基于 PC 的控制技术原理

自 1980 年以来，倍福基于 PC 的控制技术已经在全球各个行业领域得到广泛应用，比如设备控制器、风力发电机组控制系统以及娱乐设备控制。40 年前 PC 控制技术还并非主流，却很快发展成为自动化行业标准。倍福始终坚持基于 PC 的控制理念，不断开发出具有创新意义的产品，诸如模块化总线端子系统、EtherCAT 高速现场总线或嵌入式控制器等产品都是自动化技术领域中的里程碑。倍福控制解决方案具有模块化、可扩展性以及对其它系统开放的特点，因此具有很强的通用性。

倍福基于 PC 的控制技术是一种采用模块化设计的控制解决方案，所有组件都可扩展，并能够在软件中映射所有自动化功能。除了顺序控制任务、运动控制和可视化系统之外，安全技术、测量技术、状态监测以及机器人技术全部都可以集成到控制平台中。基于 PC 的控制技术基本原理其实非常简单：以一台性能强大的工业 PC 为基础，搭配用于连接传感器和执行器等外围设备的高性能现场总线以及用于实现运动控制和逻辑控制且具有实时能力的 TwinCAT 自动化软件。倍福始终坚持将 IT 领域的主流技术与自动化技术原理相融合，一方面可以不断提升系统性能和功能，另一方面还可显著降低系统成本。此外，还可以使用各种驱动产品系列对控制平台进行完善和补充。

基于 PC 的控制技术可为系统集成商提供各种组件套件，用于实现娱乐设备行业中各种系统的自动化，如可移动装置、照明技术、视听多媒体技术以及楼宇自动化。移动和固定的舞台和演出控制装置、独特应用以及娱乐设备等应用领域中许多全球备受瞩目的参考案例很好地证明了：基于 PC 的控制技术非常适合用于实施技术要求严格的舞台表演和多媒体演艺。

基于 PC 的控制技术可为您带来巨大优势：

• 倍福控制技术的高性能可以实现过程和应用的高精度控制：
  • 采用新一代高算力处理器的工业 PC
  • TwinCAT 开发和实时控制软件
  • EtherCAT 高速现场总线
• 一致性：一台控制器即可控制所有娱乐系统的应用
• 开放性：简单使用第三方软件（音频播放器，C#，C++，图形工具等等）
• 使用标准组件、编程标准和网络
• 模块化：可以随时扩展和修改控制器功能
• 可扩展：可提供满足所有性能等级需求和各种外观设计的控制组件
• 互联互通：从设备相互之间的横向通讯到云端连接
• 高可用性：采用先进的诊断和预测性维护功能
• 倍福是一家熟知各行业完整控制技术的供应商

EtherCAT 助力实现高速通讯

EtherCAT 由倍福公司于 2003 年推出，并作为自动化技术的开放式标准。EtherCAT 可以实现远低于 1 ms 的周期时间，具有同步性能出色、拓扑选择灵活、诊断功能全面及配置简单等特点，非常适合用于娱乐设备行业。 EtherCAT 技术协会（ETG）是全球最大的现场总线组织，截止到目前，全球已有 6000 多家企业加入 ETG， 其中有二十多家在全球娱乐行业领域知名的企业。

倍福可以提供大量基于 EtherCAT 的 I/O 和驱动模块。由于 EtherCAT 在全球范围内都得到支持，因此市场上有大量支持 EtherCAT 技术的传感器和执行器，保证了较高的投资安全性。EtherCAT 的高性能也可以助力娱乐技术领域的创意人员和工程师实现独特应用。例如，像 “雨之舞” 这样需要精确同步 1216 根轴的应用，只能通过 EtherCAT 技术实现。EtherCAT 几乎可以同步实现演出、剧院或游乐园中的任何应用，而使用 “黑盒子” 的硬件方式是不可能实现这一点的。需要 512 byte 过程数据的 DMX 端子模块也是基于 EtherCAT 开发而成；就目前而言，其它任何现场总线系统都无法做到。

