Beckhoff TwinCAT 3 e - ITS MAKER

TwinCAT 3

Contenuti

1. Introduzione

2. eXtended Automation (XA)

3. Connettività

4. Migrazione

5. Funzionalità

6. Panoramica di prodotto

Sistema di controllo PC-based

The Windows Control and Automation Technology è un sistema di controllo per automazione industriale PC-based, che trasforma ogni PC in un sistema realtime, integrando al suo interno l’ambiente di sviluppo.

Motivazioni

Hardware PC

Bus di

campo

Software

TwinCAT

I/O TwinSAFE PLC Control Control(PID)

Connettività

NC PTP CNC Robotics Tecnologie di Misura

NC I

Base

Motion

La tecnologia di controllo PC-based di Beckhoff pone nuovi standard per l‘automazioneindustriale.

Il controllo su PC offre un sistema di controllo “aperto“

il principio di funzionamento è l’astrazione

funzionalità implementate nel software, independenti dall‘hardware

Integrazione di PLC, Motion ed HMI in un software su una CPU:

hardware minimizzato e scalabile

niente interfacce hardware tempi ciclo inferiori

riduzione della complessità dell‘interfaccia

diagnostica migliorata

Prestazioni e costi scalabili con l’utilizzo di CPU standard

Sistemi operativi ad alte prestazioni aggiungono funzioni e strumenti dell’Information Technology alle soluzioni di automazione industriale.

Automazione e IT condividono gli stessi vantaggi della tecnologia dei PC:

incremento delle prestazioni

riduzione dei costi

Motivazioni

Tecnologia di Controllo PC-based | Milestones

S1000

PLC/NC su PC

PC-Control

controllo

macchina PC

compatibile

Lightbus Bus Terminal

Modulo bus di

campo

universale

TwinCAT

PLC IEC 61131

real-time su

Windows NT

EtherCAT

Bus di

campo

Ethernet

Real-time

XFC

Tecnologia

eXtreme Fast

Control

S2000

PLC/NC/CNC

su PC

TwinCAT 3

1986 1988 1989 1995 1996 2003 2008 20111993

TwinCAT Real-Time System

Estensione Real-Time di TwinCAT

I sistemi operativi Windows NT (NT 3.1, NT 4.0, 2000, XP, Vista, 7) non hanno

caratteristiche realtime, non sono stati progettati per gestire task di controllo. La presenza

dello scheduler implica che i vari task siano interrotti durante la loro esecuzione da una

serie di altri eventi oppure siano ritardati a causa di interruzioni dovute ad altri task con

priorità maggiore.

TwinCAT permette di estendere il sistema operativo con un “realtime extension for Windows

NT”, integrata all’interno dell’architettura Microsoft e permette di ottenere l’esecuzione di

task:

con priority control;

di tipo preemptive (lo scheduler ferma i task allo scadere del tempo assegnato e

trasferisce il controllo dall'uno all'altro);

in maniera deterministica con un jitter massimo inferiore a 12 µs.

Con questa estensione, TwinCAT ha una base dei tempi esatta ed esegue i task con la

massima priorità rispetto agli altri di “sistema operativo”.

Scansione PLC Standard

PLC cycle PLC cycle

Inp

uts

PL

C

Ou

tpu

ts

PL

C

t

Inp

uts

Ou

tpu

ts


Un programma per PLC viene eseguito ciclicamente con un tempo ciclo non costante.

Ad ogni ciclo, il PLC legge gli ingressi, elabora il programma definito dall’utente e scrive le uscite.

TEMPO BASE

Inp

uts

Ou

tpu

ts

Win

do

ws N

T

e H

MI

Ou

tpu

ts

t

PL

C

Inp

uts

Inp

uts

PL

C

PL

C

Win

do

ws

NT

an

d H

MI

Scansione TwinCAT PLC


In un soft-PLC i programmi sono eseguiti nella stessa forma di un PLC “convenzionale”.

L’interfaccia utente (HMI) è eseguita durante gli intervalli temporali riservati dal sistema alle

normali operazioni del sistema operativo.

TwinCAT assicura sia l’esecuzione delle operazioni del S.O. che dei programmi PLC

attraverso una speciale implementazione e gestione dei task integrata nel S.O. stesso.

