Beckhoff Automation¶

Beckhoff Automation — немецкая технологическая компания, специализирующаяся на разработке и производстве систем промышленной автоматизации на базе технологии PC-based Control (управление на основе персонального компьютера). Основана в 1980 году Хансом Бекхоффом, штаб-квартира расположена в городе Ферль, земля Северный Рейн-Вестфалия, Германия. Компания известна созданием открытой системы управления TwinCAT, промышленных контроллеров, сервоприводов, интерфейсных модулей и компонентов для EtherCAT — высокопроизводительной сети реального времени.

¶История

Компания была основана в 1980 году инженером Хансом Бекхоффом как малое предприятие по разработке электронных устройств. Первоначально фирма занималась созданием контроллеров для деревообрабатывающих станков. В 1985 году был выпущен первый промышленный компьютер на базе процессора Intel 80286, что положило начало направлению PC-based Control.

В 1990-е годы компания активно развивала программное обеспечение для автоматизации: в 1996 году вышла первая версия среды разработки TwinCAT (The Windows Control and Automation Technology), которая позволяла превратить обычный промышленный ПК в контроллер реального времени. В 2003 году был представлен протокол EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), который стал открытым стандартом и ключевой технологией для систем с жёсткими требованиями к времени отклика.

В 2010-е годы компания расширила линейку продукции: появились модульные контроллеры CX серии, сервоприводы AX8000, а также системы ввода-вывода (I/O) для распределённой архитектуры. К 2020-м годам Beckhoff Automation стала одним из ведущих поставщиков решений для Industry 4.0 и «Интернета вещей» в промышленности.

¶Продукция и технологии

¶Система управления TwinCAT

TwinCAT — это программная платформа, которая объединяет функции программируемого логического контроллера (ПЛК), системы числового программного управления (ЧПУ), системы управления движением (Motion Control) и человеко-машинного интерфейса (HMI) в единой среде. Система работает под управлением операционных систем Windows или реального времени (RTOS). Поддерживаются языки программирования, стандартизированные по IEC 61131-3 (ST, FBD, LD, SFC, IL, CFC), а также интеграция с C++, C# и MATLAB/Simulink.

TwinCAT обеспечивает:

• Цикл управления от 50 мкс и менее;
• Поддержку многопроцессорных и многоядерных систем;
• Встроенные функции диагностики и удалённого мониторинга.

¶Контроллеры и промышленные ПК

Beckhoff выпускает несколько серий контроллеров:

• CX — компактные модульные контроллеры с процессорами Intel Atom, Celeron, Core i;
• C60xx / C70xx — панельные ПК с сенсорным экраном;
• CP — промышленные компьютеры для стоечного монтажа.

Все устройства работают под управлением TwinCAT и могут быть объединены в распределённые системы.

¶Системы ввода-вывода (I/O)

Линейка EtherCAT I/O включает модули для дискретных и аналоговых сигналов, термопар, энкодеров, силовых ключей и интерфейсов связи (CAN, PROFIBUS, PROFINET, Modbus TCP, OPC UA). Модули поддерживают «горячую замену» и автоматическую конфигурацию.

¶Сервоприводы и управление движением

Сервоприводы AX8000 и AX5000 работают по протоколу EtherCAT с обратной связью от энкодеров (EnDat, BiSS, SSI). Поддерживаются режимы управления положением, скоростью и моментом. Для многоосевых систем используются функции электронного редуктора, синхронизации и компенсации зазоров.

¶EtherCAT

EtherCAT — это промышленная сеть реального времени, разработанная Beckhoff. Она обеспечивает время цикла менее 100 мкс для 1000 осей и является открытым стандартом (IEC 61158, IEC 61784). EtherCAT использует технологию «on-the-fly» (обработка данных на лету), что минимизирует задержки. Протокол поддерживается более чем 5000 производителями оборудования.

¶Применение

Продукция Beckhoff Automation применяется в следующих отраслях:

• Машиностроение — станки с ЧПУ, роботизированные комплексы, упаковочные линии;
• Автомобильная промышленность — сборочные конвейеры, испытательные стенды;
• Энергетика — системы управления ветрогенераторами, солнечными панелями;
• Логистика — сортировочные центры, складские роботы;
• Пищевая и фармацевтическая промышленность — дозаторы, упаковщики, системы контроля качества;
• Строительство — автоматизация зданий (BMS), системы климат-контроля.

¶Конкуренты

Основными конкурентами Beckhoff на рынке промышленной автоматизации являются:

• Siemens (системы SIMATIC, TIA Portal);
• Rockwell Automation (ControlLogix, Studio 5000);
• Bosch Rexroth (IndraMotion, IndraControl);
• B&R Automation (ныне часть ABB);
• Mitsubishi Electric (MELSEC, iQ-F);
• Omron (NJ/NX series).

¶Критика и ограничения

Несмотря на широкое распространение, продукция Beckhoff имеет ряд недостатков:

• Зависимость от Windows — многие контроллеры работают под управлением Windows, что увеличивает риски, связанные с обновлениями и вирусами (хотя существуют версии на RTOS);
• Сложность настройки — TwinCAT требует высокой квалификации персонала, особенно при реализации сложных алгоритмов управления;
• Стоимость — решения Beckhoff часто дороже аналогов от Siemens или Mitsubishi при сопоставимых характеристиках;
• Закрытость некоторых протоколов — несмотря на открытость EtherCAT, часть программных библиотек TwinCAT является проприетарной.

¶Интересные факты

• EtherCAT был признан одним из самых быстрых промышленных протоколов: в 2018 году был установлен рекорд — 1000 осей управления за 100 мкс.
• Компания не имеет собственного производства полупроводников, но использует процессоры Intel и AMD в своих контроллерах.
• В 2020 году Beckhoff открыла представительство в России (ООО «Бекхофф Автоматизация»), которое занимается технической поддержкой и обучением.
• TwinCAT поддерживает интеграцию с такими системами, как OPC UA, MQTT, AMQP, что позволяет использовать его в проектах «Интернета вещей».

¶Источники

• Официальный сайт Beckhoff Automation (www.beckhoff.com)
• EtherCAT Technology Group (www.ethercat.org)
• Руководство пользователя TwinCAT 3 (Beckhoff Information System)
• Стандарты IEC 61131-3, IEC 61784
• Материалы конференций SPS IPC Drives (Нюрнберг)