PLC Control 编程手册 2011 ......................................................................... 430 17.2. 附录 2: 简明安装手册 ............................................................................................... 430 17.3. 附录 3: 常用 Lib 文件 ................................................................................................ 430 17.4. 附录 4: CodeSys 中文帮助 ......................................................................................... 430第 13 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_1. 系统概述TwinCAT 是德国 Beckhoff 公司的基于 PC 平台和 Windows 操作系统的控制软件。它的 作用是把工业 PC 或者嵌入式 PC 变成一个功能强大的 PLC 或者 Motion Controller 控制生产 设备。 1995 年 TwinCAT 首次推出市场，现存版本有两种：TwinCAT 2 和 TwinCAT 3，以下简 称 TC2 和 TC3。TC2 是针对单 CPU 及 32 位操作系统开发设计的，其运行核不能工作在 64 位操作系统。对于多 CPU 系统，只能发挥单核的运算能力。TC3 考虑了 64 位操作系统和 多核 CPU，并且可以集成 C++编程和 Matlab 建模，所以 TC3 的运行核既可以工作在 32 位 操作系统，也可以工作在 64 位操作系统，并且可以发挥全部 CPU 的运算能力。 对 于 PLC 控制和运动控制项目，TC3 和 TC2 除了开发界面有所不同之外，编程、调试、通讯的 原理和操作方法都几乎完全相同。 TwinCAT 是一套纯软件的控制器， 完全利用 PC 标配的硬件， 实现逻辑运算和运动控制。 TwinCAT 运行核安装在 Beckhoff 的 IPC 或者 EPC 上，其功能就相当于 1 台计算机加上 1 个逻辑控制器“TwinCAT PLC”和 1 个和运动控制器“TwinCAT NC” 。对于运行在多核 CPU 上的 TC3，还可以集成机器人等更多更复杂的功能。 TwinCAT PLC 的特点：与传统的 PLC 相比，CPU、存储器和内存资源都有了数量级的 提升。运算速度快，尤其是传统 PLC 不擅长的浮点运算，比如多路温控、液压控制以及其 它复杂算法时，TwinCAT PLC 可以轻松胜任。数据区和程序区仅受限于存储介质的容量。 随着 IT 技术的发展，用户可以订购的存储介质 CF 卡、Cfast 卡、内存卡及硬盘的容量越来 越大， CPU 的速度越来越快，而性价比越来越高。因此 TwinCAT PLC 在需要处理和存储 大量数据比如趋势、配方和文件时优势明显。 TwinCAT NC 的特点：与传统的运动控制卡、运动控制模块相比，TwinCAT NC 最多能 够控制 255 个运动轴，并且支持几乎所有的硬件类型，具备所有单轴点动、多轴联动功能。 并且，由于运动控制器和 PLC 实际上工作于同一台 PC，二者之间的通讯只是两个内存区之 间的数据交换，其数量和速度都远非传统的运动控制器可比。这使得凸轮耦合、自定义轨迹 运动时数据修改非常灵活，并且响应迅速。TC3 虽然可以用于 64 位操作系统和多核 CPU， 现阶段仍然只能控制 255 个轴，当然这也可以满足绝大部分的运动控制需求。 归根结底， TwinCAT PLC 和 TwinCAT NC 的性能， 最主要还是依赖于 CPU。 尽管 Beckhoff 的控制器种类繁多，无论是安装在导轨上的 EPC，还是安装在电柜内的 Cabinet PC，还是集 成到显示面板的面板式 PC，其控制原理、软件操作都一模一样，同一套程序可以移值到任 何一台 PC-Based 控制器上运行。移植后的唯一结果是 CPU 利用率的升高或者降低。