TwinCAT PLC

PLC 開發工具 - TwinCAT PLC

Beckhoff 公司的 TwinCAT PLC 是視動科技在 PLC 相關專案的主力開發工具，並在其上累積了超過20年專案開發經驗與相關程式庫，可以快速協助有需要的設備業者開發其機台上的專屬電控軟體。僅管自家產品 HMI++ PC 圖控人機也提供主要日系、歐系與國產品牌 PLC 的通訊介面，但是其彈性開發環境、線上完整開放資源、兼容開放性工業網路與資料履歷易於收集等特性，讓我們選擇為主力開發工具。

TwinCAT 的環境：基於開放的 PC 的控制技術

當 Beckhoff 推出其基於 PC 的控制技術時，它創建了一個全球自動化的標準。在軟體方面，自1 996 年以來，控制系統的核心已經成為 Windows 控制和自動化技術 —— 或稱TwinCAT —— 自動化套件。以 TwinCAT 為基底，Beckhoff 的產品組合實現了最佳協調的自動化概念，符合開放性和高度可擴展的控制系統的基本原則。

TwinCAT 將幾乎任何基於 PC 的系統轉變為具有多個 PLC、NC、CNC 和 / 或機器人運行時系統的即時控制系統。可擴充性的模組化擴展意味著可以隨時進行功能變更和添加。如果需要，控制系統的開放性不僅允許整合第三方軟體模組，還允許針對現有機器和系統進行定制的改造方案。這確保了客戶的靈活性和投資保護。

TwinCAT PLC 開發環境的優點

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  • 符合 IEC 61131-3 國際標準可程式控制器的語法
關於 IEC 61131-3
易於在支援該公開標準的 PLC 平台做轉換：因為應用現場有各種可能的狀況，搭配的周邊也不一樣，生產機台必須考慮「開發時間」，「成本」，「體積」，「性能」，「整合容易度」…等因素。不可能單一家 PLC 生產商就可以滿足最佳解法，支援公開標準，就代表可以比較容易將過去累積開發的程式轉移到適合的平台，而不用受限於單一家供應商的 PLC 產品。 IEC61131-3 標準（目前由 http://www.plcopen.org/ 維護）已經在歐美系 PLC 取得廣泛支援，連過去一向封閉的日系 PLC，也逐漸在其產品線增加支援。
易於在支援該公開標準的 PLC 平台做轉換：因為應用現場有各種可能的狀況，搭配的周邊也不一樣，生產機台必須考慮「開發時間」，「成本」，「體積」，「性能」，「整合容易度」…等因素。不可能單一家 PLC 生產商就可以滿足最佳解法，支援公開標準，就代表可以比較容易將過去累積開發的程式轉移到適合的平台，而不用受限於單一家供應商的 PLC 產品。 IEC61131-3 標準（目前由 http://www.plcopen.org/ 維護）已經在歐美系 PLC 取得廣泛支援，連過去一向封閉的日系 PLC，也逐漸在其產品線增加支援。
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  • 彈性的多種程式語法支援適合不同應用場景與不同背景開發人員快速學習導入
語法支援說明
Textual：
  • Instruction List, IL：類似組合語言，用在高速運算，降低系統資源。
  • Structured Text, ST：基於 Ada, Pascal 和 C 的程式語法開發出高階程式語言，適合撰寫較複雜的演算法，以及打造專屬函數庫用。
Graphical：
  • Ladder Diagram, LD：基於繼電器梯形邏輯，易於習慣電路開關設計和傳統 PLC 程式開發人員使用。
  • Function Block Diagram, FBD：類似電路版設計，以處理元件之間信號的流動角度來看待一個系統 。
  • Sequential Function Chart, SFC：以圖形方式來做流程控制 ，適合寫控制方面狀態機制 (state machine)，流程控制。
開發人員可以任意選用上述自己習慣的語法，或是適合該場景的語法來加速開發系統。 另外隨著 2013 年第三版的發布，物件導向功能被添加到規格中。藉此：類別、方法、介面和命名空間成為規格的一部分，同時也與新一代的軟體開發者產生互動以及和其他軟體工具建立連結。 所以對於企業來講，不管使用任何開發環境，最注重的不外乎成本、效率。在軟體開發上，要求的重點在於工程師可以在最短的時間開發出程式，程式具有可重用性，以及新人的訓練成本可以降到最低。無疑的 TwinCAT 系統在這方面是一個非常優秀的選項。
Textual：
  • Instruction List, IL：類似組合語言，用在高速運算，降低系統資源。
  • Structured Text, ST：基於 Ada, Pascal 和 C 的程式語法開發出高階程式語言，適合撰寫較複雜的演算法，以及打造專屬函數庫用。
Graphical：
  • Ladder Diagram, LD：基於繼電器梯形邏輯，易於習慣電路開關設計和傳統 PLC 程式開發人員使用。
  • Function Block Diagram, FBD：類似電路版設計，以處理元件之間信號的流動角度來看待一個系統 。
  • Sequential Function Chart, SFC：以圖形方式來做流程控制 ，適合寫控制方面狀態機制 (state machine)，流程控制。
開發人員可以任意選用上述自己習慣的語法，或是適合該場景的語法來加速開發系統。 另外隨著 2013 年第三版的發布，物件導向功能被添加到規格中。藉此：類別、方法、介面和命名空間成為規格的一部分，同時也與新一代的軟體開發者產生互動以及和其他軟體工具建立連結。 所以對於企業來講，不管使用任何開發環境，最注重的不外乎成本、效率。在軟體開發上，要求的重點在於工程師可以在最短的時間開發出程式，程式具有可重用性，以及新人的訓練成本可以降到最低。無疑的 TwinCAT 系統在這方面是一個非常優秀的選項。
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  • 支援主要開放性工業網路
工業網路支援說明

