基于 PC 的数控机床控制解决方案
高速度和高精度的软件协调控制
TwinCAT CNC 为激光熔覆技术助力
倍福支持 Umati — 开放的通用机床接口标准
用于实现与数控机床之间的标准通讯
TwinCAT 3 CNC Milling Base
Comprehensive cycle library for triple-axis milling and drilling
人们对现代化数控机床系统在灵活性、高速实现完美加工效果、能效、透明度和互联互通方面的要求不断提升，倍福基于 PC 的控制技术为高效应对这些挑战提供理想解决方案。无论是加工、蚀刻、表面精加工还是激光加工，倍福都可凭借其可扩展且性能强大的软硬件产品系列为这些应用量身定制控制解决方案：从纯粹的顺序控制到高性能的 CNC 系统。系统的核心就是倍福工业 PC，它们总是搭载新型处理器和先进的组件，具有出色的实时性，可以提供强大的计算能力，甚至可以实现非常复杂的多轴定位算法。同时，PC 控制器具有无缝连接控制系统所需的开放性，从而满足实现 21 世纪网络化生产的决定性标准。EtherCAT 可以确保实现与所连接的现场设备之间进行超高速通讯，以及运动和工艺过程的高精度同步，可为使用激光等技术提供显著的竞争优势。TwinCAT 自动化软件最后将 PLC、NC 和 CNC 功能以及开发环境整合在同一个系统中，既可用于控制单台机床，也可控制复杂制造系统。
在过去的几年里，倍福作为解决方案供应商已经在市场上牢固树立了自己的品牌地位，并已经有了大范围的应用，无论是在机械工程还是模具制造领域，无论是在航空航天、医疗技术还是增材制造领域，并将其全面的专业知识应用于交叉学科解决方案中。作为 VDW 协会的成员之一，倍福从一开始就一直参与新的 OPC-40501-1 连接标准（作为 Umati 项目的一部分）的开发和制定工作。因此，倍福再次彰显了其作为数控机床行业创新合作伙伴的综合能力。
一目了然：基于 PC 的控制技术在数控机床领域中的优势显著
倍福的技术亮点助力提升您的数控机床加工效率
生产力和加工效率仍然是评判机床设计方案是否成功的主要标准。基于 PC 的控制技术让机床制造商拥有一个可以自由支配的模块化的自动化工具包，其中所包含的组件在性能方面可以精确扩展。TwinCAT 将 PLC、CNC、分析和连接等所有所需的功能都映射在一个通用软件环境中。这样可以减少接口，节省集成成本。客户可以借助标准的编辑器开发 CNC 功能，并以 TcCOM 模块的形式集成到数控系统内核的实时堆栈中，并有效保护数据不被第三方访问，也可以选择将整个开发环境移到云端。这样可以支持分布式的开发团队，减少机床制造商 IT 软件的多样性。预测性维护和工艺流程的持续优化可以确保提高机床加工效率。倍福的 TwinCAT Analytics 是实现此目的的理想软件工具，它能够通过配置周期同步分析链的方式来添加相关数据，既可在本地运行，也可在云端运行。
倍福丰富多样的驱动产品系列具有高可扩展性，可为实现各种运动任务提供合适的解决方案。无论是旋转电机还是直线电机，无论是集中式控制还是分布式控制：先进的控制算法可以精确实施 CNC 位置规范，确保高速高精度地进行工件加工，并通过快速装卸刀具和工件减少非生产性时间。倍福的所有 I/O 组件都可以灵活连接执行器和传感器，这也是倍福 I/O 产品的重要特征。倍福可以提供支持所有常见现场总线和信号形式、防护等级从 IP20 至 IP67 的 I/O 模块。可显著减少布线工作的 EJ 插拔式模块特别适合用于批量生产应用。操作方式也往往决定了一台设备的生产效率。倍福可以提供多种不同类型的控制面板，以满足客户的个性化需求。既可为客户提供专属按键分配，也可完全按照客户要求量身定制整个面板。在软件方面，倍福的 TwinCAT HMI 可以基于当前的网络技术实现现代化的用户界面。