1.1. TwinCAT 3 Runtime 的运行条件用户订购 Beckhoff 控制器时就必须决定控制软件使用 TC2 还是 TC3 的运行核， 软件为第 14 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_出厂预装，用户不能自行更改。TC3 的运行核的控制器，必须使用 TC 3 开发版编程。 TwinCAT 运行核，分为 Windows CE 和 Windows Standard 两个版本，Windows Standard 版本包括 Windows XP、 Windows Xpe、 Windows NT、 Windows 7、 WES 7。 由于 Windows CE 系统小巧轻便，经济实惠，相对于传统 PLC 而言，功能上仍然有绝对的优势，所以在工业 自动化市场上，尤其是国内市场，Window CE 显然更受欢迎。1.2. TwinCAT 3 功能介绍TwinCAT 3 软件的结构可以用下图来描述：TwinCAT 运行核是 Windwos 底层优先级最高的服务，同时它又是所有 TwinCAT PLC、 NC 和其它任务的的运行平台。TC3 分为开发版（XAE）和运行版（XAR） 。XAE 安装运行 在开发 PC 上， 既可以作为一个插件集成到标准的 Visual Studio 软件， 也可以独立安装 （with VS2010 Shell） 。XAR 运行在控制器上的，必须要购买授权且为出厂预装。 在运行内核上，TC 3 首次提出了 TcCOM 和 Module 的概念。基于同一个 TcCOM 创建 的 Module 有相同的运算代码和接口。TcCOM 概念的引入，使 TwinCAT 具有了无限的扩展 性， Beckhoff 公司和第三方厂家都有可能把自己的软件产品封装成 TcCOM 集成到 TwinCAT 中。目前已经发布的 TcCOM 包括：PLC 和 NC：这是与 TwinCAT 兼容的两种基本类别的 TcCOM；第 15 页 共 430 页
本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_Safety 和 CNC：这也是 TC2 中已经有的软件功能，在这里以 TcCOM 的形式出现； C 和 C++ Module： TC3 新增的功能， 允许用户使用 C 和 C++编辑 Real-time 的控制代码 和接口。C++编程支持面向对象（继承、封装、接口）的方式，可重复利用性好，代码的生 成效率高，非常适用于实时控制。广泛用于图像处理、机器人、仪器测控。 Simulink Module：TC 3 新增的功能，允许用户事先在 Matlab 中创建控制模型（模型包 含了控制代码和接口） ，然后把模型导入到 TwinCAT 3。利用 Matlab 的模型库和各种调试工 具，比 TwinCAT 编程更容易实现对复杂的控制算法的开发、仿真和优化，通过 RTW 自动 生成仿真系统代码，并支持图形化编程。 基于一个 TcCOM，用户可以重复创建多个 Module。每个 Module 都有自己的代码执行 区、接口数据区，此外还有数据区、指针、端口等：Module 可以把功能封装在 Module 里面而保留标准的接口， 与调用它的对象代码隔离开 来，既便于重复使用，又保证代码安全。一个 Module 可以包含简单的功能也可以包含复杂 的运算和实时任务甚至一个完整的项目。 TC3 运行内核上能够执行的 Module 数量几乎无限， 可以装载到一个多核处理器的不同核上。 TwinCAT 3 的运行核多核 CPU，使大型系统的集中控制成为可能。与分散控制相比， 所有控制由一个 CPU 完成， 通讯量大大减少。 在项目开发阶段， 用户只要编写一个 Project， 而不用编写 32 个 Project 还要考虑它们之间的通讯。在项目调试阶段，所有数据都存放在一 个过程映像， 更容易诊断。 在设备维护阶段， 控制器的备件、 数据和程序的备份都更为简便。 Beckhoff 公司目前的最高配置 IPC 使用 32 核 CPU，理论上可以代替 32 套 TwinCAT 2 控制 器。随着半导体技术的发展，预计到 2020 年，CPU 最多可以达到 128 核，TwinCAT 3 将能 胜任扩展的更多更复杂的任务。 在开发环境方面，TwinCAT 3 也做了全新的改版。