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摘要：與家喻戶曉的西門子相比，倍福（Beckhoff）并不為眾人所知，雖然二者都是德國品牌，但風(fēng)格卻截然不同。西門子不管是通信協(xié)議還是編程語言都不開放，倍福卻兼容并蓄，采用通用的 Windows 操作系統(tǒng)，支持標(biāo)準(zhǔn)的 IEC 61131-3 編程語言，其總線通訊EtherCAT 也是開放的。作為工業(yè)自動(dòng)化的先驅(qū)，倍?？梢蕴峁└鞣N結(jié)構(gòu)型式并滿足各種防護(hù)等級(jí)需求的高擴(kuò)展性工業(yè) PC 系列。其最大的機(jī)械和電氣穩(wěn)定性、高度緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬實(shí)時(shí)的 PC 控制、通過 TwinCAT 軟件認(rèn)證、自主完成 BIOS 編程和配置各種 CPU 芯片組、完美集成 EtherCAT 協(xié)議、硬件與軟件系統(tǒng)完美協(xié)調(diào)以及統(tǒng)一優(yōu)雅的外飾風(fēng)格，確保每件產(chǎn)品都能集精美設(shè)計(jì)和高品質(zhì)結(jié)構(gòu)建造于一體，符合最高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，打造極致用戶體驗(yàn)。本綜述即基于倍福（Beckhoff）的產(chǎn)品特點(diǎn)對(duì)該品牌的控制器進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：控制理論與控制工程；工業(yè)控制器 PLC；綜述；倍福 Beckhoff

1． 緒論
倍福（Beckhoff）公司始終以基于 PC 的自動(dòng)化新技術(shù)作為發(fā)展理念，所生產(chǎn)的工業(yè)PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。確保每件產(chǎn)品都能集精美設(shè)計(jì)和高品質(zhì)結(jié)構(gòu)建造于一體，符合最高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，打造極致用戶體驗(yàn)。該綜述主要是梳理倍福（Beckhoff）相關(guān)控制器產(chǎn)品的現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)，厘清現(xiàn)狀進(jìn)展與困境，為后續(xù)的研究提供參考。

2． 倍福（Beckhoff）企業(yè)
2.1 公司簡介
德國倍福自動(dòng)化有限公司（Beckhoff）的總部位于德國威爾市。公司始終以基于 PC 的自動(dòng)化新技術(shù)作為發(fā)展理念，所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。
2.2 自動(dòng)化控制
自 1980 年公司成立以來，倍福始終堅(jiān)持基于 PC 的控制技術(shù)，研發(fā)了大量的創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案，這正是倍福得以持續(xù)發(fā)展的原因所在。Beckhoff 早期提出的概念業(yè)已成為許多自動(dòng)化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，且被成功引入市場。Beckhoff 基于 PC 控制技術(shù)的理念和 Lightbus 系統(tǒng)、總線端子模塊以及 TwinCAT 自動(dòng)化軟件的推出，在自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域有著里程碑式的歷史意義。在傳統(tǒng)控制行業(yè)，這些產(chǎn)品已被視為高性能的解決方案，從而被廣泛接受。EtherCAT—實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決方案—是一種具有前瞻性的高端技術(shù)，是前沿控制理念的新生代產(chǎn)物。
2.3 科技自動(dòng)化
Beckhoff 始終致力于為中國的機(jī)器設(shè)備制造商提供創(chuàng)新的產(chǎn)品和方案。為響應(yīng)國家振興先進(jìn)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，適應(yīng)不斷變化的市場需求，“科技自動(dòng)化”的理念應(yīng)運(yùn)而生?？萍甲詣?dòng)化是集成了現(xiàn)代科技最新成果的自動(dòng)化，是面向科學(xué)研究、技術(shù)研發(fā)和先進(jìn)制造業(yè)的自動(dòng)化。它將工程科學(xué)整合到自動(dòng)化軟件中，突破了傳統(tǒng)控制技術(shù)的限制。精確、快速的測(cè)量技術(shù)，先進(jìn)的控制算法及靈活的應(yīng)用將控制技術(shù)從傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域(如 PLC、簡單運(yùn)動(dòng)控制等)拓展到更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域(如科學(xué)研究、技術(shù)研發(fā)和先進(jìn)制造業(yè))。