倍福 CNC 系统助力提升数控机床效率：性能可精确扩展
倍福可以为所有性能等级及类型的数控机床提供模块化、可扩展的控制解决方案。工业 PC 产品系列从集成有 I/O 接口的紧凑型嵌入式控制器一直延伸到搭载多核及众核处理器的高性能工业 PC。大量可选的控制面板确保为数控机床提供现代多点触控操作的便利性。支持 100 多种信号类型的 EtherCAT 端子模块覆盖了所有系列的传感器和执行器。驱动产品系列包括紧凑型伺服端子模块、性能强大的 EtherCAT 驱动器以及采用单电缆技术的高动态伺服电机。倍福 CNC 解决方案的核心是 TwinCAT 软件 — 集所有 CNC、PLC 和安全功能于一体的通用开发和控制平台。
倍福的模块化、开放式软件和硬件解决方案在计算性能、复杂性及成本方面具有可扩展性，可以很好地满足市场对数控机床方案的高要求。用户可以根据具体的性能需求，从一个工具包中进行挑选，组装一个与机床类型和尺寸完全配套的控制解决方案。因此，可以轻松实现系统转换以及数控机床和自动化系统的扩展。
TwinCAT：数控机床通用软件平台
TwinCAT 自动化软件由用于实时执行 PLC、HMI、NC、CNC 和机器人应用程序的 Runtime 系统构成，同时也为编程、诊断和配置提供理想的开发环境。所有主要的 IEC 61131-3 编程语言都可用于实时应用程序。C/C++ 和 MATLAB®/Simulink® 模块可以通过现有接口在 TwinCAT 实时环境中运行。面向对象的 IEC 61131-3 标准语言扩展能够能够很好地实现编程代码的模块化，将数控机床功能集成到软件中，从而改善结构，提高应用程序的复用性和可扩展性。开放的接口以及新技术标准的使用为用户提供了更多选择，如集成到现有的可视化、控制和数据库系统中或与云端通讯。
TwinCAT 自动化软件已针对数控机床应用进行过优化，通过该软件可以在同一个系统中实现从小型应用到大型复杂应用中的所有控制任务、HMI 和物联网应用。大量通用的软件功能可满足数控机床应用中的典型要求，帮助实现机床功能的高效开发和实施。
倍福针对数控机床的技术亮点
基于 PC 的控制技术能够显著提升数控机床的生产效率
倍福凭借在机床行业多年积累的专业知识和丰富经验，可为数控机床行业提供成本和性能优化的定制化控制解决方案。基于 PC 的控制技术可以助力提升数控机床的加工效率。由标准组件构成的硬件和软件平台将所有自动化及 CNC 功能集成于一体。该平台具有可扩展性强的特点，能够满足所有性能等级需求，因此适用于所有数控机床类型。机床制造商在开发控制解决方案时只需要购买应用所需的性能组件即可，因此控制解决方案在成本上也更具竞争力。由于所有控制功能都在软件中映射，因此可以轻松地对机床的附加功能进行改造，同时还能够集成针对智能化生产方式的功能。
倍福始终坚持自主开发和生产工业 PC，包括主板、TwinCAT 自动化软件和 EtherCAT 实时现场总线系统，很好地满足了基于 PC 的工业控制要求。硬件产品的长期可供货能力、工业设计、实时性、丰富的诊断功能以及性能可扩展性构成了倍福 PC 控制技术的基础。随着 PC 领域的不断发展，例如处理器技术的发展，不断融入到倍福工业 PC 的开发过程中，从而保证工业 PC 性能在未来能有机、自动地提升。与此同时，基于 PC 的控制技术可以优化所有数控机床的关键生产参数。缩短循环时间可实现高速加工以及刀具和工件的快速更换，提高机床的生产效率。先进的控制算法可显著提高工件加工精度，同时提高工艺质量。其它优点还包括能够提高可用性和投资保护，能够直接提高机床制造商和终端客户的竞争力。
简单、安全地整合自己的工艺知识