最显著的改变是将 TwinCAT 3 开发 环境集成在 Microsoft Visual Studio 中， 成为后者的一个插件。 在 TwinCAT 2 时代分别由 PLC Control、System Manager 和 Scope View 等 3 种软件实现的编程、配置、电子视波器功能， 现在都可以集中在一个软件中实现。 除了增加 C/C++和 Matlab?/Simulink?的支持外， 在 PLC 编程方面增加了面向对象的扩展功能，即 OOP 编程。第 16 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_1.2.1. TwinCAT PLC 的实时性TwinCAT PLC 的 CPU 实际上就是计算机的 CPU， 是通过一个操作系统底层的实时核计算机 的 CPU 上划分出一部分运算能力，用于执行 PLC 任务。如图所示：在 TC3 中， 针对多核 CPU， 可以指定供 TwinCAT 使用的核及分别的 CPU Limit。 上图中 CPU 3(Other)的 Limit 为 100%， 表示这是 TwinCAT 独占的 CPU。 默认所有任务都在 Default CPU 上运行，所以多核控制器上，用户要手动分配 Task 运行的 CPU。 根据默认设置，实时核首先把计算机的 CPU 时间划分成 1ms 的小片断，在每个 ms 优先执 行 TwinCAT 实时任务，然后再响应操作系统的其它程序请求。如果到时间片的 80%处， TwinCAT 任务还没有执行完毕，则线程挂起，CPU 转去执行操作系统的普通任务。 时间片 1ms 可以最小修改到 50us，而执行 TwinCAT 任务的 CPU 运算时间比例 80%也可以 根据项目需要作出修改。通常情况下，TwinCAT 任务并不需要 80%的 CPU 运算能力。至于 实际占用了多少，用户可以从开发工具或者 PLC 程序中访问。1.2.2. TwinCAT PLC 的数据区TwinCAT 3 中 PLC 的绝对地址区包括 Input、Output、Memory，它们都是嵌入式计算机内存 的一部分，默认设置大小均为 128kByte。 如果用户可以通过以下 xml 文件修改 TC3 中的 PLC 地址区大小： C:\TwinCAT\3.1\Components\Plc\devices\01\1.0.0.0\Device.xml第 17 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_Beckhoff 公司的 PC-Based 控制器内存最小为 128M， 最大可以扩展到 2G， 所以 TwinCAT PLC 的内存相对于传统 PLC 而言，几乎是无限的。 Input 区用于存放来自外部设备的输入信号，默认为 128kBytes，理论上可接收 6.4 万路模拟 量或者 100 万个开关量。同理 Output 区用于存放发送给外部设备的输出信号，默认为 128kBytes， 理论上可控制 6.4 万路模拟量或者 100 万个开关量。 Memory 用于存储中间变量。 声明 Input、Output、Memory 区的变量时必须指定地址，它们在内存中的位置是确定的，可 以按所在数据区的地址偏移量访问。提示： 1，如果没有给 Input 和 Output 区连接外部设备信号的变量分配确定的地址，程序就无法获 取现场设备的状态以及控制现场设备。 2，TwinCATPLC 提供函数 Adr()来获取变量的地址，用于指针赋值。这个函数既可用于获取 任意变量的地址，包括 Data 区的变量。 3，Retain 数据区是掉电保持的，但是由于使用时要求苛刻，如果当前 PLC 程序与 Retaint 区保存的变量类型或者数量不一致，就会导致 PLC 程序启动失败。因此不推荐用户使用这 个数据区。1.2.3. TwinCAT PLC 的数据存储TwinCAT PLC 使用 EPC 或者 IPC 的 CF 卡、Cfast 卡或者硬盘来存储数据。无论是程序还是 数据， 实际上都是存储介质上的一个文件， 而目前可供货的 CF 卡最大容量已经达到 16Gbytes， 硬盘则高达 320Gbytes，所以 TwinCAT PLC 的存储空间几乎没有限制。第 18 页 共 430 页