開放性工業網路支援代表整個開發環境越容易整合不同廠商的的獨立模組、感測器、馬達...等系統必須元件，快速完成整個系統整合。目前完整支援的主要工業網路如下：

  • EtherCAT
  • LightBus
  • PROFIBUS
  • PROFINET
  • CANopen
  • DeviceNet
  • SERCOS
  • EtherNet/IP

其中 EtherCAT 介面目前已經成為各馬達驅動器廠商在推出開放工業網路版本的首選介面，該規格也是 Beckhoff 主導推廣，在馬達驅動器在相容性驗證上，TwinCAT 系統已成必備之工具。

開放性工業網路支援代表整個開發環境越容易整合不同廠商的的獨立模組、感測器、馬達…等系統必須元件，快速完成整個系統整合。目前完整支援的主要工業網路如下：

  • EtherCAT
  • LightBus
  • PROFIBUS
  • PROFINET
  • CANopen
  • DeviceNet
  • SERCOS
  • EtherNet/IP

其中 EtherCAT 介面目前已經成為各馬達驅動器廠商在推出開放工業網路版本的首選介面，該規格也是 Beckhoff 主導推廣，在馬達驅動器在相容性驗證上，TwinCAT 系統已成必備之工具。

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  • 系統規模可擴充性與靈活性
系統擴充說明

當接到開發專案，除了時程上要求能快速整合系統，另一個就是主要支援的電控系統能在成本與架構上，能有相對映的主控系統還支持該專案。 Beckhoff 在這方面也提供了各種規模系統來適應各種狀況：

同時上述系統都可自由搭配 Beckhoff I/O 系統，彈性自由的擴充出所需要電氣介面與工業網路，不會像其他廠商選定了某套小型系統，就被限制在有限數量 I/O，選定了大型系統，記憶體容量或擴充介面增加會造成成本價格直接翻上了好幾倍。 也就是依設備開發需求，使用同一套開發軟體 TwinCAT，依照系統的要求搭配出適合的電控系統來完成專案的開發。

當接到開發專案，除了時程上要求能快速整合系統，另一個就是主要支援的電控系統能在成本與架構上，能有相對映的主控系統還支持該專案。 Beckhoff 在這方面也提供了各種規模系統來適應各種狀況：

同時上述系統都可自由搭配 Beckhoff I/O 系統，彈性自由的擴充出所需要電氣介面與工業網路，不會像其他廠商選定了某套小型系統，就被限制在有限數量 I/O，選定了大型系統，記憶體容量或擴充介面增加會造成成本價格直接翻上了好幾倍。 也就是依設備開發需求，使用同一套開發軟體 TwinCAT，依照系統的要求搭配出適合的電控系統來完成專案的開發。

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  • 強大的機台跑貨資料收集能力
跑貨資料收集說明

當機台進入高階製程，產品製造過程中系統失效的錯誤防止、生產良率的趨勢...等，不管是之前提倡概念 FDC (Fault Detection Classification) 在線上預測關於機台或產品可能發生的異常 ，或是加入目前熱門的 AI 技術來協助跑貨分析，其先決條件都是 PLC 控制器能即時大量的收集資料，並將收集資訊存檔或即時回傳後端的分析系統。

TwinCAT PLC 與 Windows 系統完美的整合在同一台 PC 執行，再加上高速工業網路整合，以及 PC 上低成本的記憶體擴充等特性。在得在成本與資料收集、交換、上傳等，都是目前 PLC 系統上最強的組合。

當機台進入高階製程，產品製造過程中系統失效的錯誤防止、生產良率的趨勢…等，不管是之前提倡概念 FDC (Fault Detection Classification) 在線上預測關於機台或產品可能發生的異常 ，或是加入目前熱門的 AI 技術來協助跑貨分析，其先決條件都是 PLC 控制器能即時大量的收集資料，並將收集資訊存檔或即時回傳後端的分析系統。