EtherCAT 的优点包括：

• 高速度
• 诊断简单
• 最多可控制 65,535 台设备
• EtherCAT 允许每个从站最多传输 64 kbit 数据
• 完全同步

针对娱乐设备行业的高性能技术支持 SMPTE Timecode

XFC 极速控制技术基于高效的控制和通讯架构，可以助力实现前沿的高速自动化。它由先进的工业 PC、具有可扩展实时特性的超高速 I/O 端子模块、EtherCAT 高速工业以太网系统和 TwinCAT 自动化软件组成。XFC 技术可以实现 I/O 响应时间 ≤ 100 μs。由于具有高速采集频率，倍福在娱乐设备行业的很多客户都使用了 XFC 技术。

这种高速控制技术的开发也是倍福控制器能够支持 SMPTE Timecode 标准的基础。SMPTE Timecode 是由 SMPTE（美国电影与电视工程师协会）制定的一项用于使用媒体源数据传输绝对时间数据的标准。SMPTE Timecode 主要用于同步多媒体制作中的各类轴（声音/噪音、语言、特效、文本等）。

EtherCAT I/O 端子模块可以实现娱乐设备行业所有功能的自动化

倍福于 1995 年推出总线端子模块，随后总线端子模块成为自动化技术中最为重要的技术标准之一。2003 年，倍福又开发出了 EtherCAT 高速通讯系统。倍福推出的这款开放式系统仅仅几年时间就成为全球自动化标准。倍福可为用户提供广泛的 EtherCAT I/O 端子模块产品系列，支持约 100 种信号类型，在性能和种类方面都非常适合用于舞台和演出技术中各项功能的自动化。总线端子模块能够将各种简单的楼宇总线系统集成到控制系统中。

总线端子模块在总线耦合器中将现场总线信号转换为内部的、独立于现场总线的端子模块总线，而 EtherCAT 端子模块则不同，EtherCAT 协议直达每个端子模块。EtherCAT I/O 可以将 DMX 集成到控制器中。EtherCAT 端子模块适用于几乎所有娱乐应用。

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 可为娱乐设备行业带来的主要优势包括：

• 节省安装空间
• 控制多根轴
• EtherCAT 用作高速、高精度现场总线系统
• 现有软件或 TwinCAT 代码可重用

可灵活扩展的模块化安全解决方案：TwinSAFE 助力实现安全自动化

倍福成熟的 TwinSAFE 安全解决方案在软件和硬件方面都可扩展，可以帮助系统集成商确保舞台设备的安全。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 产品包括 总线端子模块、端子模块 、EtherCAT 插拔式模块以及 EtherCAT 端子盒 ，它们可以用于达到 EN 61508:2010 标准中的安全等级 SIL 3 和 EN ISO 13849-1:2016-06 标准中的安全等级 Cat 4，PL e 的应用场合。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。系统中的所有安全设备都与逻辑组件通讯。通过独立于现场总线的安全协议（FSoE/Safety over EtherCAT）能够将 TwinSAFE 设备集成到任何所需的现场总线系统中。为此，它们可以通过 K-bus 或 EtherCAT 集成到现有网段中，或直接（IP67 模块）在机器或设备中使用。这些安全 I/O 构成了用于连接安全相关的传感器和执行器的接口。在驱动技术领域，几乎不再会有无安全功能的解决方案。因此，倍福很早就在其驱动解决方案中集成了安全功能，包括标准和紧凑型驱动产品。

电机直接连接到 I/O 系统中

倍福非常注重紧凑型驱动技术的模块化性和可扩展性：各种 K-bus 或 EtherCAT 端子模块（IP20）支持连接直流或交流电机，以及不同性能等级的步进电机和伺服电机。此外，倍福的 EtherCAT 步进和直流电机控制端子盒（IP67）适用于没有控制柜的场合。紧凑型驱动技术特别适合应用于游乐园项目，例如动画人物以及动力学装置；小型辅助轴适用于几乎所有娱乐领域。

