摘要：与家喻户晓的西门子相比，倍福（Beckhoff）并不为众人所知，虽然二者都是德国品牌，但风格却截然不同。西门子不管是通信协议还是编程语言都不开放，倍福却兼容并蓄，采用通用的 Windows 操作系统，支持标准的 IEC 61131-3 编程语言，其总线通讯EtherCAT 也是开放的。作为工业自动化的先驱，倍福可以提供各种结构型式并满足各种防护等级需求的高扩展性工业 PC 系列。其最大的机械和电气稳定性、高度紧凑的结构设计、硬实时的 PC 控制、通过 TwinCAT 软件认证、自主完成 BIOS 编程和配置各种 CPU 芯片组、完美集成 EtherCAT 协议、硬件与软件系统完美协调以及统一优雅的外饰风格，确保每件产品都能集精美设计和高品质结构建造于一体，符合最高技术标准，打造极致用户体验。本综述即基于倍福（Beckhoff）的产品特点对该品牌的控制器进行分析。
关键词：控制理论与控制工程；工业控制器 PLC；综述；倍福 Beckhoff
1． 绪论
倍福（Beckhoff）公司始终以基于 PC 的自动化新技术作为发展理念，所生产的工业PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。确保每件产品都能集精美设计和高品质结构建造于一体，符合最高技术标准，打造极致用户体验。该综述主要是梳理倍福（Beckhoff）相关控制器产品的现状及动态，厘清现状进展与困境，为后续的研究提供参考。
2． 倍福（Beckhoff）企业
2.1 公司简介
德国倍福自动化有限公司（Beckhoff）的总部位于德国威尔市。公司始终以基于 PC 的自动化新技术作为发展理念，所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。
2.2 自动化控制
自 1980 年公司成立以来，倍福始终坚持基于 PC 的控制技术，研发了大量的创新产品和解决方案，这正是倍福得以持续发展的原因所在。Beckhoff 早期提出的概念业已成为许多自动化技术的标准，且被成功引入市场。Beckhoff 基于 PC 控制技术的理念和 Lightbus 系统、总线端子模块以及 TwinCAT 自动化软件的推出，在自动化技术领域有着里程碑式的历史意义。在传统控制行业，这些产品已被视为高性能的解决方案，从而被广泛接受。EtherCAT—实时以太网解决方案—是一种具有前瞻性的高端技术，是前沿控制理念的新生代产物。
2.3 科技自动化
Beckhoff 始终致力于为中国的机器设备制造商提供创新的产品和方案。为响应国家振兴先进制造业的产业政策，适应不断变化的市场需求，“科技自动化”的理念应运而生。科技自动化是集成了现代科技最新成果的自动化，是面向科学研究、技术研发和先进制造业的自动化。它将工程科学整合到自动化软件中，突破了传统控制技术的限制。精确、快速的测量技术，先进的控制算法及灵活的应用将控制技术从传统应用领域(如 PLC、简单运动控制等)拓展到更广泛的应用领域(如科学研究、技术研发和先进制造业)。
3． 倍福（Beckhoff）产品
3.1 工业 PC
Beckhoff 可为各种应用场合提供合适的工业 PC。基于开放式标准的高品质组件和个性化机箱结构设计，这些工业 PC 是满足各种控制需求的理想配置。嵌入式控制器是一种模块化控制器，外形更为小巧，适合 DIN 导轨安装。自主开发的主板使 Beckhoff 能够对 PC市场中的新技术和客户要求更快做出响应。
3.2 I/O
Beckhoff 的自动化技术适用于各种信号和现场总线，可为所有常用的 I/O 信号和现场总线系统提供全系列现场总线组件。EtherCAT 是用于实现工业自动化的以太网解决方案，具有性能优异和操作简单的特点。Beckhoff 提供各种 I/O 系统，包括 IP 20EtherCAT 端子模块和IP 67 EtherCAT端子盒。总线端子模块(IP 20)和总线端子盒模块(IP 67)独立于现场总线，可实现开放式控制技术。