TC TC TC

5ms

I PLC PLC O

TC TC

I PLC O

1 2 3

W W W W W WWWW

WWWWW W WW W

4 5 1 2 3 4

5ms


12 µs

20%80%

1 ms

TwinCAT RT System Windows OS

Jitter di

commutazione

0 1 2 3 4 5

Task Multiple:

Esecuzione task1 (tempo ciclo 1 ms, priorità alta)

Esecuzione task2 (tempo ciclo 2 ms, priorità bassa)

Esecuzione di Windows

50 %

tempo in ms


Contenuti

1. Introduzione

2. eXtended Automation

3. Connettività

4. Migrazione

5. Funzionalità


Architettura del Sistema

Engineering (XAE)

Solution Manager

PLC

Programmazione C/C++

MATLAB® integration

Programmazione C#/.NET

Motion Control

Runtime (XAR)

eXtended Automation

eXtended Automation Technology (XAT)

supporta di tutti i principali bus di campo;

supporta diversi moduli software (IEC 61131, C/C++, Matlab ® /Simulink ® );

supporta le funzionalità di motion control (da PTP fino a CNC);

supporta configurazioni TwinSAFE;

supporta le funzionalità di Scientific Automation (robotics, measurement technology,

Condition Monitoring).

eXtended Automation Engineering (XAE)

Visual Studio® per la programmazione in IEC 61131-3 e C/C++

Visual Studio® per la configurazione di tutto il sistema (include TwinCAT System

Manager)

eXtended Automation Runtime (XAR)

esegue i moduli in tempo reale

supporta CPU multi-core

supporta sistemi operativi a 64-bit



TwinCAT 3

eXtended Automation

Technology

eXtended

Automation

Runtime (XAR)

eXtended

Automation

Engineering (XAE)

Modular runtime system

TcC

OM PLC Safety

TcC

OM NC

TcC

OM

C++

Module

TcC

OM …

TcC

OM

TwinCAT 3 development environment

based on Visual Studio® 2010

TwinCAT 3

Standard

Visual Studio®

2010 Shell

TwinCAT 3

Integrated

Visual Studio®

2010

eXtended

Automation


TwinCAT 3 Engineering Environment basato su Visual Studio®

TwinCAT transport layer - ADS

TwinCAT 3 runtime

Real-time core

TcC

OM

PLCPLC PLCSafety

TcC

OM

PLCNC

TcC

OM PLCC

Module

TcC

OM

PLCCNC

TcC

OM PLCC++

Module

TcC

OM

TcC

OM PLCPLC

TwinCAT Automation Device Driver - ADD

Sistema PC

Bus di Campo

System Manager

- ConfigurazioneProgrammazione

- IEC 61131-3

- Estensione Object-oriented

- C/C++

PLC

TcC

OM Simulink®

Module

Windows 32/64 bit

eXtended Automation

Engineering (XAE)

eXtended Automation

Runtime (XAR)

eXtended Automation Engineering (XAE)

Ambiente di ingegnerizzazione espandibile e modulare

un ambiente di programmazione, una cartella di progetto, un

ambiente per il debug

TwinCAT System Manager integrato

programmazione secondo IEC 61131-3 3° edizione (incluse

estensioni object-oriented)

uso di linguaggi C e C++ per programmazione real-time

collegamento a MATLAB®/Simulink®

consente la migrazione di progetti TwinCAT 2

integrato in Microsoft Visual Studio® 2010 / 2012 / 2013

Caratteristiche XAE

basato su Shell di Microsoft Visual

Studio® (royalty free)

System Manager integrato

Programmazione secondo IEC 61131 -

3 inclusa estensione O.O.

Safety PLC integrato

Integrazione C/C++ e Matlab (solo

configurazione e runtime, utilizzo di

moduli esistenti)

XAE TwinCAT 3 Standard

TwinCAT 3 Engineering Environment

System ManagerConfiguration– I/O– PLC– MC– NC– CNC– Safety– others

Programming

IEC

61131Object-

oriented

extensions

IEC Compiler

TwinCAT 3 Runtime

TwinCAT Transport Layer – ADS

.NET

C++

Powershell

IronPython

CO

M

-> per programmatori PLC ed utilizzatori di moduli esistenti;

messa in servizio, diagnostica, debug

integrazione in Microsoft Visual

Studio®

System Manager integrato

Programmazione secondo IEC 61131 -

3 inclusa estensione O.O.