• 倍福 EtherCAT I/O 系统中的 EL72xx 系列伺服端子模块在标准的高密度端子模块外壳中集成了一个完整的、可驱动最大功率达 200 W 的电机的伺服驱动单元，因此非常适用于安装空间狭小的应用场合。
• EL70xx 系列 EtherCAT 端子模块用于直接控制中低功率步进电机。只需更改少数几个参数，既可根据电机和具体的应用对端子模块进行调整。
• 带增量编码器的 EL7411 BLDC 电机端子模块将控制性能与超紧凑设计结合于一体，适用于中等功率的 BLDC 电机。
  
  由于它采用了高速控制技术和增量编码器接口，因此可以实现高速和高动态定位任务。大量监测功能显著提高了运行可靠性。EtherCAT 端子模块 EL7411 也可以轻松控制第三方电机。

节省空间，灵活扩展，坚固耐用：全新一代超紧凑型工业 PC

倍福推出的 C6015 超紧凑型工业 PC 系列具有高度灵活的应用选择，一经推出就在市场上引起广泛关注并取得很大成功。 C6015 控制柜式工业 PC 不仅坚固耐用，而且搭载了时钟频率为 1.91 GHz 的 Intel^® Atom™ 处理器（最高四核），非常适合用于实现自动化、可视化和通讯任务。其尺寸仅为 82 x 82 x 40 mm，安装方式灵活，使得这款无风扇型多核 PC 非常适合用于娱乐设备行业中具有高性能需求且安装空间有限的所有应用。C6015 默认具有可用于传输电气信号、IP、图像和音频信号的接口，非常适合用于实现经济高效的控制（如多媒体墙控制）。

• C6017 多核工业 PC 的外形尺寸仅为 82 × 82 × 66 mm，具有更多可选接口。
• C6025 具有高计算能力和无风扇设计等特点，是满足严苛的绿色“可持续 IT”要求的控制应用的理想选择。该款工业 PC 搭载低功耗 Intel^® Core™ i U 处理器。
• C6030 具有空间需求低、适用性强、安装方式灵活等优点，可以用于对性能要求很高的复杂应用。
• C6032 额外配备了一个电路板层，用于安装模块化接口和进行功能扩展。配上结构紧凑的 PCIe 板卡，C6032 可以完全满足娱乐设备领域各项具体应用的需求。

集成 DMX 控制系统

DMX 是适用于控制专业舞台和灯光效果设备的标准协议， 用于诸如展示厅和卖场的动态灯光效果控制，以及酒店或活动中心等高档建筑内灯光和色彩变幻控制。

一般来说，它有以下两种不同的应用场景：

• 控制倍福系统中的 DMX 从站设备，此时可以使用 EL6851-0000 DMX 主站端子模块。 EL6851-0000 可用于控制投影灯、摇头灯或射灯等 DMX 从站设备。此外，EL6851-0000 还支持 RDM协议。
• 接收来自第三方 DMX 主站的信号，此时可以使用 EL6851-0010 DMX 从站端子模块 这样，任何 DMX 主站（DMX 控制台）都可以用作倍福控制器的操作单元。通过 DMX 控制台的控制系统也可以与其它控制器连接，如 HMI 或控制面板。

这两种类型的应用可以根据不同的需求进行组合。除此之外，可以几乎没有限制地将更多的信号集成到可自由编程的倍福系统中，甚至还可以通过 DMX 控制台对如 DALI 灯或总线端子模块等不兼容 DMX 的设备进行寻址。更重要的是，它还可以执行合并和仿真功能以及实现 DMX 帧的任意数据处理。

