四十年前，当倍福将工业计算机提升至中央控制系统的地位时，一场范式转变悄然发生。四十年来，基于 PC 的控制技术一直将 IT 标准与摩尔定律的强大力量直接赋予机械与系统工程师。通过将 PLC、运动控制以及测量技术、机器人技术和机器视觉等技术集成到一个统一的平台中，如今，用户不仅能享受卓越的性能，还能显著节省成本和空间。
20 世纪 80 年代，工业生产的主要特征是采用基于硬件的传统 PLC。PLC 虽然可靠，但缺点也很明显：缺乏灵活性、成本高昂，且计算能力有限。1986 年，倍福针对这些局限性推出了第一套基于 PC 的设备控制系统，它显著提升了目标应用 — 一台双头斜切锯 — 的生产效率。
铸就您核心竞争力的基石
决定性的技术步骤在于将 PLC 功能从专有硬件中抽象出来，转变为基于工业 IT 组件的高度灵活解决方案。倍福通过为标准操作系统开发自有实时扩展 — 最初主要面向 Windows，此后也支持包括 TwinCAT/BSD 和 Linux® 在内的其它系统 — 确保了系统的确定性。设备制造商因此能够直接受益于 IT 领域的快速创新周期和不断提升的处理器性能。例如，早在 20 世纪 80 年代，基于 PC 的控制技术将软盘驱动器直接集成到了设备中。后续以太网通信的普及，为生产环节打通了对接数据库、ERP 系统与物联网方案的全新路径。如今，基于 PC 的控制技术已成为工厂中物理 AI 应用的核心基石。
为了将工业 PC 不断提升的计算能力直接应用到现场层，需要配备合适的 I/O 系统。因此，倍福为其基于 PC 的控制技术配套开发了自己的通信系统。最初，数据传输通过 Lightbus 总线进行。2003 年推出的 EtherCAT 如今已成为全球标准，被各行业及市场的用户广泛采用。与此同时，今年迎来 30 周年的 TwinCAT 自动化环境为软件层面提供了基础。自上市以来，TwinCAT 已发展为一套整体解决方案，将所有自动化功能集成于一个统一的软件平台。除了经典的逻辑控制和运动控制外，其功能范围还包括安全技术、测量技术、HMI、物联网连接，以及图像处理、机器人技术和工业 AI 工具。例如，通过基于 PC 的控制器实现所有流程的最佳同步，可为用户在动态性能和精度方面带来巨大优势。
从当今的角度来看，基于 PC 的控制技术这一成功理念，凭借其卓越的可扩展性和显著减少的接口数量而令人瞩目。“一台高性能工业 PC、一个同样功能强大的现场总线接口（连接传感器和执行器等外围设备），以及具备实时能力的运动控制和逻辑控制软件，就已足够。”公司创始人兼全球总裁 Hans Beckhoff 总结道。这种方法能够将所有设备功能 — 从简单的 PLC 到高度复杂的机器人控制 — 整合到单个控制器中。这样不仅能够节省空间、时间和成本，还能消除分布式控制器之间的延迟。
秉持倍福一贯的技术理念，自 20 世纪 80 年代起，倍福便在德国威斯特法伦地区自主研发、生产全系列电子组件和主板，严格遵循“德国制造”的至高品质标准。这一模式不仅为用户筑牢了产品安全与长期供货的双重保障，更让设备制造业能够一直跟上最新的 IT 标准与处理器的更新换代节奏。
基于 PC 的控制技术的四十年征程：范式变革，书写历史 — 创新先锋
基于 PC 的控制技术迎来了周年庆典。这场始于技术范式变革的浪潮，在过去 40 年间已演变为一段真正的成功传奇。然而，这段传奇的铸就离不开创新技术与另辟蹊径的勇气，以及一群深耕自动化行业数十载并始终满怀热忱的从业者。在本期及下一期《PC Control》杂志中，我们将对话这些基于 PC 的控制技术先驱者，倾听这段成功传奇如何在他们的日常工作中得以体现。
性能追求，永无止境
我与倍福产品结缘三十余年，积极投身于我们的工业 PC、面板及面板型 PC 的开发也已逾 20 年。对于我们工业 PC 产品经理团队而言，基于 PC 的控制技术既是馈赠，也是挑战。
