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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，但風格卻截然不同。西門子不管是通信協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，支持標準的 IEC 61131-3 編程語言，其總線通訊EtherCAT 也是開放的。作為工業自動化的先驅，倍福可以提供各種結構型式并滿足各種防護等級需求的高擴展性工業 PC 系列。其最大的機械和電氣穩定性、高度緊湊的結構設計、硬實時的 PC 控制、通過 TwinCAT 軟件認證、自主完成 BIOS 編程和配置各種 CPU 芯片組、完美集成 EtherCAT 協議、硬件與軟件系統完美協調以及統一優雅的外飾風格，確保每件產品都能集精美設計和高品質結構建造于一體，符合最高技術標準，打造極致用戶體驗。本綜述即基于倍福（Beckhoff）的產品特點對該品牌的控制器進行分析。

關鍵詞：控制理論與控制工程；工業控制器 PLC；綜述；倍福 Beckhoff

1． 緒論
倍福（Beckhoff）公司始終以基于 PC 的自動化新技術作為發展理念，所生產的工業PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。確保每件產品都能集精美設計和高品質結構建造于一體，符合最高技術標準，打造極致用戶體驗。該綜述主要是梳理倍福（Beckhoff）相關控制器產品的現狀及動態，厘清現狀進展與困境，為后續的研究提供參考。

2． 倍福（Beckhoff）企業
2.1 公司簡介
德國倍福自動化有限公司（Beckhoff）的總部位于德國威爾市。公司始終以基于 PC 的自動化新技術作為發展理念，所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。
2.2 自動化控制
自 1980 年公司成立以來，倍福始終堅持基于 PC 的控制技術，研發了大量的創新產品和解決方案，這正是倍福得以持續發展的原因所在。Beckhoff 早期提出的概念業已成為許多自動化技術的標準，且被成功引入市場。Beckhoff 基于 PC 控制技術的理念和 Lightbus 系統、總線端子模塊以及 TwinCAT 自動化軟件的推出，在自動化技術領域有著里程碑式的歷史意義。在傳統控制行業，這些產品已被視為高性能的解決方案，從而被廣泛接受。EtherCAT—實時以太網解決方案—是一種具有前瞻性的高端技術，是前沿控制理念的新生代產物。
2.3 科技自動化
Beckhoff 始終致力于為中國的機器設備制造商提供創新的產品和方案。為響應國家振興先進制造業的產業政策，適應不斷變化的市場需求，“科技自動化”的理念應運而生。科技自動化是集成了現代科技最新成果的自動化，是面向科學研究、技術研發和先進制造業的自動化。它將工程科學整合到自動化軟件中，突破了傳統控制技術的限制。精確、快速的測量技術，先進的控制算法及靈活的應用將控制技術從傳統應用領域(如 PLC、簡單運動控制等)拓展到更廣泛的應用領域(如科學研究、技術研發和先進制造業)。

3． 倍福（Beckhoff）產品
3.1 工業 PC
Beckhoff 可為各種應用場合提供合適的工業 PC。基于開放式標準的高品質組件和個性化機箱結構設計，這些工業 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 導軌安裝。自主開發的主板使 Beckhoff 能夠對 PC市場中的新技術和客戶要求更快做出響應。
3.2 I/O
Beckhoff 的自動化技術適用于各種信號和現場總線，可為所有常用的 I/O 信號和現場總線系統提供全系列現場總線組件。EtherCAT 是用于實現工業自動化的以太網解決方案，具有性能優異和操作簡單的特點。Beckhoff 提供各種 I/O 系統，包括 IP 20EtherCAT 端子模塊和IP 67 EtherCAT端子盒。總線端子模塊(IP 20)和總線端子盒模塊(IP 67)獨立于現場總線，可實現開放式控制技術。
3.3 運動控制
與 TwinCAT 自動化軟件所提供的運動控制解決方案相結合，Beckhoff 驅動技術代表著一種領先而又全面的驅動系統技術。Beckhoff 基于 PC 的控制技術是實現高動態性單軸和多軸定位任務的理想選擇。帶有高性能 EtherCAT 系統通訊的 AX5000 伺服驅動系列具有出色的性能與動態性。采用單電纜技術的伺服電機將電源及反饋系統融入一根標準電機電纜中，從而減少了材料和調試成本。
3.4 自動化軟件
Beckhoff 為自動化的各個領域提供不同性能等級的綜合性系統解決方案。Beckhoff 的控制技術具有可升級性–從高性能工業PC到迷你PLC–可以根據具體應用場合進行精確調整。TwinCAT自動化軟件在一個軟件包里集成了帶PLC、NC和CNC功能的實時控制系統。