倍福的 TwinCAT 3 软件平台可以提供一个模块化的自动化工具包，客户可以通过它轻松进行功能扩展。TcCOM 概念与众所周知的 Microsoft COM 技术相似，但它适合在实时环境中使用。客户专属软件模块可以通过 TcCOM 安全、灵活地集成到 TwinCAT 系统中，并直接连接倍福控制组件。
TcCOM 模块有自己提供的模式和定义接口，用户也能通过TcCOM使用能自己模式和定义接口。例如，在用 C ++ 或 MATLAB®/Simulink® 实施的客户专属方法（如特殊轴变换）可以直接从另一个标准模块（如 CNC）中调用。此外，还可以使用工业兼容硬件加密狗对用户创建的软件进行保护，并为机床授权。
TcCOM 为此提供了一个开放式接口，客户可以通过这个接口将自己的工艺知识以特殊的、定制化功能的形式安全地集成到标准控制系统中。这样可以带来的一大好处是，核心竞争力完全握在客户自己手中，保护其知识产权免受第三方侵害。而且客户还可以方便快速地进行修改和调整。配置在 TwinCAT 开发环境中进行，而 TwinCAT Runtime 会实时验证使用授权。这样可以有效、可靠地保护软件或客户的专有技术。
EtherCAT for maximum speed and accuracy
EtherCAT 技术由倍福于 2003 年推出，并作为自动化技术的开放式标准提供。EtherCAT 具有数据传输速度快、同步精度高、拓扑选择灵活、诊断功能全面及配置简单等特点，非常适合用于数控机床加工领域。EtherCAT 的出色性能可从根本上缩短数控机床的加工周期，同时提高加工精度。
EtherCAT 实时现场总线系统将 I/O、安全技术和驱动总线系统集成为一体，负责实现整个过程通讯。由于 EtherCAT 技术在全球范围内广泛使用，市场上有大量支持 EtherCAT 技术的传感器和执行器，保证了较高的投资安全性，并为应用中遇到的每个难题提供合适的解决方案。CANopen、IO-Link 和 PROFINET 等传统现场总线系统的信号可以通过相应的主站和从站模块轻松地集成到 EtherCAT 网段中。
高速、高精度的倍福 XFC 极速控制技术解决方案基于 EtherCAT 高速通讯网络和针对 XFC 进行过优化、可高精度记录信号或触发动作的 I/O 模块，可以实现小于 100 μs 的 I/O 响应时间。XFC 技术可以应用于高确定性地同步处理机床加工过程中的开关信号。TwinCAT NC 和 CNC 具有处理这些信号的特殊功能。
MX-System 助力实现无控制柜自动化解决方案
MX-System 在设备和系统工程领域首次实现了无控制柜自动化解决方案。由模块化组件构成的底板和功能模块打造出完整的系统，它拥有控制柜具备的所有功能：供电、熔断器保护和配电、辅助电压的生成和监测、带输入输出的控制系统、电机和执行机构的控制以及现场设备连接层。MX-System 通过可自由选择的工业 PC、耦合器、I/O、运动控制、继电器和系统模块集成所有设备功能，这些模块可以根据具体应用进行配置和组合。
模块整体遵循设计一致性原则，符合各项国际标准，极大地减少了规划、装配、设备安装及维护工作。由于 MX-System 实现同样的需求所需的组件比传统控制柜的制造要少得多，因此在结构上比之前的解决方案更加紧凑， 不仅能够减少系统占地面积，同时还能提升系统利用率和灵活性。在控制系统生命周期的每个阶段，MX-System 相对传统控制柜都具有显著优势。
MX-System 可为机床行业带来的主要优势包括：
- 针对简单 PLC 应用的标准化平台，一直延申到多轴数控机床
- 支持各种尺寸机床的集中式和分布式控制解决方案
- IP67 级外壳适用于金属材料成型、加工以及增材制造等所有金属加工领域
- 减少工程设计、装配和测试工作，提高设备加工效率
- 可以通过添加 EtherCAT 端子盒和 AMP8000 分布式伺服驱动系统的方式灵活扩展