为什么这么说呢？基于 PC 的控制技术取得成功的一大要素便是 CPU 性能的持续跃升。在全球应用需求的驱动下，Intel®、AMD 等科技巨头年复一年地推出性能更强、价格更优的处理器。
当自身解决方案的核心组件以近乎不可阻挡之势持续改进、优化、增强时 — 这无疑是一种幸运。然而与此同时，这也是一种不幸，因为将全球通用 CPU 转化为可靠的基于 PC 的控制硬件，需要大量专业知识和繁重的集成工作。外部环境条件、外部电磁干扰、对特殊接口（往往开发于多年前）的兼容支持、7 x 24小时不间断运行、对 CPU 实时性的极致要求，以及 CPU 的长期供货保障 — 这些仅仅是亟待攻克的课题中的一部分。
然而，唯有一次次系统性地攻克这些挑战，方能尽享技术的持续进步与性能不断提升带来的优势。这正是基于 PC 的控制技术成为全球硬件业务制胜法宝的原因。
40 年前，我们开创了基于 PC 的控制技术；30 年来，我们又始终以 TwinCAT 为载体，提供独特的高性能自动化软件，实为幸事。这不仅使我们自己受益，更为客户创造了切实价值，实现了真正的双赢！
长期可用性：核心优势
嵌入式控制器是倍福基于 PC 的控制理念的重要支柱。将工业 PC 安装到 DIN 导轨上的基本构想诞生于 21 世纪初，并于 2003 年首次量产。目标是打造一款尺寸尽可能小巧、可直接连接总线端子模块并搭载灵活的嵌入式 Windows 操作系统的 PC 控制器。这一理念催生了丰富的嵌入式控制器产品线，其独特优势至今仍为人称道：紧凑设计、闪存存储、嵌入式操作系统、可扩展的 CPU 系列、直接集成 I/O、模块化扩展能力、无风扇设计（尽可能），以及多样化的接口选项。
至少十年的长期供货，外加十年服务期，是倍福 CX 系列的核心优势之一。首款 CX1000 设备便是最佳例证：它直至 2024 年才停产，意味着它以不变规格供货长达 21 年之久。如此超长的供货周期之所以能够实现，是因为倍福自主研发并制造嵌入式控制器所需的所有电子元器件，包括主板。
CX 系列嵌入式控制器持续强力助推基于 PC 的控制技术的普及：其紧凑的 PLC 式外形设计深受传统控制工程师青睐，而完备的 PC 功能与 TwinCAT 自动化软件的结合，则全面满足了各类应用需求。
在软件中完全映射设备
TwinCAT 是基于 PC 的控制技术的核心。它与工业 PC、I/O 和驱动器共同构成完整系统，是连接所有组件并实现精准协同运行的软件纽带。
TwinCAT 可将任意 PC（无论底层操作系统为何）转化为强大的控制系统，集 PLC、运动控制、安全、测量技术、视觉和 AI 功能于一体。这一切都建立在 TwinCAT 四十年来为不同操作系统所提供的实时能力之上。
尽管基于 PC 的控制技术在多年前诞生之初曾备受质疑，如今却已成为公认的标准。凭借 TwinCAT，我们不仅深刻塑造了这一标准，更持续推动其迭代升级。时至今日，TwinCAT 已发展成为全球基于 PC 的控制技术领域应用最广泛的工具。
依托基于 PC 的控制技术和 TwinCAT，整台设备乃至整个系统都能在软件端完成完整映射 — 设备制造商沉淀的全部专有技术都可完全封装于应用软件之中。这意味着设备制造商彻底摆脱了特定硬件设备与操作系统的限制，而这一核心优势，TwinCAT 用户已经稳定享受了整整三十年。
高端自动化迈入全新维度
从传统 PLC 到基于 PC 的控制技术的转变，标志着自动化领域的一次巨大飞跃。基于 PC 的控制技术具有可扩展性强、灵活性高的特点，并提供近乎无限的算力支撑。其强大性能支持在同一控制系统内实现复杂的控制算法、多轴控制、图像处理以及复杂的应用程序，同时还能实现低于 1 毫秒的周期时间。
相比之下，传统 PLC 架构，以及传统现场总线和几乎所有的工业以太网系统，其周期时间都达到几毫秒。这对于非常简单的控制任务或许足够，但对于高动态设备、高精度运动控制应用或同步多轴系统而言，每多一毫秒都意味着质量和性能的明显损失。更短的周期时间能带来更快的响应、更高的吞吐量、更高的精度、更稳定的控制，并最终提升生产效率，这正是基于 PC 的控制技术所充分利用的优势。
