2019 汉诺威展会Beckhoff新技术盘点

保持对技术的好奇心，拓宽知识的边界，提高认识的分辨率

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内容摘要

德国每年有两大展会：4月的汉诺威展和11月纽伦堡 SPS，恰似工业界的华山论剑。彼时英雄云集，各大门派拿出本年度最新绝学真人展示。不少看客现场播报，朋友圈刷屏不断，远在欧亚大陆的另一端都能感受到技术控们面对科技盛筵的狂欢。

然而展会闭幕繁华落尽，谁还记得有多少硬核干货与每日工作悉悉相关？先面对眼前的苟且，再梦想诗和远方，且听小编为您盘点2019汉诺威展会上Beckhoff推出的最新技术。

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第1类，从无到有

派生机型TwinCAT项目管理

TC3 Build4024中将免费提供派生机型的管理功能。

设备制造商经常在一种基本机型上派生出多种机型，TC3的变体管理功能旨在一个TwinCAT 项目中管理这些不同机型的配置文件，方法是基于变体和变体组来管理不同的配置，比如禁用组件、设置轴参数、PLC代码的条件编译等。

TwinCAT 运行核时序监视

基于TC3 Build 4024，倍福提供实时核监测工具TE1010：TwinCAT Realtime Monitor。

Real time设置一直是非常有经验的工程师才能处理的工作，此前一直没有手段来显示一个任务以及多个任务之间的时序。TE1010就用于显示一个周期内多个任务的时序，如图所示：



图1 监视的CPU核及任务选择



图2 多个任务的时序图

不过到目前为止还不能精确显示不同CPU核上的任务之间的时间先后顺序。

TwinCAT 跨系统的时间戳

每个TwinCAT系统都有内置的时间和时间戳，但是不同系统间的时间却是互相独立的。对于包含多个控制器的大型系统，当不同控制器的数据和时间需要放到一起对比分析的时候，就需要统一的时间基准。将要发布的TwinCAT 3.1 Build 4024提供外部时间偏移，任何数据都可以打上时间戳，而不用修改各TwinCAT系统的内部时间（注意：该功能不支持CE）。

时间偏移的工作原理如图：


图3 无统一基准的时间和数据



图4 有统一基准的时间和数据



图5 时间偏移的机制

TwinCAT支持4种偏移：

None：默认是无外部修正；

Soft: 软件偏移NTP，即互联网授时，精度为1～50毫秒（全球）。微软公司已将网络时间协议嵌入到Windows XP系统中，只要计算机能联网，就能进行局域网或广域网内的计算机时间校准。

Medium: IEEE1588偏移

Hard:硬件时钟偏移

绝大多数应用，NTP的精度已经足够，但是要求控制器上互联网。如果不具备上网条件，就必须添加硬件，使用IEEE1588网络时钟或者硬件时钟同步。当然，后两者的精度也更高。

多用户访问

对于大型项目，如果需要多人共同开发，TwinCAT 3.1 Build 4024还免费提供程序项目的多用户访问功能。在控制器或者指定的PC上实现本地的源代码管理（Gti），联网的每个开发人员都可以看到当前的代码和历史版本，并且可以合并（控制器上的）多个本地项目到中央资料库。



图6  多用户访问

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第2类 从有到精

TC3 ADS加密通讯

ADS通讯是TwinCAT系统与外部连接的基本通讯方式，但是此前的ADS通讯一旦添加路由成功，Client就可以访问TwinCAT的任何地址任何变量。TC3 Build 4024版本，新开辟了TCP端口8016用于“编程PC与控制器”、“控制器与控制”之间的ADS加密通讯。注意：加密只是对远程访问的加密，而控制器本地的ADS通讯总是允许的，谁能访问ADS谁就可以任意控制机器。

ADS的安全措施包含3种：

自签名认证SSC：在TC3 Build4024中默认的安全措施就是SSC，第1次启动时自动生成

预发布的Key：用户名和密码；用域或者工作组；单个设备生成授权（类似的无线路由器的绑定MacId?）

CAs认证：客户自行生成和配置的认证文件

TC3 ADS接口扩展了Reactive功能

适用于客户端使用Notification（通知）方式访问ADS Server数据的时候，易于脱离Sync来实现通知，内置了过滤功能（最大值/最小值），内置堆栈Buffer（可获取历史Notification数据）。ADS的Reactive可以用在要求高速响应的场合，由于内置了Buffer所以在ADS通讯故障恢复后仍能追加记录故障期间的数据。

www.nuget.org上已经可以下载相关的Package。进Package页面，搜索Beckhoff即可。

Beckhoff Infomation中有相关示例 (搜索ads.reactive)：

TC3的DB Server支持非关系型数据库MongoDB

TwinCAT Databaser Server由来已久，可以在PLC和各种关系型数据库之间实现桥接。但是在某些应用场合，用关系型数据库来记录工艺数据会使数据库异常庞大，此时客户会使用非关系型数据库。关于关系型与非关系型数据库的原理、优缺点对比，请各位看官自行百度。总之，在工业界使用的非关系型数据库中，MongoDB有一定的江湖地位，并且发展势迅猛。