- 通过 FSoE 将安全功能集成到驱动器和 I/O 中
TwinSAFE：开放且可扩展的安全技术
倍福的 TwinSAFE安全解决方案在软件和硬件上都具有可扩展性，能够满足数控机床的安全要求。由于 TwinSAFE 端子模块采用模块化设计，具有很好的通用性，因此它们能够无缝集成到倍福控制系统中。倍福的 I/O 家族有总线端子模块、EtherCAT 端子模块、 EtherCAT 插拔式模块和 EtherCAT 端子盒等外形各异的产品系列可选，满足 EN 61508:2010 标准中规定的 SIL 3 安全等级以及 EN ISO 13849-1:2016-06 标准中规定的 Cat 4/PLe 安全等级。
在驱动技术领域，几乎不再会有无安全功能的数控机床控制解决方案。因此，倍福很早就在其驱动解决方案中集成了 TwinSAFE 运动控制功能，包括标准和紧凑型驱动产品。
它们能够通过标准总线系统传输安全相关的信号，在规划、安装、操作、维护、诊断及成本等方面具有巨大的优势。安全应用程序在 TwinCAT 自动化软件中进行组态或编程，然后通过现场总线传输给 TwinSAFE 逻辑组件，它是 TwinSAFE 系统的核心。数控机床中的所有安全设备都与逻辑组件通讯。
倍福针对数控机床的产品亮点
通用 CNC 软件控制平台 —从入门级到高性能解决方案
TwinCAT NC I 是用于插补轨迹运动和机器人技术的低成本入门级解决方案，取代了传统的轴模块。针对各种机器人运动学的强大软件库进一步完善了用于各种装配和搬运任务的 TwinCAT NC I。它支持数控领域中人们所熟知的现场总线系统和 CNC 领域中的编程标准，如 DIN 66025。
倍福的 TwinCAT CNC 纯软件解决方案提供全面、强大和可扩展的 CNC 功能。TwinCAT CNC 涵盖了全部的常规 CNC 轨迹控制功能，包括用于复杂运动控制和运动学要求的高端系统。最多可以控制 128 根插补轴和 32 个通道以及各种坐标和运动学变换。
所需的轴和主轴功能、插补和进给功能、刀具和辅助功能以及具有特定扩展的循环编程可提供用于各种加工技术（铣削、车削、磨削、放电加工、成型、切割、增材制造和特种设备）。
TwinCAT HMI — 快速实现个性化数控机床用户界面
TwinCAT HMI 可以统一使用得到广泛应用的 HTML5、JavaScript 和 CSS 等 IT 标准。通过将完整的图形编辑器与人们所熟悉的 TwinCAT 3 开发环境中的工具包集成在一起，可以毫不费力地创建各种可视化界面。
使用上述 IT 标准或高级编程语言可以实现不属于可视化工具包的客户专属功能。所创建的可视化功能独立于客户端平台，并具有很好的响应能力。强大的底层架构便于实现各种应用场景：从本地面板解决方案，到多客户端、多服务器和多实时核解决方案。
现成的、行业专用的操作和编程界面可用于数控机床加工应用。
倍福提供的 TwinCAT HMI 和种类繁多的控制面板和面板型 PC 系列都具有可扩展性，可以实现灵活的操作方案：
- 操作简单、开放并基于 HTML5
- 平台独立性
- 集成 Visual Studio®
- 只需设置参数，无需编程
基于云端计算实现数控机床预测性维护的自动化
倍福开发的 TwinCAT IoT 软件库确保设备控制器及云服务之间的安全通讯。它支持 OPC UA、AMQP 及 MQTT 等标准化协议，用于与如 Microsoft Azure™、Amazon Web Services 等常用公有云系统以及公司内网的私有云系统通讯。内置安全机制可防止未经授权的访问造成数据滥用，进一步保护企业的知识产权。
TwinCAT Analytics 可以周期性地无缝记录和同步分析过程数据，以便用于诸如状态监测、预测性维护和设备优化等应用。这样，使用适当的分析工具就可以从存储的数据中得出所有所需的信息，优化机床能效或工艺流程。事后分析、零星错误的诊断、质量损失的早期检测和生产瓶颈的检测有助于提高机床的可靠性和可用性。