而 EtherCAT 正是关键所在：作为唯一能完全支持基于 PC 的控制技术性能的现场总线系统，它不会成为瓶颈， 恰恰相反，EtherCAT 提供了该技术所要求的超高速通信。EtherCAT 特殊的工作原理使其几乎不增加 PC 的负载，也无需额外硬件：它完全通过现有的以太网接口以软件方式实现。
其结果是超强算力与超高速通信的完美共生 — 基于 PC 的控制技术与 EtherCAT 彼此赋能，共同迈向性能巅峰，为高端自动化开辟了全新维度。
不受专有技术束缚的创新力
如今，每当我在国际市场上与客户和合作伙伴交流时，基于 PC 的控制技术对倍福全球成功的推动作用，便一次次清晰地展现在眼前。从一开始，基于 PC 的控制理念就不仅仅是技术上的变革，它更是一次真正的范式变革。
如今，倍福约三分之二的销售额来自德国以外的市场，其根本原因在于基于 PC 的控制技术的开放性和灵活性。 倍福将“德国制造与生产”的深厚积淀与高性能标准硬件、智能软件深度融合，从而能够灵活响应全球各地的不同需求 — 从亚洲的半导体生产，到北美的包装机械，再到欧洲的高度自动化生产系统。
Windows、Linux®、EtherCAT 这类开放标准的优势在出口中尤为显著。这些标准便于集成到现有的 IT 与生产环境中，并在全球客户中建立信任。对许多合作伙伴而言，不受专有技术束缚的创新力代表着决定性的附加价值。
获益最多的，是那些早期就认识到基于 PC 的控制技术潜力并有意识地迈出这一步的客户 — 他们勇于开拓新领域的意愿往往很快得到了回报。正是开放性、可扩展性和创新实力这三大特质的结合，为倍福 40 年来在全球市场取得成功奠定了基础。
适用于所有应用的统一架构
半导体行业对精度、实时性、可靠性和灵活性有着最高的要求。纳米制程需要精确同步各类运动、快速处理大量传感器数据，以及运动控制、图像处理、温度控制和真空控制的无缝集成。
基于 PC 的控制技术将开环控制与闭环控制以及可视化与通信功能整合于一个开放的工业 PC 平台之上，而 EtherCAT 为其提供确定性和超高速的数据传输支持。
基于 PC 的控制技术的模块化和可扩展性意味着，从实验室设备到大型系统的所有应用，都可以通过相同的架构来实现。控制系统的灵活适配性意味着它也能快速高效地响应未来的需求。这一点，半导体行业早在多年前就已认识到。
结合我们的 TwinCAT 软件，视觉、安全控制器和基于 AI 的工艺分析等专用功能如今已集成其中。我们组件的长期可用性及其紧凑设计，使倍福基于 PC 的控制技术成为半导体行业的理想之选。
更高灵活性和更强的保护
在内部物流领域，全球许多头部终端客户，包括沃尔玛、亚马逊、UPS、联邦快递，其总部均设在美国。尽管欧洲较早采用了基于 PC 的控制技术，但美国内部物流行业过去更倾向于专有的 PLC 解决方案，然而，这一趋势正在快速转变。
供应链的韧性是一个关键驱动因素。全球供应链危机暴露了封闭 PLC 平台的弱点，组件一旦断供，项目就会陷入停滞，关键的仓储流程也会被迫中断，而基于 PC 的开放式控制平台为供应链提供了更高灵活性与抗风险能力。
第二项重大变化是 AI。不同于以往难以直接落地的的技术趋势，AI 已在仓储优化和订单处理环节带来了一系列可量化的实际效益，企业如今正意识到，AI 驱动的预测分析、预测性维护和运营智能正成为关键的竞争优势。
电子商务和快递服务市场竞争极为激烈，更快配送、更高可靠性、更低成本、更简便退货以及更少产品损坏的压力与日俱增，而利润却在不断缩减。 为此，企业正大力投资自动化和 AI，他们愈发意识到，传统的专有 PLC 系统既无法防范未来的供应链中断，也无法支持 AI 的深度集成，基于 PC 的开放式控制平台，已成为智能、自适应且高度优化的仓储流程的基础。
基于 PC 的控制技术的十大优势
基于 PC 的控制技术为机械工程应对工业数字化转型所带来的根本性变革提供了坚实基础。