本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_对于程序，不仅可以在 PLC 上保存机器码，而且可以下载源代码。需要的时候，工程师可 以从控制器上载源代码， 以确保机器上运行的程序与源代码的一致性。 上载的源代码与工程 师电脑上保存的文件完全相同，不仅包含基本的逻辑，还包括代码注释、调试画面、所有变 量声明。 对于数据，TwinCAT PLC 没有一个固定的掉电保持区，当声明变量为掉电保持型之后，通 过一定的操作，它的值就保存在存储介质上的一个文件中。此外 PLC 数据还可以通过文件 读写的方式， 按指定格式保存到存储介质中， 然后复制到其它应用程序 （比如 Excel、 Notepad） 中观察和分析并集中保存。 TwinCAT PLC 还支持 XML 文件读写， 这使得配方保存更加灵活 方便。 TwinCAT PLC 的所有运行数据都在 RAM 里面，掉电即清零。需要掉电保持的变量，必须用 一定的方法写入 CF 卡或者硬盘上文件，或者保存在一种特殊的硬件“NovRAM”中。具体 方法参考第五章“数据存储、配方和文件” 。1.2.4. TwinCAT 与外设 IO 的连接TwinCAT 与外设的物理连接，实际上就是 IPC 或者 EPC 的主板与外设的连接。根据控制器 的种类不同，主板上提供的接口包括 PCI、PCIe 或者 PC104，以及所有控制器主板都具备的 Ethernet 网口。物理连接之后，TwinCAT 必须提供对物理接口的驱动程序，才能访问这些接 口的数据。TwinCAT 可以访问的硬件接口包括：其中最常用的是 EtherCAT 接口。从下面两种典型应用中，可以形象地说明 TwinCAT PLC 是如何与外设 IO 连接的。 第一种，以 IPC 带 EtherCAT 为例： 实际上，自 2004 年 Beckhoff 主导推出的工业以太网 EtherCAT 问世以来，它的高性能低成 本获得了市场认可，新实施的项目通常用下图的 I/O 连接方式：第 19 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_控制器直接将主板集成的网卡作为 EtherCAT 主站， 通过一条网线连接 EtherCAT 从站设备。 第二种，以 CX 带 EtherCAT 为例： 对于导轨安装的 CX 系列控制器，同样也是把主板集成的网卡作为 EtherCAT 主站。典型的 IO 连接方式如下：上图中，控制器使用一个内置的以太网口作为 EtherCAT 主站。控制器与电源模块拼装完成 后， 主板集成的 EtherCAT 主站就与第 1 个 EtherCAT 从站――电源模块 CX――连 接完成了。电源模块与相邻的 IO 端子的连接，和 IO 端子之间的连接一样，都是 EtherCAT 从站与从站的连接。 提示： 1，初学者容易犯的错误是，把电源模块看成 EtherCAT 主站，或者把第一条 EtherCAT 网线 的起点“EK1110”看成 EtherCAT 主站。 2，EtherCAT 耦合器所带的 IO 端子 EL 模块之间连接即背板总线称为 E-Bus，这是为了区别 于现场总线耦合器所带的 IO 端子 KL 模块之间的背板总线 K-Bus。实际上，E-Bus 就是 EtherCAT，因为每个 EL 模块都是一个 EtherCAT 从站。第 20 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_1.3. 选型设计一个完整的控制系统包括控制器、I/O 系统和人机界面。如果设备不是单独工作，还要考虑 与其它控制系统的连接，比如有没有上一层的主系统，或者下一层的子系统。 在 I/O 系统中， 如果是标准电信号， 可以接入相应的 IO 模块。 如果是通讯方式， 比如 RS485 接口的温控表、CanOpen 接口的变频器、TCP/IP 接口的机器视觉等等，那么在设备控制系 统时还需要准备相应的通讯接口以及从 PLC 程序使用这些接口的软件包。 人机界面部分， 虽然不参与直接的设备控制， 但方案设计时必须清楚人机界面的硬件、 软件、 与 PLC 的通讯方式。如果 HMI 软件与 TwinCAT 要运行在同一个硬件平台上，那么在控制 器选型时，就要注意 CPU、内存、硬盘是否足够，以及操作系统是否合适。 选型示例 本节分别介绍控制器和 I/O 系统的选型。1.3.1. 控制器Beckhoff 的 PC-Based 控制器包括 EPC 和 IPC 两大类。