3． 倍福（Beckhoff）產(chǎn)品
3.1 工業(yè) PC
Beckhoff 可為各種應(yīng)用場合提供合適的工業(yè) PC?；陂_放式標(biāo)準(zhǔn)的高品質(zhì)組件和個(gè)性化機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這些工業(yè) PC 是滿足各種控制需求的理想配置。嵌入式控制器是一種模塊化控制器，外形更為小巧，適合 DIN 導(dǎo)軌安裝。自主開發(fā)的主板使 Beckhoff 能夠?qū)?PC市場中的新技術(shù)和客戶要求更快做出響應(yīng)。
3.2 I/O
Beckhoff 的自動(dòng)化技術(shù)適用于各種信號(hào)和現(xiàn)場總線，可為所有常用的 I/O 信號(hào)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)提供全系列現(xiàn)場總線組件。EtherCAT 是用于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的以太網(wǎng)解決方案，具有性能優(yōu)異和操作簡單的特點(diǎn)。Beckhoff 提供各種 I/O 系統(tǒng)，包括 IP 20EtherCAT 端子模塊和IP 67 EtherCAT端子盒?？偩€端子模塊(IP 20)和總線端子盒模塊(IP 67)獨(dú)立于現(xiàn)場總線，可實(shí)現(xiàn)開放式控制技術(shù)。
3.3 運(yùn)動(dòng)控制
與 TwinCAT 自動(dòng)化軟件所提供的運(yùn)動(dòng)控制解決方案相結(jié)合，Beckhoff 驅(qū)動(dòng)技術(shù)代表著一種領(lǐng)先而又全面的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)。Beckhoff 基于 PC 的控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性單軸和多軸定位任務(wù)的理想選擇。帶有高性能 EtherCAT 系統(tǒng)通訊的 AX5000 伺服驅(qū)動(dòng)系列具有出色的性能與動(dòng)態(tài)性。采用單電纜技術(shù)的伺服電機(jī)將電源及反饋系統(tǒng)融入一根標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)電纜中，從而減少了材料和調(diào)試成本。
3.4 自動(dòng)化軟件
Beckhoff 為自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域提供不同性能等級(jí)的綜合性系統(tǒng)解決方案。Beckhoff 的控制技術(shù)具有可升級(jí)性–從高性能工業(yè)PC到迷你PLC–可以根據(jù)具體應(yīng)用場合進(jìn)行精確調(diào)整。TwinCAT自動(dòng)化軟件在一個(gè)軟件包里集成了帶PLC、NC和CNC功能的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

4． 嵌入式控制器
4.1 概覽
倍福公司的工業(yè) PC 和嵌入式控制器在工業(yè)現(xiàn)場有著越來越廣泛的應(yīng)用，其工業(yè)自動(dòng)化控制軟件 TwinCAT 除了支持 IEC61131-3 的五種自動(dòng)化編程語言外，還可以使用 C/C++進(jìn)行編程。最新的編程軟件 TwinCAT3 可以充分利用 Matlab 的模型庫和調(diào)試工具來創(chuàng)建控制模型，然后把創(chuàng)建好的模型導(dǎo)入到 TwinCAT3 中，從而更容易的進(jìn)行復(fù)雜控制算法的開發(fā)和優(yōu)化。在工業(yè) 4.0 的大趨勢(shì)下，倍?；?PC 控制技術(shù)與傳統(tǒng) PLC 技術(shù)相比有著很大的優(yōu)勢(shì)，比如：可用存儲(chǔ)區(qū)成倍增長、可以輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法、程序的移植更加容易等。
4.2 產(chǎn)品型號(hào)
CX80xx,CX70xx,CX81xx,CX9020,CX50xx,CX51xx,CX52xx,CX1010,CX1030,CX20x0,CX1020,CX20x3,CX20x2
4.3 CX9020
CX9020 是一款緊湊的 DIN 導(dǎo)軌式以太網(wǎng)控制系統(tǒng)，具有 1ghz ARM Cortex?-A8 CPU。貝克霍夫 I/O 系統(tǒng)的連接直接集成到 CPU 模塊中。該機(jī)組提供自動(dòng)總線系統(tǒng)識(shí)別(E-bus 或K-bus)，并在相應(yīng)模式下獨(dú)立切換。CX9020 由 CPU(含 2 個(gè)microSD 卡)、內(nèi)部 RAM 和 128kb非易失性內(nèi)存 NOVRAM 組成?；九渲眠€包括 2 個(gè)交換式以太網(wǎng) RJ45 接口、4 個(gè) USB 2.0接口和 1 個(gè) DVI-D 接口。RJ45 接口連接到內(nèi)部交換機(jī)，提供了一個(gè)簡單的選項(xiàng)來創(chuàng)建線路拓?fù)?#xff0c;而不需要額外的以太網(wǎng)交換機(jī)。操作系統(tǒng)為“Windows Embedded Compact 7”。TwinCAT自動(dòng)化軟件將 CX9020 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為強(qiáng)大的 PLC 和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以使用或不使用可視化操作。CX9020 嵌入式控制器基于 ARM V7 架構(gòu)，采用"i.MX535 Cortex -A8"處理器，集成了2 個(gè) RJ45 網(wǎng)卡（自帶交換機(jī)功能）、4 個(gè) USB 接口、1 個(gè) DVI-D 接口、2 個(gè) MicroSD 插槽、1GB 的 DDR3 內(nèi)存（不可擴(kuò)展）及 1 個(gè)可選通信接口，其外觀如下圖所示：