3.3 运动控制
与 TwinCAT 自动化软件所提供的运动控制解决方案相结合，Beckhoff 驱动技术代表着一种领先而又全面的驱动系统技术。Beckhoff 基于 PC 的控制技术是实现高动态性单轴和多轴定位任务的理想选择。带有高性能 EtherCAT 系统通讯的 AX5000 伺服驱动系列具有出色的性能与动态性。采用单电缆技术的伺服电机将电源及反馈系统融入一根标准电机电缆中，从而减少了材料和调试成本。
3.4 自动化软件
Beckhoff 为自动化的各个领域提供不同性能等级的综合性系统解决方案。Beckhoff 的控制技术具有可升级性–从高性能工业PC到迷你PLC–可以根据具体应用场合进行精确调整。TwinCAT自动化软件在一个软件包里集成了带PLC、NC和CNC功能的实时控制系统。
4． 嵌入式控制器
4.1 概览
倍福公司的工业 PC 和嵌入式控制器在工业现场有着越来越广泛的应用，其工业自动化控制软件 TwinCAT 除了支持 IEC61131-3 的五种自动化编程语言外，还可以使用 C/C++进行编程。最新的编程软件 TwinCAT3 可以充分利用 Matlab 的模型库和调试工具来创建控制模型，然后把创建好的模型导入到 TwinCAT3 中，从而更容易的进行复杂控制算法的开发和优化。在工业 4.0 的大趋势下，倍福基于 PC 控制技术与传统 PLC 技术相比有着很大的优势，比如：可用存储区成倍增长、可以轻松实现复杂算法、程序的移植更加容易等。
4.2 产品型号
CX80xx,CX70xx,CX81xx,CX9020,CX50xx,CX51xx,CX52xx,CX1010,CX1030,CX20x0,CX1020,CX20x3,CX20x2
4.3 CX9020
CX9020 是一款紧凑的 DIN 导轨式以太网控制系统，具有 1ghz ARM Cortex™-A8 CPU。贝克霍夫 I/O 系统的连接直接集成到 CPU 模块中。该机组提供自动总线系统识别(E-bus 或K-bus)，并在相应模式下独立切换。CX9020 由 CPU(含 2 个microSD 卡)、内部 RAM 和 128kb非易失性内存 NOVRAM 组成。基本配置还包括 2 个交换式以太网 RJ45 接口、4 个 USB 2.0接口和 1 个 DVI-D 接口。RJ45 接口连接到内部交换机，提供了一个简单的选项来创建线路拓扑，而不需要额外的以太网交换机。操作系统为“Windows Embedded Compact 7”。TwinCAT自动化软件将 CX9020 系统转换为强大的 PLC 和运动控制系统，可以使用或不使用可视化操作。CX9020 嵌入式控制器基于 ARM V7 架构，采用"i.MX535 Cortex -A8"处理器，集成了2 个 RJ45 网卡（自带交换机功能）、4 个 USB 接口、1 个 DVI-D 接口、2 个 MicroSD 插槽、1GB 的 DDR3 内存（不可扩展）及 1 个可选通信接口，其外观如下图所示：
上图中各部分名称如下：
1-可选通信接口：有 RS232 接口、EtherCAT 接口、CANopen 接口等可供选择
2-DVI-D 视频接口，可用于连接显示器或者操作屏
3-电池室：可安装电池用于时钟的保持
4-MiroSD 插槽：2 个
5-RJ45 网口：用于连接本地或远程网络，自带交换功能，支持 10M/100M 以太网
6-USB 接口：用于鼠标、键盘、U 盘等外设
7-嵌入式控制器和总线端子的电源指示灯
8-TwinCAT 和可选通信接口的电源指示灯
9-嵌入式控制器的电源接口
10-EtherCAT 或总线端子接口
11-总线端子的电源接口（24V+）
12-总线端子的电源接口（0V）
13-端子盖板
14-接地端子（PE）
15-供电接触片：用于总线端子的供电，包括（24V+、0V 和 PE）