选择控制器，首先要确定安装方 式，也就是确定产品系列，然后在一个系列产品中选择适当的 CPU 和操作系统，也就确定 了控制器的基本型号。具体说，选择控制器可依照以下步骤： 第 1 步，确定安装方式： 导轨安装，CX 系列 机柜安装，C69 系列 带显示面板：CP62、CP22 系列 第 2 步：选择 CPU 根据 CPU 的性能及项目要求选择 CPU，倍福控制器的相对性能比较如下：第 21 页 共 430 页本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_确定了产品系列和 CPU 之后，就能在选型样本中找到正确的控制器型号了。最准确的信息 是在 Beckhoff 官网上，搜索该型号，找到“Features”中的标准配置，如果标配不能满足要 求，可以在“Options”项搜索需要的选件。如图所示：第 3 步，确定操作系统 TwinCAT 运行核依赖于操作系统和硬件平台，不是任意控制器都可以运行任意操作系 统， 也不是任意控制器和操作系统的组合都可以运行 TC3。 对于使用硬盘作为系统盘的工控 机来说，用户可以任意选择使用 TC2 还是 TC3，但是嵌入式控制器 CX 系列，选择控制软 件时还有以下限制：CX80xx、CX90xx 系列，只能选择 WindowsCE。 操作系统安装在硬盘上的工控机和面板 PC，只能安装 Windows 7 或者 Windows XP。 CX10xx、CX50x0 系列，以及操作系统安装在 CF 卡或者 Cfast 卡上的工控机或者面板 PC， 就需要选择使用 Windows XPe 或者 Windows CE。 下面列表说明两种操作系统的优点和缺点。第 22 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_项目 启动速度 Tc 实时核效率 CF 卡的空间要求 价格 程序开发和维护 HMI 的开发和运行Windows XPe 慢 高 &=2G 高 既可本地编程，也可以另用 PC 机远程编程 与 IPC 相同Windows CE 快 低 &64M 低 只能用 PC 机远程编程 必须使用 CE 版的开发平台特别注意： 选择 Windows Xpe， 必须订购 CF 卡或者 Cfast 卡选件， 容量不低于 2GB。 而 CX51xx 系列控制器，则完全不包含存储卡，用户必须增加 Cfast 卡选项。 第 4 步，确定 TwinCAT 3 的基本软件功能 订货号 TC TC TC TwinCAT Level TwinCAT PLC TwinCAT PLC 及 TwinCAT NC PTP(10 轴以内) TwinCAT PLC 及 TwinCAT NC PTP(10 轴以内) TwinCAT NC I TwinCAT PLC 及 TwinCAT NC PTP(10 轴以内) TwinCAT NC I TwinCAT CNC 功能 软 PLC 软 PLC 点对点的运动控制 软 PLC 点对点的运动控制 3 轴插补功能。 软 PLC 点对点的运动控制 3 轴插补功能 5 轴以内插补TC注意： ? 即使是对于 CX 控制器，TC3 的 Runtime 也必须单独订购。 ? 软件订货号不再区分操作系统 CE 或者 Win7。 ? 软 件 订 货号 根 据 控制 器性 能 级 别不 同 而 不同 ， “ -00x0 ”中 的 x 就 表 示控制 器 的 Performance 级别，性能越强的 CPU 级别越高，价格越贵。单独订购 TC3 软件，该值为 “-0090” ，即按最高性能级别计算。在 Beckhoff 官网及选型手册上，每款控制器都有 TC3 Performance Class 标注。如图所示：?如果是包含 NC 控制，还必须确定轴的数量范围。 NC 轴数 1-10 轴 11-25 轴 软件订货号 TC1250 TC1200+TF5010第 23 页 共 430 页 说明 等效于 TC1200+TF5000本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_26-255 轴TC1200+TF5020第 5 步，确定 TwinCAT 3 的扩展软件功能 TC2 中的 supplement，在 TC3 称为 Function，必须为每个控制器购买需要的 Function 授权，即使只是 lib 也不例外，比如温控库、扩展的 Motion 库、各种通讯库等等。