上圖中各部分名稱如下：
1-可選通信接口：有 RS232 接口、EtherCAT 接口、CANopen 接口等可供選擇
2-DVI-D 視頻接口，可用于連接顯示器或者操作屏
3-電池室：可安裝電池用于時(shí)鐘的保持
4-MiroSD 插槽：2 個(gè)
5-RJ45 網(wǎng)口：用于連接本地或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，自帶交換功能，支持 10M/100M 以太網(wǎng)
6-USB 接口：用于鼠標(biāo)、鍵盤、U 盤等外設(shè)
7-嵌入式控制器和總線端子的電源指示燈
8-TwinCAT 和可選通信接口的電源指示燈
9-嵌入式控制器的電源接口
10-EtherCAT 或總線端子接口
11-總線端子的電源接口（24V+）
12-總線端子的電源接口（0V）
13-端子蓋板
14-接地端子（PE）
15-供電接觸片：用于總線端子的供電，包括（24V+、0V 和 PE）

5.應(yīng)用實(shí)例
5.1 基于倍?？刂破鞯狞c(diǎn)火控制系統(tǒng)[1]
彈體發(fā)射試驗(yàn)是研制同型彈體必不可少的試驗(yàn)。其試驗(yàn)?zāi)康闹饕强己藦楏w有關(guān)系統(tǒng)和彈射動(dòng)力裝置,但更主要的是進(jìn)行彈道試驗(yàn),獲取在真實(shí)環(huán)境下,在真實(shí)發(fā)射平臺(tái)上發(fā)射時(shí),彈體的運(yùn)動(dòng)特性[2]。點(diǎn)火控制系統(tǒng)作為彈體發(fā)射的指揮中樞,在整個(gè)發(fā)射過程中起著至關(guān)重要的作用,它不僅為彈體提供發(fā)射指令,同時(shí)還為監(jiān)測(cè)彈體發(fā)射時(shí)工作狀態(tài)的相關(guān)系統(tǒng)提供觸發(fā)信號(hào),因此點(diǎn)火控制系統(tǒng)就成為彈體發(fā)射試驗(yàn)的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。通過需求分析,該套控制方案要求控制精度高,頻率響應(yīng)快,一般常用的控制器很難滿足要求。通過對(duì)比分析,本套設(shè)備的控制器最終選用德國倍福公司生產(chǎn)的 CX5020－0111 控制器作為主控制器[3]，其實(shí)物如圖 3 所示。 該控制器是一款適合 DIN 導(dǎo)軌安裝的緊湊型以太網(wǎng)控制器。所選用的軟件為 TwinCAT2 編程軟件,該軟件可將 CX5020 系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)功能強(qiáng)大的 PLC 和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以在有或沒有可視化功能的情況下進(jìn)行操作。
5.2 基于倍?？刂破鞯拇半娬竟芾硐到y(tǒng)[4]
德國倍福自動(dòng)化有限公司(Beckhof!f)的總部位于德國威爾市。公司始終以基于 PC 的自動(dòng)化新技術(shù)作為發(fā)展理念，所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。TwinCAT3 是基于 PC 的控制軟件并且它開啟了一個(gè)新的時(shí)代，是倍福公司歷史上又一個(gè)里程碑。特別是在高效的工程領(lǐng)域中將模塊化思想以及其靈活的軟件架構(gòu)， 融入到整個(gè)平臺(tái)。倍?？刂破饕云鋬?yōu)越的性能，己逐步應(yīng)用于船舶電站領(lǐng)域，人機(jī)交互界面是船舶電站的重要組成部分，通過人機(jī)交互界面，操作人員可以查詢發(fā)電機(jī)組參數(shù)狀態(tài)，當(dāng)前報(bào)警及歷史報(bào)警記錄，同時(shí)在不同模式下，可直接在屏上進(jìn)行各種操作。本文依據(jù)倍?？刂破鞯木幊誊浖?TWINCAT3，結(jié)合船舶電站對(duì)人機(jī)交互界面的功能要求，設(shè)計(jì)出適用于船舶電站的人機(jī)交互界面軟件。并通過倍?？刂破骷坝|摸屏驗(yàn)證了軟件的有效性及實(shí)用性。