5.应用实例
5.1 基于倍福控制器的点火控制系统[1]
弹体发射试验是研制同型弹体必不可少的试验。其试验目的主要是考核弹体有关系统和弹射动力装置,但更主要的是进行弹道试验,获取在真实环境下,在真实发射平台上发射时,弹体的运动特性[2]。点火控制系统作为弹体发射的指挥中枢,在整个发射过程中起着至关重要的作用,它不仅为弹体提供发射指令,同时还为监测弹体发射时工作状态的相关系统提供触发信号,因此点火控制系统就成为弹体发射试验的一个非常重要的环节。通过需求分析,该套控制方案要求控制精度高,频率响应快,一般常用的控制器很难满足要求。通过对比分析,本套设备的控制器最终选用德国倍福公司生产的 CX5020－0111 控制器作为主控制器[3]，其实物如图 3 所示。 该控制器是一款适合 DIN 导轨安装的紧凑型以太网控制器。所选用的软件为 TwinCAT2 编程软件,该软件可将 CX5020 系统转换为一个功能强大的 PLC 和运动控制系统，可以在有或没有可视化功能的情况下进行操作。
5.2 基于倍福控制器的船舶电站管理系统[4]
德国倍福自动化有限公司(Beckhof!f)的总部位于德国威尔市。公司始终以基于 PC 的自动化新技术作为发展理念，所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。TwinCAT3 是基于 PC 的控制软件并且它开启了一个新的时代，是倍福公司历史上又一个里程碑。特别是在高效的工程领域中将模块化思想以及其灵活的软件架构， 融入到整个平台。倍福控制器以其优越的性能，己逐步应用于船舶电站领域，人机交互界面是船舶电站的重要组成部分，通过人机交互界面，操作人员可以查询发电机组参数状态，当前报警及历史报警记录，同时在不同模式下，可直接在屏上进行各种操作。本文依据倍福控制器的编程软件 TWINCAT3，结合船舶电站对人机交互界面的功能要求，设计出适用于船舶电站的人机交互界面软件。并通过倍福控制器及触摸屏验证了软件的有效性及实用性。
5.3 基于倍福 CX 控制器的 AGV 控制系统[5]
AGV 是一种能够实现智能化、信息化、柔性化和敏捷化等功能要求的物料搬运输送设备， 是工业自动化和物流自动化系统的重要组成部分，具有广阔的应用前景。而倍福控制器作为软 PLC 在自动化领域有着重要的研究价值，CX5130 具有 Win7 操作系统，其编程软件 TwinCAT3 可以将标准 Windows 操作系统变成实时操作系统。TwinCAT3 支持多种语言混合编程， 并且支持类似于高级语言面向对象的开发方法，调试更加简便。软 PLC 只需要一台传统计算机就可以写程序和测试程序、仿真等，无需其他硬件。针对数字化改造的需要， 作者设计了一套基于倍福控制器的 AGV 控制系统，然后用 PID 算法提高 AGV 电机转向和路径跟踪的定位精度。对传统的人工叉车进行自动化改造可以大幅度提高车间物流自动化水平。以倍福控制器 CX5130 作为 AGV 控制核心，倍福控制器分别与激光导航传感器和无线终端通过 TCP／IP 协议通信， 实现与 AGV 本体和调度系统的数据交换。激光导航传感器通过反光柱返回激光导航仪发射的激光束实现 AGV 的定位。 倍福 HMI 界面作为人
机界面方便操作和监控。实现 AGV 的自动运行之后，通过 PID 算法提高了 AGV 的定位精度。
6.结论与展望
德国倍福自动化有限公司（Beckhoff）的总部位于德国威尔市。公司始终以基于 PC 的自动化新技术作为发展理念，所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。在日益增加的人工成本压力下，自动化流水线加工设备越来越受到厂家欢迎。以倍福为代表的软 PLC 控制器在生产线领域有很大优势，可以大幅度降低开发周期，加之与各种外部设备的优异兼容性，且满足工业自动化要求，因此受到机床厂家重视。