Safety PLC integrato

programmazione C/C++ in contesto

real-time

integrazione di MATLAB®/Simulink®

programmazione C# e .NET per

applicazioni non-real-time

possibilità di ulteriori integrazioni di tool

software di terze parti

XAE TwinCAT 3 Integrato

TwinCAT 3 Engineering Environment based on Visual Studio®

System Manager

Configuration

– I/O

– PLC

– C/C++

– MC

– NC

– CNC

– Safety

– others

Programming

IEC 61131 Object-

oriented

ext.

IEC Compiler

TwinCAT 3 Runtime

TwinCAT Transport Layer – ADS

Non-real-

time

C#.NET

Real time

C/C++

MATLAB®/

Simulink

Simulink coder

Microsoft C Compiler

3rd-party

programming

tool

C/C++

Generazione di codice

Debug

Upload di moduli TC

Legenda figura:

-> per programmatori PLC e C/C++ ed utilizzatori di moduli esistenti;

generazione di moduli, messa in servizio, diagnostica, debug

Framework di TwinCAT 3 = Microsoft Visual Studio® 2010 / 2012 / 2013

utilizzo dell‘ambiente di programmazione più conosciuto nel mondo

manutenzione a cura di una sola azienda

espandibile tramite plug-in

collegato ai più comuni database di codice sorgente

Programmazione di applicazioni real-time in C e C++

Uso di linguaggi .NET per applicazioni non real-time (ad es. HMI)

Help in linea di sistema migliorato

Workbench integrato

Piattaforme x86

XP / XPE / Win7 / WES7

Win 8 Pro (su CPU x86)

-> no Win8 RT (basato su ARM)

Piattaforme x64

Win7 / WES7

Win8 Pro / WES8

Piattaforme ARM con Windows Embedded CE

CX9020 (CE7): solo PLC/Motion

CX81xx (CE): in futuro

CX90x0 (CE 5): No

XAE TwinCAT 3 – Sistemi Operativi supportati

Programmazione IEC 61131 ed C++ in parallelo

Codice C++ Codice IEC


Configurazione di Sistema

Configurazione Motion Control

Configurazione PLC

Configurazione Safety PLC

Configurazione moduli C++

Configurazione I/O

programmazione, configurazione e

diagnostica in uno strumento

sviluppo continuativo dal 1996

gestione dei task uniforme

parametrizzazione dei moduli TwinCAT

creazione e gestione delle mappature

tra le immagini di processo

simulazione di I/O ed assi


aperta a tutti i bus di campo più diffusi

supporto a tutte le interfacce hardware PC

semplice messa in servizio e diagnostica

immagini di processo logiche e fisiche

cambiare sistema bus di campo non

richiede modifiche al codice PLC.

Mappatura Immagini di Processo

Bus di campo 1 Bus di campo 2 Bus di campo 3

Immagini di

processo

fisiche

Immagini di

processo virtuali Inputs Outputs

Inputs Outputs Inputs InputsOutputs Outputs

ri-usabilità di codice C/C++ esistente

integrazione tra codice C/C++ e codice PLC

applicazioni real-time per tutte le piattaforme (CE, XP, etc.)

apre nuovi settori – utilizzatori PLC non standard

linguaggi di programmazione ben conosciuti e standardizzati (C: ISO/IEC 9899 TC3,

C++: IEC 14882)

generazione di Automation Device Drivers (ADD) consente l’implementazione di

drivers custom (ad es. drivers per bus di campo)

SDK Beckhoff fornisce informazioni funzionali (come per le librerie PLC) per ADS,

File I/O e Motion

Settori applicativi

image processing, robotica, tecnologie di misura

Programmazione C/C++

Integrazione di MATLAB®/Simulink®

familiarità con l‘ambiente scientifico e le tecnologie di misura

grande numero di toolbox (ad es. toolbox fuzzy logic)

creazione, simulazione e ottimizzazione di anelli di controllo

interfaccia di debug tra Simulink® e TwinCAT

Integrazione MATLAB®/Simulink®

Generazione del codice

design in Simulink®

generazione automatica di codice C++

con Simulink® Coder

compilazione con C compiler di Visual

Studio®

parametrizzazione in System Manager

TwinCAT

download ed esecuzione del codice

nell‘ambiente runtime di TwinCAT 3

Integrazione MATLAB®/Simulink®

Linguaggi .NET

linguaggi di programmazione ben conosciuti

standardizzati (C# -> ISO/IEC 23270)

generazione di codice intermedio (Common Intermediate Language – CIL)

Vantaggi

software engineering efficiente con livello di astrazione superiore

largamente accettato

“garbage collection” strutturata in memoria

può essere impiegato come parte di una soluzione integrata

Restrizioni

“Garbage collector” non adatto ad applicazioni real-time.