5.3 基于倍福 CX 控制器的 AGV 控制系統(tǒng)[5]
AGV 是一種能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、信息化、柔性化和敏捷化等功能要求的物料搬運(yùn)輸送設(shè)備， 是工業(yè)自動(dòng)化和物流自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，具有廣闊的應(yīng)用前景。而倍福控制器作為軟 PLC 在自動(dòng)化領(lǐng)域有著重要的研究價(jià)值，CX5130 具有 Win7 操作系統(tǒng)，其編程軟件 TwinCAT3 可以將標(biāo)準(zhǔn) Windows 操作系統(tǒng)變成實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。TwinCAT3 支持多種語言混合編程， 并且支持類似于高級(jí)語言面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法，調(diào)試更加簡便。軟 PLC 只需要一臺(tái)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)就可以寫程序和測(cè)試程序、仿真等，無需其他硬件。針對(duì)數(shù)字化改造的需要， 作者設(shè)計(jì)了一套基于倍?？刂破鞯?AGV 控制系統(tǒng)，然后用 PID 算法提高 AGV 電機(jī)轉(zhuǎn)向和路徑跟蹤的定位精度。對(duì)傳統(tǒng)的人工叉車進(jìn)行自動(dòng)化改造可以大幅度提高車間物流自動(dòng)化水平。以倍?？刂破?CX5130 作為 AGV 控制核心，倍?？刂破鞣謩e與激光導(dǎo)航傳感器和無線終端通過 TCP／IP 協(xié)議通信， 實(shí)現(xiàn)與 AGV 本體和調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。激光導(dǎo)航傳感器通過反光柱返回激光導(dǎo)航儀發(fā)射的激光束實(shí)現(xiàn) AGV 的定位。 倍福 HMI 界面作為人
機(jī)界面方便操作和監(jiān)控。實(shí)現(xiàn) AGV 的自動(dòng)運(yùn)行之后，通過 PID 算法提高了 AGV 的定位精度。

6.結(jié)論與展望
德國倍福自動(dòng)化有限公司（Beckhoff）的總部位于德國威爾市。公司始終以基于 PC 的自動(dòng)化新技術(shù)作為發(fā)展理念，所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。在日益增加的人工成本壓力下，自動(dòng)化流水線加工設(shè)備越來越受到廠家歡迎。以倍福為代表的軟 PLC 控制器在生產(chǎn)線領(lǐng)域有很大優(yōu)勢(shì)，可以大幅度降低開發(fā)周期，加之與各種外部設(shè)備的優(yōu)異兼容性，且滿足工業(yè)自動(dòng)化要求，因此受到機(jī)床廠家重視。

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的倍福（Beckhoff）嵌入式控制器PLC的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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