倍福 PC 控制技术解读
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PC 控制与传统控制的比较
传统控制组成 • 硬件: 可视化 PC, PLC, NC/CNC 模块, 微处理器系 统 • 软件: 多个操作系统, 编程语言, 编程系统 • 接口: 在硬件设备之间, 在软件系统之间, 集中式配 电柜
系统比较
降低 - 40% 100% 降低 - 60% 100%
60% 40% 传统 PCC 传统 PCC
32 \
...
DU
DU
结构比较: 传统方式与PC控制技术
PLC 和 NC 作成 PC 的协处理器卡
协处理器 - PLC • 标准的PLC作成协处理器卡 • I/O 通过现场总线
可视化界面
IPC
PLC SPS NC NC Leistung 现场总线 Steuerung
...
NC - 移动控制通过协处理器 • 在协处理器卡上执行移动控制 • 位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的
50 0 1 5 10 20 30
数量
• 系统设计推荐: 大约 50% 的负载用作 NC -任务, 剩余容量用于 • PLC 和 • NT 下的 HMI 程序
在 Intel 奔腾 III 500 MHz 系统上，软 NC PTP 对 N 个坐标的执行时间
坐标数量
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
软 NC PTP 基准
基准: 执行时间 • 具有外形轮廓 定位 • 附加位移闭环控制 循环时间和执行时间
450 400 350 300 252 µs 250 200 150 100 75 µs 52 µs 132 µs
Execution time / µs
370 µs
建立系统负载
• 执行时间 / 循环时间×100 =系统负载 (%) • 在奔腾III 系统上每个轴约需13 µs 执行时 间 系统设计: 可优化循环时间和坐标
s
位置测量
3相 电机
驱动单元
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
电话上网 扫描仪 打印机
VGA 显示器
软盘
Leabharlann Baidu
硬盘
局域网
Modem
RS 232 C
并行口
应用程序平台
• 操作员界面 • Scada • Windows 应用程序
用户模式
程序开发平台
System Manager PLC NC PTP NCI
IPC
Leistung 控制 PLC NC
NC - 对PLC的位移控制 • 位移闭环控制在专门的NC硬件协处理器上执行 • 位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的
在自动化结构中, PC • 实现操作员界面 • 处理 HMI 程序并完成通信任务 • 在三个系统中它的CPU功能最强
32 \
...
DU
DU
在这个自动化结构中，PC • 实现操作员界面 • 处理 HMI 程序并完成通信任务 • 在三个系统中它的CPU功能最强
I/O
驱动单元
结构比较: 传统方式与PC控制技术
在PC上的PLC 和运动控制
在PC上的PLC • 具有硬实时能力的软件PLC • I/O 通过现场总线实现通信, 支持所有标准
可视化界面
IEC61131-3 PLC
IPC
I/O
NC 移动控制
NC - 在PC上的运动控制 • 位移闭环控制在PC处理器上执行 • 位置测量和速度控制通过现场总线与 MC 循环时间同步 进行交换
I/O for PLC 伺服, FI, 继电器
v
优点 • 集中的结构提供了较好的灵活性 • 接口少，效率高 • 现场部件通常是非智能型的，不用设置即可被容易地更换
核模式 I/O Server PLC Server NC PTP Server NCI Server
DOS / Windows NT / CE I/O 映射
Lightbus
实时核扩展
Profibus
Interbus
CANopen
DeviceNet
Sercos
Ethernet
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
对软件和专项技术的投资得到长期保护
PC 控制提供了 PLC, NC, 闭环控制, ... - 在标准硬件上完成项目应用 某一厂家的所有设备采用同一个标准的硬件平台
PC控制的基本任务
比较: 传统 PLC 运行模式
标准 PLC: 程序被周而复始循环地运行, 固
定 周期是运行模式之一
标准 PLC上 一个程序的实时运行
Title page
PC 控制: PC 兼容的开放式控制系统
结构比较: 传统方式与PC 控制技术
新自动化结构: 工业PC机作控制系统
执行: PC控制的基本任务 PC控制: 信息技术与自动化技术的结合
结构比较: 传统方式与PC控制技术
传统的 PLC 和 NC
传统的 PLC • 带有协处理器卡的标准 PLC • I/0 通过现场总线或并行电缆 可视化界面
标准 PLC 快速 PLC
标准 PLC
PC上的软PLC
45
23
15
Pentium 233 AMD K6-2 333 Pentium III 600
对1000个PLC指令的执行时间 系统能力和资源稳定增加 ! • (仅!) 在软件上实现: • 稳定而快速地执行
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
优点： • 成本低 • 减少了组件: 可靠性增加, 改善了互换性 • 降低复杂性: 减少工程量, 把较多的时间 用于过程的优化上
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
PC 硬件是标准化的和可互换的
独立于硬件供应商
现场总线 I/O 通过现场总线实现标准化，因此可互换
独立于硬件供应商
因特x86 处理器系列和微软操作系统保持了连续性
软 PLC / 标准 PLC 基准
基准: 执行时间 • 混合的位和字指令 • 装载, 存贮, 比较 Execution time / µs
1200 1000 800
800
基准: 系统限制 • 软PLC程序 (兆字节) • 兆字节 标志存储器 • 极大的 I/O 处理映象 (兆字节)
600 400 200 70 0
PC 控制组成 • 硬件: PC 和现场总线, 支持所有标准 • 软件: Windows NT 操作系统, PLC, NC PTP, NCI, 倍福 TwinCAT, 应用程序: Windows 软件产品和 C, C++, VB, Delphi • 接口: 标准化软件接口, 分布式配电柜
复杂性
成本
程序运算
程序运算
读输入
传统控制组成 • 硬件: 可视化 PC, PLC, NC/CNC 模块, 微处理器系 统 • 软件: 多个操作系统, 编程语言, 编程系统 • 接口: 在硬件设备之间, 在软件系统之间, 集中式配 电柜
系统比较
降低 - 40% 100% 降低 - 60% 100%
60% 40% 传统 PCC 传统 PCC
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结构比较: 传统方式与PC控制技术
PLC 和 NC 作成 PC 的协处理器卡
协处理器 - PLC • 标准的PLC作成协处理器卡 • I/O 通过现场总线
可视化界面
IPC
PLC SPS NC NC Leistung 现场总线 Steuerung
...