数据分析还可为制造商提供有关其设备运行性能的大量信息，可用于未来的设计和生产过程，从而降低成本并实现理想的设备布局。
TwinCAT OPC UA 和 Umati 用于安全地无缝集成机床、设备和 IT 系统
OPC UA 通讯协议是现代制造业中不可或缺的一部分，这款 IEC 协议独立于平台和供应商，内置安全机制和可扩展的信息模型，因此很快在全球得到广泛应用。特别是在工业 4.0 和 IIoT 的背景下，OPC UA 的这些特性变得越来越重要。
倍福作为开放式控制技术的先驱，从一开始就积极支持推进 OPC 标准化工作的实施。公司积极参与 Umati 联盟的工作就是一个很好的说明。在 VDW（德国机床制造商协会）的领导下，联盟设定了基于 OPC 建立机床行业信息模型的目标。自 2020 年 9 月起以 OPC 40501-1 的形式提供。第一个版本的重点是数控机床与 MES 和 ERP 系统的标准化连接。相应的描述文件可以加载到 TwinCAT OPC UA 服务器中，并方便地由控制器提供数据。用户可以通过定义的接口获得有关机床状态、使用的刀具或即将发生的事件等信息。
当然，TwinCAT OPC UA 也可以作为 OPC 客户端运行，因此可以处理其它 OPC 服务器中的信息。在 Umati 背景下，这表示基于 TwinCAT 的边缘控制设备可以通过 Umati或现场总线接口接收外部控制器中的信息，在必要时补充更多的传感器信号（例如通过高精度 ELM 模块），然后将其作为 Umati服务器提供给外界 — 在这个应用场景中，甚至可以给现有的老旧机床添加 Umati 功能。也可以通过这种方式轻松实现数据聚合解决方案，以便对多台机床信息进行预处理。
具有高可扩展性的高性能工业 PC 可以全方位满足数控机床加工应用的性能需求
倍福可以提供精确满足各种性能等级要求的工业 PC、嵌入式控制器、控制面板和面板型 PC 产品系列，全方位满足数控机床加工应用需求。倍福的工业 PC 性能从小到大，应有尽有：例如最多可配置四个处理器核、尺寸仅为 82 x 82 x 40 毫米的超紧凑型工业 PC，直接集成 I/O 级、最多可配置 12 个处理器核的 CX 系列嵌入式控制器，以及最多可集成 36 个处理器核的众核设备控制器。另外，还有各种各样的设计和外壳样式：从适合控制柜安装或安装臂安装的面板型 PC 到安装在 DIN 导轨上的嵌入式控制器，以及控制柜安装式工业 PC。各种外壳设计、连接器选项和各种接口进一步完善了倍福的多样化工业 PC 产品系列。
随着现代处理器性能的提高，倍福不仅在自动化平台中集成了越来越多的功能，而且还可以在日益紧凑的结构中提供更高性能。这样可以缩小控制柜体积，减少机床占地面积，节省宝贵的生产空间。性能强大并可扩展的倍福工业 PC 普遍适用于所有类型的机床和性能需求：从紧凑型到复杂型，从 HSC 铣床到针对不同切割任务的高性能标准型机床。工业 PC 平台在空间要求、性能及成本方面都可根据每个应用的需求精确扩展。
倍福控制面板：外观精美，通用性强
全新一代倍福面板采用符合行业标准的多点触控显示屏，可为数控机床加工中的任何应用提供合适的解决方案。对于单点触控用户来说，新一代的面板的性价比也非常高，是一款智能的解决方案，可以替代其它系统。
技术亮点：
- 显示屏尺寸有 7 到 24 英寸 （16:9，5:4，4:3）可选
- 有横屏和竖屏模式可选
- 多点触控（PCT）：例如用于 5 指或双手触控操作
- 高触点密度，确保操作安全、可靠
- 高品质铝质外壳，由实心块铣削而成
- 显示屏正面有金属边框保护
- 有适合控制柜安装或安装臂安装的型号可选