通过将所有自动化功能作为软件模块无缝集成，并将其迁移至工业级 IT 硬件，该项技术实现了全新的灵活性和性能水平。
以下论据将清晰表明，为何基于 PC 的通用控制平台才是自动化行业的未来所在。
基于 PC 的控制技术的范式变革，其核心在于自动化功能不再依赖于专用硬件运行。取而代之的是，基于 PC 的硬件与 TwinCAT 软件相结合，可以接管所有控制任务， 逻辑控制、运动控制及其它所有功能均作为纯软件模块实现。这不仅节省了硬件成本，大幅缩减了控制柜所需的空间，还为系统改造带来了极大的灵活性。
基于 PC 的控制技术的核心理念之一，是让 Windows 等标准操作系统具备实时能力。TwinCAT 实时系统在内核级别集成，可保证低至数微秒级的确定性周期时间。因此，PC 硬件可用于对时间要求苛刻的任务，最大限度减少抖动，确保即便是要求极高的控制回路也能精确、可靠地运行。
无需为每个功能单独配备控制器，基于 PC 的控制技术将所有自动化功能整合到一台计算机上：PLC、运动控制、通信、测量、视觉和机器人技术共享同一硬件和数据库。这消除了系统间的通信瓶颈和响应延迟，简化了故障排查，并显著降低了硬件、工程和维护成本。即便是此前相互独立的控制和安全技术领域，也可以通过基于 PC 的控制技术实现无缝集成。
随着 TwinCAT 3 的推出，该自动化软件被无缝集成到 Microsoft Visual Studio 中，为自动化工程师和 IT 开发者打造了一个标准化的开发环境。用户可受益于专业的软件开发工具、现代化的源代码管理、自动化测试以及端到端的调试功能，由此，传统 IT 世界与自动化层级之间的严格界限被彻底打破。
TwinCAT 消除了传统 PLC 编程的局限性。全面支持传统的 IEC 61131-3 标准语言（如结构化文本），还能与 C、C++ 等高级语言无缝结合使用。此外，在 MATLAB® 或 Simulink® 中开发的复杂模型可以直接编译并在硬实时环境下执行， 这使得开发者能够针对每个特定的自动化任务选用最合适的编程语言。
现代工业 PC 配备功能强大的多核处理器。TwinCAT 完全支持这一点，例如可通过多线程能力将单个应用程序分配到多个内核上。借助 TwinCAT Core Boost 技术，单个实时内核或用户模式内核的计算能力可以提高 50%，从而能够最大化地利用系统性能，并可根据具体的应用需求进行优化调整。
要将现代工业 PC 的强大计算能力传递到设备端，需要一条速度极快的数据总线。正是为此目的，倍福开发了 EtherCAT，它是一种开放、标准化的工业以太网现场总线，如今已在全球广泛应用。EtherCAT 采用“实时（on the fly）”处理数据的方式，可实现低于 100 微秒的周期时间，并借助分布式时钟实现高精度同步。该协议还支持高度灵活的网络拓扑结构。
通用的 PC 架构意味着与上一级 IT 系统的集成已成为标配。无需经由复杂网关绕行，基于 PC 的控制系统可直接与数据库通信或将数据发送至云平台。系统原生支持 OPC UA、MQTT、AMQP 或 REST API 等标准化协议。最后但同样重要的是，这也使得基于 PC 的控制技术成为工业 AI 解决方案、边缘计算和预测性维护方案的合适且安全的基础。
倍福基于 PC 的控制技术采用开放的 IT 标准。因此，自动化专家可直接受益于四十年来全球 PC 技术市场持续发展带来的性能飞跃。该系统还支持模块化设计，使设备的各个部分均可作为灵活的独立模块使用。同时，由于对众多现场总线开放，第三方设备也能轻松集成。
《 PC Control 》客户杂志 — 自动化新技术期刊
PC Control 是 Beckhoff Automation 发行的面向全球客户的公司期刊，每年出版四期，此外还会不定期出版一些行业特刊作为补充。该杂志内容涵盖了自动化新技术相关的各个主题，包括专家访谈、新产品、新技术文章以及全球客户的成功应用案例。