Linguaggi di programmazione .NET (ad es. C#)

Programmazione C#/.NET

modulo PLC

modulo C++

codice Real-time

Non real-time (ad es. HMI

processi di Windows)

Soluzioni scalabili (stepper… servo drive)

maggiore flessibilità

Vari livelli di astrazione

PLC / SCADA / HMI accedono sempre a strutture identiche, a

prescindere dal tipo di asse e/o bus di campo

Dal sistema meccanico a quello elettronico (camme, assi elettrici, frizione,

dischi, “taglio al volo”)

TwinCAT 3 Motion Control – Continuità

Vantaggi:

maggiore flessibilità nella tecnologia utilizzata

(stepper, servo drive, etc.)

maggiore flessibilità nel cambio lavorazione

tempi di sviluppo e consegna più rapidi

tempi di avviamento ridotti, a causa del ridotto numero di componenti

meccaniche

riduzione dei costi

Vantaggi:

maggiore flessibilità nella tecnologia utilizzata

(stepper, servo drive, etc.)

maggiore flessibilità nel cambio lavorazione

tempi di sviluppo e consegna più rapidi

tempi di avviamento ridotti, a causa del ridotto numero di componenti

meccaniche

riduzione dei costi

TwinCAT 3 Motion Control – Continuità

TwinCAT 3 Motion Control - Livelli di Astrazione

Livello PLC

+

++

-Livello Asse

Software

Livello

Fieldbus

Livello Drive

Velo Preset

Pos Ctrl

Pos Meas.

PLC

SP

Limit

Scale & Limit

TwinCAT 3 Motion Control | Dal PTP al Controllo

Robot

NC PTP CNC RoboticsNC I

Motion punto-punto

assi elettrici

camme

superposizione

taglio al volo

Motion Interpolato con

3 assi e 5 assi ausiliari

programmazione

DIN 66025

funzioni tecnologiche

semplice utilizzo

tramite blocchi

funzione del PLC

Completa

funzionalità CNC

motion interpolato

fino a max 32 assi

per canale

varie

transformazioni

Motion Interpolato per

controllo robot

supporto per ampia

gamma di

trasformazioni

cinematiche

controllo in coppia

opzionale

Funzionalità

TwinCAT 3 Scope View

TwinCAT 3 Scope è uno strumento integrato all’interno di TwinCAT 3 che permette di acquisire,

analizzare, memorizzare e visualizzare variabili in forma grafica.

Esso si divide in:

TwinCAT 3 Scope View: strumento grafico di engineering che permette la configurazione, la

visualizzazione e la memorizzazione di tracciati;

TwinCAT 3 Scope Server: software per l’acquisizione deterministica dei dati.

Scope View comunica via ADS con i server distribuiti nel sistema. Il Server locale può essere

utilizzato sia per l’acquisizione delle variabili locali ma anche per la visualizzazione ed

l’elaborazione dei dati salvati precedentemente.

Runtime (XAR)

ambiente dinamico per l’esecuzione e

l’amministrazione di moduli runtime di

TwinCAT 3

-> (TwinCAT object manager)

interfacce predefinite – TwinCAT

Component Object Model (TcCOM)

Runtime Modulare

Bus di campo

TwinCAT transport layer - ADS

TwinCAT Object Manager

Tw

inC

AT

real-

tim

e c

ore

TcC

OM

PLC

TcC

OM

PLCC++

modules

TcC

OM

PLCCNC

TcC

OM

PLCSafety

TcC

OM

PLCSimulink®

modules

TcC

OM

PLCPLC

TcC

OM

PLCNC

TcC

OM

C++

modules

TwinCAT Automation Device Driver - ADD

TcC

OM

PLCC

modules

TcC

OM

PLCSimulink®

modules

TC configuration Debugging

Task

Task

Task

Task

Task

Task

Task

Call

Call

Call

TwinCAT 3 runtime

separazione di funzionalità incapsulate in moduli

estensione del sistema con driver customizzati (Automation Device

Drivers – ADD), es. driver bus di campo

Scalabilità: i moduli possono contenere funzioni semplici, algoritmi

complessi ed applicazioni real-time o progetti completi.