- 带 CP-Link 4 或 DVI/USB-Extended 接口的控制面板
- CPU 范围从 Intel® Atom™ 到 Core™ i7 的面板型 PC
- 可选的机电按钮扩展件
行业专用控制面板
倍福可为机床的操作和监控提供多款多点触控面板，有效提升数控机床的操作便利性。控制面板已被开发出来用作为控制单元，用于机床行业的通用领域，符合在汽车行业中所通用的 Transline 概念。针对 CNC 应用进行过优化的按钮扩展单元用于简单、方便地进行数控机床操作。控制面板有适合控制柜安装或安装臂安装的型号可选，并且可根据客户在设计、配置及功能方面的具体需求精确调整。
客户定制控制面板解决方案可提高操作便利性
倍福定制化面板的设计基于各种标准控制面板。它们可以按照数控机床和 CNC 标准根据客户具体需求进行调整（如通过按键扩展和定制操作元件），实现针对特定应用量身定制的符合人体工程学的设计，从而优化和实现直观的机床操作。
定制化控制面板采用个性化的外壳设计，包括公司 LOGO、客户专用的薄膜键盘，以及根据客户品牌标准定制的外壳设计和配色方案，使得机床拥有辨识度高的外观。控制面板和工业 PC 可以使用不同的接口，可以自由选择连接方式，因此能够进一步提高个性化生产的灵活性。
高可扩展性和模块化设计：倍福针对数控机床的 I/O 套件。
“独立于现场总线”的总线端子模块和高性能 EtherCAT 端子模块可提供用于 100 多种不同的信号类型，它们具有不同的 I/O 通道密度 — 从 1 到 16 个通道。倍福支持所有常用的现场总线系统，包括 EtherCAT、PROFINET、EtherNet/IP 和 CANopen。为用户可以实现任何机床 I/O 架构提供了很大的灵活性和开放性。在更换现场总线时，只需更换现场总线接口；可以轻松连接外围系统，并且可以将机床集成到现有的生产环境中。安全技术通过 TwinSAFE I/O 模块无缝集成到整个 I/O 系统中，安全信号可以根据需要与标准信号混合在一起传输。
单电缆自动化解决方案也为现场层提供了更多优势： EtherCAT P 将工业以太网通讯和所连接的用电设备的电源整合在一根标准以太网电缆中，通过设备直接供电。EtherCAT P 可以实现级联、提高可扩展性以及灵活的拓扑结构，从而降低了材料、安装和接口连接成本，简化了调试工作。
倍福的 EtherCAT 插拔式模块（EJ 模块）为机械制造中的批量生产应用提供了理想的解决方案。EJ 模块基于成熟的 EtherCAT I/O 系统，可以直接插接到印刷电路板上。预制的电缆线束取代了耗时繁琐的人工接线，大大提高了生产速度和效率，特别是对于中等规模以及大批量机器生产。
倍福驱动技术适用于所有应用：从紧凑型到高性能产品线
倍福驱动技术可以与 TwinCAT 自动化软件中运动控制解决方案结合，构成一个适用于数控机床应用的完整的驱动系统。它具有模块化和精确可扩展性特点，可以为所有应用领域以及满足每个性能要求提供合适的解决方案：从适合“小型驱动任务”的超紧凑型伺服端子模块到用于中高性能的 AX8000 和 AX5000 系列 EtherCAT 伺服驱动器。AX 系列中集成的控制技术支持高速、高动态性定位任务。各种直线和旋转伺服电机都是完全根据伺服驱动器量身打造，适用于实现高动态和高精度多轴定位任务。
AM8000 系列伺服电机的最大特点是采用了单电缆技术：它将动力和反馈系统组合在一根标准电机电缆中，以降低硬件和调试成本，从而能够设计出体积更小巧、功能更强大的机床。通过可选的多反馈卡可以连接更多的编码器信号（EnDAT 2.2）。EtherCAT 伺服端子模块价格经济、结构紧凑，非常适合用于实现小型控制任务。I/O 系统中可以提供最大 8 A 的解决方案，并能够连接防护等级为 IP20 或 IP67 的步进电机、伺服电机、直流电机和交流电机。