4． 嵌入式控制器
4.1 概覽
倍福公司的工業 PC 和嵌入式控制器在工業現場有著越來越廣泛的應用，其工業自動化控制軟件 TwinCAT 除了支持 IEC61131-3 的五種自動化編程語言外，還可以使用 C/C++進行編程。最新的編程軟件 TwinCAT3 可以充分利用 Matlab 的模型庫和調試工具來創建控制模型，然后把創建好的模型導入到 TwinCAT3 中，從而更容易的進行復雜控制算法的開發和優化。在工業 4.0 的大趨勢下，倍福基于 PC 控制技術與傳統 PLC 技術相比有著很大的優勢，比如：可用存儲區成倍增長、可以輕松實現復雜算法、程序的移植更加容易等。
4.2 產品型號
CX80xx,CX70xx,CX81xx,CX9020,CX50xx,CX51xx,CX52xx,CX1010,CX1030,CX20x0,CX1020,CX20x3,CX20x2
4.3 CX9020
CX9020 是一款緊湊的 DIN 導軌式以太網控制系統，具有 1ghz ARM Cortex?-A8 CPU。貝克霍夫 I/O 系統的連接直接集成到 CPU 模塊中。該機組提供自動總線系統識別(E-bus 或K-bus)，并在相應模式下獨立切換。CX9020 由 CPU(含 2 個microSD 卡)、內部 RAM 和 128kb非易失性內存 NOVRAM 組成。基本配置還包括 2 個交換式以太網 RJ45 接口、4 個 USB 2.0接口和 1 個 DVI-D 接口。RJ45 接口連接到內部交換機，提供了一個簡單的選項來創建線路拓撲，而不需要額外的以太網交換機。操作系統為“Windows Embedded Compact 7”。TwinCAT自動化軟件將 CX9020 系統轉換為強大的 PLC 和運動控制系統，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，采用"i.MX535 Cortex -A8"處理器，集成了2 個 RJ45 網卡（自帶交換機功能）、4 個 USB 接口、1 個 DVI-D 接口、2 個 MicroSD 插槽、1GB 的 DDR3 內存（不可擴展）及 1 個可選通信接口，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：可安裝電池用于時鐘的保持
4-MiroSD 插槽：2 個
5-RJ45 網口：用于連接本地或遠程網絡，自帶交換功能，支持 10M/100M 以太網
6-USB 接口：用于鼠標、鍵盤、U 盤等外設
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.應用實例
5.1 基于倍福控制器的點火控制系統[1]
彈體發射試驗是研制同型彈體必不可少的試驗。其試驗目的主要是考核彈體有關系統和彈射動力裝置,但更主要的是進行彈道試驗,獲取在真實環境下,在真實發射平臺上發射時,彈體的運動特性[2]。點火控制系統作為彈體發射的指揮中樞,在整個發射過程中起著至關重要的作用,它不僅為彈體提供發射指令,同時還為監測彈體發射時工作狀態的相關系統提供觸發信號,因此點火控制系統就成為彈體發射試驗的一個非常重要的環節。通過需求分析,該套控制方案要求控制精度高,頻率響應快,一般常用的控制器很難滿足要求。通過對比分析,本套設備的控制器最終選用德國倍福公司生產的 CX5020－0111 控制器作為主控制器[3]，其實物如圖 3 所示。 該控制器是一款適合 DIN 導軌安裝的緊湊型以太網控制器。所選用的軟件為 TwinCAT2 編程軟件,該軟件可將 CX5020 系統轉換為一個功能強大的 PLC 和運動控制系統，可以在有或沒有可視化功能的情況下進行操作。
5.2 基于倍福控制器的船舶電站管理系統[4]
德國倍福自動化有限公司(Beckhof!f)的總部位于德國威爾市。公司始終以基于 PC 的自動化新技術作為發展理念，所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。TwinCAT3 是基于 PC 的控制軟件并且它開啟了一個新的時代，是倍福公司歷史上又一個里程碑。特別是在高效的工程領域中將模塊化思想以及其靈活的軟件架構， 融入到整個平臺。倍福控制器以其優越的性能，己逐步應用于船舶電站領域，人機交互界面是船舶電站的重要組成部分，通過人機交互界面，操作人員可以查詢發電機組參數狀態，當前報警及歷史報警記錄，同時在不同模式下，可直接在屏上進行各種操作。本文依據倍福控制器的編程軟件 TWINCAT3，結合船舶電站對人機交互界面的功能要求，設計出適用于船舶電站的人機交互界面軟件。并通過倍福控制器及觸摸屏驗證了軟件的有效性及實用性。
5.3 基于倍福 CX 控制器的 AGV 控制系統[5]
AGV 是一種能夠實現智能化、信息化、柔性化和敏捷化等功能要求的物料搬運輸送設備， 是工業自動化和物流自動化系統的重要組成部分，具有廣闊的應用前景。而倍福控制器作為軟 PLC 在自動化領域有著重要的研究價值，CX5130 具有 Win7 操作系統，其編程軟件 TwinCAT3 可以將標準 Windows 操作系統變成實時操作系統。TwinCAT3 支持多種語言混合編程， 并且支持類似于高級語言面向對象的開發方法，調試更加簡便。軟 PLC 只需要一臺傳統計算機就可以寫程序和測試程序、仿真等，無需其他硬件。針對數字化改造的需要， 作者設計了一套基于倍福控制器的 AGV 控制系統，然后用 PID 算法提高 AGV 電機轉向和路徑跟蹤的定位精度。對傳統的人工叉車進行自動化改造可以大幅度提高車間物流自動化水平。以倍福控制器 CX5130 作為 AGV 控制核心，倍福控制器分別與激光導航傳感器和無線終端通過 TCP／IP 協議通信， 實現與 AGV 本體和調度系統的數據交換。激光導航傳感器通過反光柱返回激光導航儀發射的激光束實現 AGV 的定位。 倍福 HMI 界面作為人
機界面方便操作和監控。實現 AGV 的自動運行之后，通過 PID 算法提高了 AGV 的定位精度。

6.結論與展望
德國倍福自動化有限公司（Beckhoff）的總部位于德國威爾市。公司始終以基于 PC 的自動化新技術作為發展理念，所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。在日益增加的人工成本壓力下，自動化流水線加工設備越來越受到廠家歡迎。以倍福為代表的軟 PLC 控制器在生產線領域有很大優勢，可以大幅度降低開發周期，加之與各種外部設備的優異兼容性，且滿足工業自動化要求，因此受到機床廠家重視。

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總結

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

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