新版的TC3 DB Server，就增加了对MongoDB的支持。原先的DB操作指令使用SQL语句，而操作非关系型数据库（比如MongoDB）时就要使用功能块：

FB_NoSQLQureryBuiler_DocumentDB，

其中No表示Not Only。

TwinCAT Scope支持OPC UA，可以监视第三方设备

Scope电子示波器功能也是个老产品，最新版 3.3.3140中不仅提供XY模式、Single Bar单柱状图模式，还象物理示波器一样，提供7段数显模式。

Scope 分为专业版和免费版。最新的专业版中还增加了一个功能：可以显示第三方OPC UA Server上的变量曲线。这意味着Scope中的曲线分析、数据导出、远程记录、1小时以上的超长时间记录等功能，都可以用于第三方设备。

C++ 程序的在线修改

众所周知，PLC程序可以在线修改。但运行在TwinCAT 实时核中的C++程序要在线修改就没那么容易了。TC3 Build 4024将提供类似于PLC在线修改的功能：

首先创建一个C++项目，选择TwinCAT Versioned C++ Project以及TC Module Class online Changeable，还要使用Beckhoff Signed证书来设置签名。

然后用包含多个版本的repository发布C++项目，发布时要设置版本。每次发布的版本这些版本将转换到运行模式的TC3 XAR中

运行时，就可以在TcCOM Object的Online Changeable Object页面中进地版本切换。在新的模块实例启动时会接管之前的数据，从而实现代码更新。可见这个过程不能完全等同于PLC的在线修功能。

要在TwinCAT中创建C++可执行程序的签名，需要OEM证书。证书（Certificate）相当于数字护照，用户需要自己确保签发护照的相关章程。OEM证书只开放给成交的OEM客户，需要正式下单采购（价格为0），订货号：

TC0007-0000：标准的OEM授权，对应目前的OEM授权

TC0008-0000：增强型OEM授权，增加了C++签名功能

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第3类 网络新资源

TwinCAT RSS Feed订阅：

TwinCAT用户在Outlook中添加RSS源：http://www.beckhoff.com/english/rss/beckhoff-twincat-rss-feed.xml，就可以定期收到产品更新和特别通告。

Nuget上的BeckhoffPackage

在www.nuget.org可以下载多个倍福Packege。登入该网址，进Package页面，搜索Beckhoff即可。这些Package包括：

        Beckhoff.TwinCAT.Ads：

开发.NET 程序TwinCAT ADS Client组件。

        Beckhoff.TwinCAT.Ads.Reactive：

  TwinCAT Ads Client的Reactive扩展

        AdsClient.WinRT：

WinRT (phone/windows 8.1)的AdsClient

        AdsClient.Winsock：

  Net/Mono/Xamarin的AdsClient库

        AdsClient：

  AdsClient PCL library

        AdsRemote：

  TwinCAT.Ads API 库的高级语言接口

        TwinCat.Ads_v.4.1.8：

TwinCat.Ads for .NET

        TwinRx ：

通过ADS.Reactive连接.NET 应用和TwinCAT PLC的库

Danfoss驱动器集成了TwinCAT运行核

Danfoss把自己的配置工具集成到了TwinCAT，在驱动器里面集成了TwinCATRuntime，基于CX的硬件，从而更加智能。这种驱动器可以使用TwinCAT进行配置和编程。

TwinCAT Speech（TF4500）

TwinCAT推出了自动语音识别（ASR）和文本朗读（TTS）功能，无须联网，直接使用Windows标准多媒体设备。语音识别（ASR）支持：自建语法，可信度高，自定义对话框和工作流创建。文本朗读（TTS）支持：音频输入或者录音设备，语音合成标记语言，支持Amazon Polly。目前已经可以下载Beta版：https://portal.beckhoff.com/sites/twincatpm/internal/tf4500



图7 TwinCAT Speech 工作示例

倍福公司以技术创新为导向，每年都会有不少新技术问世，本期就先介绍到这里。不过我还在想，TwinCAT Speech支持26种语言，如果工程师调试机器过了12点，会不会听见PLC用普通话、广东话和English轮番喊他回家吃饭？



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