虽然这些 库的收费也很便宜，多数为几百元人民币，但必须订购才能使用，其价格与控制器的性能等 级相关。 以下在 TC2 平台时国内用户经常免费使用的 Supplement， 注意在 TC3 平台下需要订购： 订货号 TF4100 TF4110 TF5050 TF5055 TF5060 TF5065 TF TF TF6310 TF6340 软件名称 TC3 Controller Toolbox TC3 Temperature Controller TC3 MC Camming TC3 MC Flying Saw TC3 NC Fifo Axes TC3 Motion Control XFC TC3 OPC UA/OPC DA TC3 Modbus TCP/Modbus RTU TC3 TCP IP TC3 Serial Communication 功能简述 PID ，Filter，Ramp Generator 等 温控库 凸轮 飞锯 FIFO 轴组 常用于 EL1252、 EL2252 等 XFC 模块完成 的 Touch Probe 及 Cam Switch 功能。 常用于与 HMI 应用程序通讯 常用于与触摸屏或者仪表经 Modbus 通讯 与视觉系统等第三方设备的以太网通讯 RS232 或者 RS485 串口通讯库，处理 EL60x1 或者经 PC 的 Com 口与第三方设 备通讯。 常用于配方等掉电数据保存。 TwinCAT 自带的组态软件，可以独立于 PLC 运行。目前仅支持 Win7 或者 XPTF6421 ？？？TC3 XML Server TC3 HMI第 6 步，确定扩展选件 通常控制器的存储界质和内存容量是可以扩展的，有的系列甚至可以配成双硬盘、双 CFast 卡或者硬盘+CFast 卡。当然如果标配已经满足要求，就不必扩展了。 CF 卡选件：对于，WinCE 操作系统，CF 卡扩展选项不是必须的。对于 WindowsXPe 操作系统，CF 卡至少要 2G，而 Win7 系统，Cfast 卡至少要 16G。如果标配是 64M 的 CF 或者 Cfast 卡，就必须订购存储容量扩展选件了。 内存选件：内存扩展选项不是必须的，对于 WindowsXPe 操作系统，由于 OS 本身占用 内存大，如果 HMI 复杂的话，建议扩展内存到 512M 或者更大。 CPU 选件：对于 IPC，如果标配的 CPU 性能不够，还可以升级。 第 7 步，电源、UPS 和电池 如果操作系统选择了 Win 或者 Xpe，由于 PLC 允许随时断电，而 PC 随时断电可能导 致文件损坏，所以通常会配上 UPS 和电池。第 24 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_对于工控机和面板式 PC， 电源是标配自带的， 如果需要 UPS 必须同时订购 C （UPS）和 C（电池） 。 在 CX 系列支持 TC3 的控制器中，只有 CX20x0 需要配置电源模块。如图所示：CX 是电源型号， x 为 0 表示不带 UPS，x 为 9 表示不带 UPS， y 为 0 表示功率 45w，用于 CX2020 和 CX2030，为 1 表示 90w，用于 CX2040. CX 是用于 CX2040 带 UPS 的电源模块， 这个模块还必须购买电池 CX。1.3.2. 系统扩展模块系统扩展模块，包括串行通讯模块、现场总线模块等。对于使用 EtherCAT 的系统，这 两种模块都有相应的 EL 模块来代替。 由控制器主板上扩展出的串口模块速度快、 价格便宜， 缺点是串口故障时需要整个控制器返修。而通过主板扩展的现场总线模块，已经完全被 EL 模块代替。 ? 串行通讯模块 CX 系列嵌入式 PC 最多可以扩展 2 个串口模块，即最多 4 个串口。其订货号如下： CXxxxx-N030 CXxxxx-N041 CXxxxx-N031 CXxxxx-N040 RS232：Com1+Com2 RS485：Com3+Com4 RS485：Com1+Com2 RS232：Com3+Com4注意：如果只扩一个模块就选 Com1 和 Com2。如果要扩两个模块就“Com1+Com2” 和“Com3+Com4”各选一个。扩展的 Com 口与普通 PC 机的 Com 口完全兼容，在 TwinCAT PLC 中的用法也完全相同。 