ri-usabilità dei moduli

interazione di moduli scritti in

IEC 61131-3

C/C++

moduli generati con MATLAB®

Runtime Modulare

Supporto Multi-Core

distribuzione di moduli a singoli core

(ad es. PLC, Motion control ed HMI girano su core differenti)

base tempi scalabile per ogni core

utilizzo CPU scalabile per ogni core

Supporto per sistemi multi-core

Core 0

ADS

Multi-core CPU

Windows

Apps

PLC Control

Windows

Drivers

ADS

User HMI

Core 1

ADS

Core 2

PLC Runtime 0

Task 0 Task 1

ADS

PLC Runtime 1

Core 3

ADS

NC Runtime 1

Core ...

ADS Router Engine

System Memory

ADS Router Message Queues

L2 Shared Cache

Windows OS

assegnazione limite di utilizzo ai core CPU

definizione base tempi per ogni core

cores per uso real-time

core isolato

assegnazione dei

task ai core della CPU

Supporto per sistemi multi-core

Contenuti

1. Introduzione


3. Connettività

4. Migrazione

5. Funzionalità


Soluzioni per diversi settori

consistente, verticale, orizzontale

scambio di dati e/o comandi

protocollo aperto con codice di esempio

disponibile sulle principali piattaforme Windows

accesso da PLC con blocchi funzione

instradabile localmente o via rete

aciclico/ad evento

Componenti gratuiti

OCX/DLL/.NET/

Script/Webservice

ADS (Automation Device Specification)

ADS via HTTP

ADS via seriale

ADS via

bus di campo

ADS

via TCP/IP

Varietà di soluzioni basate su ADS

TwinCATTwinCAT

PLC 2

TwinCAT

Automation

Device

Specification

(ADS)

Automation

Protocols

OPC UA,

Modbus-TCP,

Modbus RTU

3964R/RK512

Industry

Protocols

IEC 61850,

IEC 61400-25,

IEC 60870-5-

10x,

BACnet, FIAS,

Creston

IT

Protocols

WLAN,

Bluetooth,

TCP, UDP,

RAS,

FTP, VPN,

SNMP, SNTP,

SMS, SMTP

Web

Server Ils

XML, AJAX,

ASP,

DPWS/WSD

TwinCAT

Automation

Device

Specification

(ADS)

PLC 1

TwinCAT ADS routerAcyclic

TCP, UDP,

Serial, Fieldbus

TwinCAT

ADS router

CyclicEtherCAT Automation Protocol (EAP), Network variables

Contenuti

1. Introduzione


3. Connettività

4. Migrazione

5. Funzionalità


Conversione progetto TwinCAT 2 al formato TwinCAT 3 :

convertitore di progetti TwinCAT 2 integrato

(System Manager & PLC control)

estensione di progetti con nuove funzionalità

aumentata ri-usabilità di parti di codice in nuovi progetti

utilizzo degli stessi strumenti per tutti i progetti / applicazioni

Migrazione da TwinCAT 2

Contenuti

1. Introduzione


3. Connettività

4. Migrazione

5. Funzionalità


TwinCAT offre un‘ampia gamma di funzioni aggiuntive presente

anche in TwinCAT 3.

Comunicazione

OPC UA, Modbus, telecontrollo, seriale

Implementazioni di Controllori

toolbox controllori, controllori di temperatura

Engineering tools

ECAD Import, Source Code Management

Diagnostica/tecnologie di misura

Scope 2

Continuità

Contenuti

1. Introduzione


3. Connettività

4. Migrazione

5. Funzionalità


Per ulteriori informazioni, vedasi:

Product DVD

oppure:

www.beckhoff.com/TwinCAT3

TwinCAT 3

Beckhoff Automation S.r.l.

Via L.Manara, 2

20812 Limbiate (MB)

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Tel: +39 02 9945311

Fax: +39 02 99682082

E-Mail: [email protected]

Web: www.beckhoff.com

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performance which in case of actual application do not always apply as described or which may change as a

result of further development of the products. An obligation to provide the respective characteristics shall only

exist if expressively agreed in the terms of contract.

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