NC - 移动控制通过协处理器 • 在协处理器卡上执行移动控制 • 位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的
50 0 1 5 10 20 30
数量
• 系统设计推荐: 大约 50% 的负载用作 NC -任务, 剩余容量用于 • PLC 和 • NT 下的 HMI 程序
在 Intel 奔腾 III 500 MHz 系统上，软 NC PTP 对 N 个坐标的执行时间
坐标数量
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
软 NC PTP 基准
基准: 执行时间 • 具有外形轮廓 定位 • 附加位移闭环控制 循环时间和执行时间
450 400 350 300 252 µs 250 200 150 100 75 µs 52 µs 132 µs
Execution time / µs
370 µs
建立系统负载
• 执行时间 / 循环时间×100 =系统负载 (%) • 在奔腾III 系统上每个轴约需13 µs 执行时 间 系统设计: 可优化循环时间和坐标
s
位置测量
3相 电机
驱动单元
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
电话上网 扫描仪 打印机
VGA 显示器
软盘
Leabharlann Baidu
硬盘
局域网
Modem
RS 232 C
并行口
应用程序平台
• 操作员界面 • Scada • Windows 应用程序
用户模式
程序开发平台
System Manager PLC NC PTP NCI
IPC
Leistung 控制 PLC NC
NC - 对PLC的位移控制 • 位移闭环控制在专门的NC硬件协处理器上执行 • 位置测量和速度控制是通过并行电缆处理的
在自动化结构中, PC • 实现操作员界面 • 处理 HMI 程序并完成通信任务 • 在三个系统中它的CPU功能最强
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DU
在这个自动化结构中，PC • 实现操作员界面 • 处理 HMI 程序并完成通信任务 • 在三个系统中它的CPU功能最强
I/O
驱动单元
结构比较: 传统方式与PC控制技术
在PC上的PLC 和运动控制
在PC上的PLC • 具有硬实时能力的软件PLC • I/O 通过现场总线实现通信, 支持所有标准
可视化界面
IEC61131-3 PLC
IPC
I/O
NC 移动控制
NC - 在PC上的运动控制 • 位移闭环控制在PC处理器上执行 • 位置测量和速度控制通过现场总线与 MC 循环时间同步 进行交换
I/O for PLC 伺服, FI, 继电器
v
优点 • 集中的结构提供了较好的灵活性 • 接口少，效率高 • 现场部件通常是非智能型的，不用设置即可被容易地更换
核模式 I/O Server PLC Server NC PTP Server NCI Server
DOS / Windows NT / CE I/O 映射
Lightbus
实时核扩展
Profibus
Interbus
CANopen
DeviceNet
Sercos
Ethernet
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
对软件和专项技术的投资得到长期保护
PC 控制提供了 PLC, NC, 闭环控制, ... - 在标准硬件上完成项目应用 某一厂家的所有设备采用同一个标准的硬件平台
PC控制的基本任务
比较: 传统 PLC 运行模式
标准 PLC: 程序被周而复始循环地运行, 固
定 周期是运行模式之一
标准 PLC上 一个程序的实时运行
Title page
PC 控制: PC 兼容的开放式控制系统
结构比较: 传统方式与PC 控制技术
新自动化结构: 工业PC机作控制系统
执行: PC控制的基本任务 PC控制: 信息技术与自动化技术的结合
结构比较: 传统方式与PC控制技术
传统的 PLC 和 NC
传统的 PLC • 带有协处理器卡的标准 PLC • I/0 通过现场总线或并行电缆 可视化界面
标准 PLC 快速 PLC
标准 PLC
PC上的软PLC
45
23
15
Pentium 233 AMD K6-2 333 Pentium III 600
对1000个PLC指令的执行时间 系统能力和资源稳定增加 ! • (仅!) 在软件上实现: • 稳定而快速地执行
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
优点： • 成本低 • 减少了组件: 可靠性增加, 改善了互换性 • 降低复杂性: 减少工程量, 把较多的时间 用于过程的优化上
新自动化结构: 工业PC 作控制系统
PC 硬件是标准化的和可互换的
独立于硬件供应商
现场总线 I/O 通过现场总线实现标准化，因此可互换
独立于硬件供应商
因特x86 处理器系列和微软操作系统保持了连续性
软 PLC / 标准 PLC 基准
基准: 执行时间 • 混合的位和字指令 • 装载, 存贮, 比较 Execution time / µs
1200 1000 800
800
基准: 系统限制 • 软PLC程序 (兆字节) • 兆字节 标志存储器 • 极大的 I/O 处理映象 (兆字节)
600 400 200 70 0
PC 控制组成 • 硬件: PC 和现场总线, 支持所有标准 • 软件: Windows NT 操作系统, PLC, NC PTP, NCI, 倍福 TwinCAT, 应用程序: Windows 软件产品和 C, C++, VB, Delphi • 接口: 标准化软件接口, 分布式配电柜
复杂性
成本
程序运算
程序运算
读输入