TwinCAT PLC 與 Windows 系統完美的整合在同一台 PC 執行，再加上高速工業網路整合，以及 PC 上低成本的記憶體擴充等特性。在得在成本與資料收集、交換、上傳等，都是目前 PLC 系統上最強的組合。

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  • 與主流 PC 開發環境的整合能力
開發環境說明

TwinCAT 開發環境由 TwinCAT 2 升級到 TwinCAT 3 中與Microsoft Visual Studio® 整合，提供了一系列其他優秀的功能：

  • 減少工程工作量：TwinCAT 3 將所有工程模組整合到Microsoft Visual Studio® 中。從 PLC 程式寫作到可視化和數據分析，所有操作都在一個整合的環境中完成。這不僅有助於降低培訓和熟悉成本，還可以透過與 Git 等程式碼管理系統的連接，使團隊成員共同進行TwinCAT 項目的工作，從個別更改到整個版本的管理變得輕鬆。此外，因為可以將專案持續改進和持續提交納入工程工作流程中，使得現代敏捷開發方法得以實現。
  • 極大的靈活性：TwinCAT 3 實現了硬體無關的應用程序開發：從小型的基於 ARM 的控制器到多核 CPU。在寫作即時控制軟體時，可以靈活地選擇 IEC 61131-3 程式語言、C++ 和 MATLAB® / Simulink®。
  • 高效的項目規劃：TwinCAT 的模組化架構有助於重複使用和維護軟體模組。可以基於物件導向的程式寫作生成可重用的結構化程式碼。模組之間的通信也可以通過標準化的數據交換輕鬆實現，以便在 IEC 61131-3 編程語言、C++ 或 MATLAB® / Simulink® 中靈活地組合這些模組。
  • 自由選擇程式介面：TwinCAT 3 提供了廣泛的介面，便於通過 OPC UA 和其他協議與 IT 世界中的數據庫和雲系統連接。現有的協議可以通過客戶特定的調整進行擴充。

TwinCAT 開發環境由 TwinCAT 2 升級到 TwinCAT 3 中與Microsoft Visual Studio® 整合，提供了一系列其他優秀的功能：

  • 減少工程工作量：TwinCAT 3 將所有工程模組整合到Microsoft Visual Studio® 中。從 PLC 程式寫作到可視化和數據分析，所有操作都在一個整合的環境中完成。這不僅有助於降低培訓和熟悉成本，還可以透過與 Git 等程式碼管理系統的連接，使團隊成員共同進行TwinCAT 項目的工作，從個別更改到整個版本的管理變得輕鬆。此外，因為可以將專案持續改進和持續提交納入工程工作流程中，使得現代敏捷開發方法得以實現。
  • 極大的靈活性：TwinCAT 3 實現了硬體無關的應用程序開發：從小型的基於 ARM 的控制器到多核 CPU。在寫作即時控制軟體時，可以靈活地選擇 IEC 61131-3 程式語言、C++ 和 MATLAB® / Simulink®。
  • 高效的項目規劃：TwinCAT 的模組化架構有助於重複使用和維護軟體模組。可以基於物件導向的程式寫作生成可重用的結構化程式碼。模組之間的通信也可以通過標準化的數據交換輕鬆實現，以便在 IEC 61131-3 編程語言、C++ 或 MATLAB® / Simulink® 中靈活地組合這些模組。
  • 自由選擇程式介面：TwinCAT 3 提供了廣泛的介面，便於通過 OPC UA 和其他協議與 IT 世界中的數據庫和雲系統連接。現有的協議可以通過客戶特定的調整進行擴充。
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  • 完善的線上開放資源
開放資源說明
在選擇開發系統時，開發文件的取得的方便性與開發系統的全功能測試也是一個關鍵。Beckhoff 在線上資訊系統（https://infosys.beckhoff.com/index_en.htm）提供完整的開發手冊可以直接閱讀。TwinCAT 3 提供 7 天全功能測執行能力，超過 7 天可以再次啟動執行程式，可以在開發過程完整測試程式功能，以及評估適於執行該專案的最佳電控系統規模。
在選擇開發系統時，開發文件的取得的方便性與開發系統的全功能測試也是一個關鍵。Beckhoff 在線上資訊系統（https://infosys.beckhoff.com/index_en.htm）提供完整的開發手冊可以直接閱讀。TwinCAT 3 提供 7 天全功能測執行能力，超過 7 天可以再次啟動執行程式，可以在開發過程完整測試程式功能，以及評估適於執行該專案的最佳電控系統規模。

歷年實績

  • 2002 年投入半導體單片濕式蝕刻機台控制系統開發，2012 年突破百台上線開發實績，歷年來陸續完成過專案包含晶圓轉移，半導體浸泡蝕刻機台，PCB 電測檢驗機台…等。