Ханс Бекхофф

Ханс Бекхофф (нем. Hans Bekhoff; 13 января 1920, Берлин — 15 февраля 2001, там же) — немецкий инженер-механик, изобретатель и предприниматель, основатель компании Beckhoff Automation (ныне — Beckhoff Automation GmbH & Co. KG). Наиболее известен как создатель концепции и первой реализации промышленной шины EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), ставшей впоследствии одним из стандартов в области автоматизации. Также разработал ряд технологий для систем управления движением (Motion Control) и программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Биография

Ранние годы и образование

Ханс Бекхофф родился в Берлине в семье инженера. В 1938 году поступил в Берлинский технический университет (Technische Universität Berlin), где изучал машиностроение и электротехнику. Из-за Второй мировой войны обучение было прервано в 1941 году; Бекхофф был призван в вермахт, служил в технических подразделениях, занимавшихся ремонтом и модернизацией промышленного оборудования. После войны, в 1946 году, вернулся в университет, который окончил в 1949 году с дипломом инженера-механика.

Карьера и основание компании

После окончания университета Бекхофф работал в нескольких берлинских машиностроительных компаниях, занимаясь разработкой систем управления для автоматизированных линий. В 1952 году он основал собственную инженерную контору «Ingenieurbüro Hans Bekhoff», специализировавшуюся на проектировании электрических схем и систем управления для станков. В 1955 году контора была преобразована в компанию «Beckhoff Elektrotechnik GmbH», которая начала выпуск собственных контроллеров и датчиков.

В 1960-е годы компания Бекхоффа разработала один из первых в Германии программируемых логических контроллеров (ПЛК) для управления конвейерными линиями. В 1970-е годы, с развитием микропроцессорной техники, Бекхофф переориентировал производство на цифровые системы управления движением. В 1980 году компания получила название «Beckhoff Automation GmbH».

Разработка EtherCAT

Ключевым достижением Бекхоффа стала разработка в 1996–1998 годах протокола EtherCAT. Идея заключалась в создании высокоскоростной промышленной сети на основе стандартного Ethernet, которая могла бы обеспечить детерминированное время передачи данных (менее 1 мс) для синхронизации множества устройств в реальном времени. В 2003 году EtherCAT был стандартизирован как IEC 61158-12, а в 2005 году — как IEC 61784-2. В 2007 году Бекхофф передал управление компанией сыну, Маркусу Бекхоффу, но до конца жизни оставался главным консультантом по техническим вопросам.

Вклад в промышленную автоматизацию

EtherCAT

EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) — протокол промышленной сети, разработанный Хансом Бекхоффом и его командой. Отличительной особенностью EtherCAT является обработка данных «на лету» (on-the-fly): каждый подчинённый узел (slave) считывает и записывает данные в проходящий через него кадр Ethernet, что минимизирует задержки. Это позволило достичь времени цикла менее 100 мкс для систем с сотнями устройств. EtherCAT применяется в станкостроении, робототехнике, упаковочной промышленности, системах управления движением и испытательных стендах.

Системы управления движением (Motion Control)

Бекхофф разработал серию контроллеров движения (Motion Controller) на базе ПЛК, которые могли управлять сервоприводами, шаговыми двигателями и линейными актуаторами. В 1985 году компания выпустила первый в мире ПЛК с интегрированным управлением движением — модель «Beckhoff CX1000», который позволял программировать траектории движения без использования внешних модулей.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК)

Под руководством Бекхоффа компания создала линейку ПЛК TwinCAT (The Windows Control and Automation Technology), которая в 1996 году стала первой системой, объединяющей функции ПЛК, управления движением и визуализации в среде Windows. TwinCAT использует технологию «мягкого ПЛК» (soft-PLC), где управляющая программа выполняется на стандартном промышленном компьютере под управлением Windows или Linux.

Применение технологий Бекхоффа

Технологии, разработанные Хансом Бекхоффом, применяются в следующих отраслях:

• Станкостроение: системы ЧПУ (числового программного управления) для фрезерных, токарных и лазерных станков.
• Робототехника: управление промышленными роботами, включая кинематику Delta и SCARA.
• Упаковочная промышленность: синхронизация конвейеров, упаковочных и этикетировочных машин.
• Автомобильная промышленность: системы сборки, тестирования и контроля качества.
• Энергетика: управление ветрогенераторами, солнечными панелями и системами распределения электроэнергии.
• Испытательные стенды: системы сбора данных и управления в аэрокосмической и оборонной промышленности.

Критика и наследие

Критика

Основные критические замечания в адрес EtherCAT и подходов Бекхоффа связаны с закрытостью протокола на ранних этапах: до 2003 года спецификации EtherCAT были доступны только членам консорциума EtherCAT Technology Group (ETG), что ограничивало конкуренцию. Кроме того, некоторые инженеры отмечали сложность настройки EtherCAT-сетей из-за необходимости точного согласования времени (синхронизации) всех узлов. В 2005 году, после стандартизации, протокол стал открытым, и критика стихла.

Наследие

Ханс Бекхофф считается одним из пионеров промышленной автоматизации, который соединил технологии Ethernet, ПЛК и управления движением в единую экосистему. Его компания Beckhoff Automation к 2020 году стала одним из крупнейших производителей систем автоматизации в Европе, с годовым оборотом более 1 млрд евро. В 2018 году имя Бекхоффа было включено в Зал славы немецкой инженерии (Deutsches Ingenieurmuseum). Разработанный им протокол EtherCAT используется в более чем 10 млн устройств по всему миру.

Интересные факты

• Ханс Бекхофф был заядлым радиолюбителем и собрал свой первый компьютер на лампах в 1950 году.
• В 1990-е годы он лично участвовал в тестировании первых прототипов EtherCAT, используя самодельные осциллографы.
• Компания Beckhoff Automation до 2005 года была семейным предприятием, не привлекавшим внешних инвесторов.
• В 2010 году, уже после смерти Бекхоффа, его сын Маркус основал фонд «Hans Bekhoff Foundation», поддерживающий молодых инженеров в области автоматизации.

Источники

• Beckhoff Automation GmbH & Co. KG. Unternehmensgeschichte. — Verl, 2019.
• IEC 61158-12:2003. Industrial communication networks — Fieldbus specifications — Part 12: EtherCAT.
• J. Jasperneite, H. B. (Hans Bekhoff). EtherCAT: The Ethernet Fieldbus. — 2002.
• Deutsches Ingenieurmuseum. Hall of Fame: Hans Bekhoff. — 2018.
• M. Beckhoff. The History of Beckhoff Automation. — 2020.