实际应用中，不建议用户扩展 COM 口，而是使用串行通讯模块 EL60xx 代替。好处是 备件方便。 ? 现场总线模块 EtherCAT 接口的现场总线接口模块和普通的 E-Bus 端子模块一样，可以位于 EtherCAT 网络的任何位置，数量也不受 CPU 限制。第 25 页 共 430 页 本文纯属个人经验，非 Beckhoff 公司正式发行，如有疑问，请直接联系作者：BCGZ Lizzy Chen TwinCAT3.1 入门 _V1.01_订货信息 LightBus ProfibBus CanOpen DeviceNet EL6720 EL6731 EL6751 EL6752主站 EL EL EL从站1.3.3. I/O 系统在 I/O 选型之前，必须确定控制器与 IO 连接的总线种类。在新实施的项目中，通常使用 EtherCAT。 I/O 系统的选型包括 5 项内容： 1，现场总线主站模块和从站耦合器 2，信号模块 3，系统模块 4，电缆和接头 5，总线分支选件（可选） 下面分别说明 1， 现场总线主站模块和从站耦合器 对于 EtherCAT 系统， 主站不用选择。 因为控制器上已经集成了 EtherCAT 主站网卡。 RJ45 接口的从站耦合器标准型号为 EK1100，或者 EK1101（带 DIP 开关） 。特别需要 可参考厚样本。 2， 信号模块 DI：信号类型是 PNP 还是 NPN？ DO：有输出时是高电平还是低电平？输出电流 0.5A 还是 2.0A？ AI：信号类型是什么？12 位分辨率是否足够？可选 16 位和 24 位模块，价格较贵。 如果是温度信号，是热电阻还是热电偶，测温范围是多少？ AO： 信号类型是什么？12 位分辨率是否足够？可选 16 位和 24 位模块， 价格较贵。 编码器模块：SSI 还是增量编码器？单端还是差分信号？是否需要 C 相或者 Latch 点？如果不需要 C 相或者 Latch 点可以选择相对经济型的双通道模块。 PWM 输出模块：用于驱动什么负载，输出电流多}
我要回帖
更多关于 机器人控制系统 的文章
更多推荐
- ·阿卜杜拉沙特国王大学入学条件科技大学申请条件？
- ·龙腾虎跃对应的词的近义词和反义词是什么_龙腾虎跃对应的词是什么意思?
- ·梦工场画室520有画室可以搞些什么活动动？
- ·还剩三个月学会英语有可能吗去国际高中怎么学好英语？
- ·AsTROnERG丫，starwalk鞋子中文名念什么？
- ·什么是节能环保润滑油油
- ·已知tan求角度=1/2.求tanα的值;求sin2α
- ·Core）怎么去，新加坡麦士威熟食中心心的地址，地图
- ·面对突如其来的近义词泥石流灾害，应该怎么办
- ·广南县境内河流有多少条，河流的流域面积积多少
- ·京津冀粉煤灰无煤区各小煤站关闭有没有补贴款
- ·中学生拉丁舞蹈房走光时期有没有无意间看到老师走光
- ·电焊机使用安全5伏一安输入的电机是多少伏的
- ·在吗，我想学习电脑方面的知识但是不知道什么样的适合就业
- ·心理卫生尺寸标注的四要素素
- ·Android 开发 google地图开发API是不是在国内不能用了
- ·大学刚毕业，大学室友毕业后无联系怀孕了，聊天的时候发了句准备好大红包
- ·三纲五常四维八德最早是谁提出来的
- ·潮什么潮潮汐涨什么成语语
- ·额度五万的信用卡刷卡超过额度最多可以刷多少
- ·twincat3 做机器人动力学与控制控制谁用过吗
- ·上高中暑假是补高中课程还是补初中化学课程视频课程
- ·dangerousdont leave me herehere怎么读
- ·这个复逆波音标记重复项是不是少了一竖
- ·做平安信用卡好还是做平安综合金融好
- ·钢结构设计宏观经济学热点问题上需要解决哪几个问题
- ·英国留学个人兼职取得的收入收入大概是多少
- ·h13磨具钢退火后h13硬度是多少能退到40度左右吗 对加工有什么影响
- ·银行在处理银行个人外汇业务务时，遇到什么情况，银行需要承担责任
- ·求助成都清华同方空调维修LC-32TD1800不开机
- ·一年级数学凑十法儿歌开火车23十7
- ·在石家庄哪做双眼皮这边想做一个双眼皮啊！求推荐！
- ·医院护理胆囊结石的护理查房手术的人多少钱一天
- ·髌骨软化症的锻炼能跑步吗，要怎么锻炼
- ·兴义市市人民医院精索静脉曲张手术费医保可以报销吗能报销吗
- ·江阴市人民医院地址有开浦兰药卖吗