除了 EL6851-0010 DMX 从站端子模块之外，我们还支持通过 sACN、Art-Net、PosiStageNet 或 OSC 集成照明控制解决方案。

将支持 OCA 协议的音频系统集成到 PC 控制系统中

AES70 协议由总部位于纽约的音频工程协会发布， 它定义了一个可扩展的专业音频设备控制协议，并描述了对这些设备的监视和控制，但不包括媒体数据的传输。TwinCAT 3 AES70（OCA）Communication PLC 软件库的功能块可用于在 TwinCAT PLC 与支持 AES70（OCA）协议的（音频）设备之间进行数据交换。用户可以查询或设置设备（OCA 设备）中不同对象的属性。增益（Gain）、静音（Mute）和开关（Switch）等功能块都可用于实现此目的。它们可以实现任何 OCA 结构并映射任何 OCA 设备。倍福可为 d&b audiotechnik 设备提供预制功能块。

TF8810 可将支持 OCA 协议的音频系统集成到倍福基于 PC 的控制平台中，并可与各种控制面板和 I/O 产品结合使用。TF8810 包含 TF6310 授权。

性能强大、可靠且可灵活扩展：嵌入式控制器系列可用于实现娱乐设备行业中的控制任务

CX 系列 DIN 导轨安装式控制器结构紧凑，能够与各种 I/O 模块直接插接在一起，构成一个完整的工业控制系统安装在控制柜内，节省空间。倍福的嵌入式控制器产品种类繁多，用户能够根据具体的预算、性能等级要求和控制任务的复杂性从中选择出一款最适合的嵌入式控制器除了 CPU 之外，CX 系列中的每款控制器所提供的系统接口和电源型号都各不相同，因此它们能够根据娱乐设备行业中的具体任务插接在一起，构成一个模块化控制系统。

CX 系列产品有多种可选的基本 CPU 模块，分别搭载不同的处理器，可以满足各个控制任务的具体需求。因此，可以使用相同的硬件实现不同的应用，例如，一个带 DVI/USB 接口的 PLC 和运动控制系统、或一个带音频接口的多媒体系统。

CX 系列中性能最强大的是 CX20x2 系列设备，它们搭载的是 Intel^® Xeon^®处理器，并配备独立显卡。它们甚至可以用来实现复杂的可视化任务。

多点触控技术为成熟和新的操作方案提供高灵活性

全新一代倍福面板采用符合行业标准的多点触控显示屏，可为任何应用提供合适的解决方案。面板系列型号种类繁多，可提供不同尺寸的显示屏和样式，也可以根据客户要求定制设计。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。

产品亮点

• 显示屏尺寸有 7 到 24 英寸（16:9，5:4，4:3）可选
• 有横屏或竖屏模式可选
• 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
• 适合控制柜安装或安装臂安装的型号
• 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

集成式电力测量功能助力实现娱乐技术中的持续电力测量

能效管理在娱乐设备行业中扮演着越来越重要的角色。若要节约成本，必须避免出现用电高峰，降低能耗，优化工艺。完整、透明地采集和处理所有能源数据是制定正确的降低成本决策的基础。

倍福的能源管理总线端子模块和 EtherCAT 端子模块产品适合用于持续监测电力消耗以及进行详细的能耗分析。

可扩展的驱动技术 — 高动态性和高精度

倍福驱动技术可以与 TwinCAT 自动化软件中的运动控制解决方案结合，构成一个完整的驱动系统，实现娱乐设备行业中每个应用的定位任务。具有高性能 EtherCAT 系统通讯功能的 AX5000 和 AX8000 系列伺服驱动器具有出色的性能与动态性。这两种驱动系统均可配备安全等级可达 SIL 3/Ple 的安全技术，适用于输出功率高达 120 kW 的舞台应用。例如，在百老汇经典音乐剧 “汉密尔顿” 中，倍福 AX5000 系列伺服驱动器用于控制舞台设备的移动，打造震撼的舞台效果。

AX5000 具有高性价比的特点，集成的高速控制技术支持高动态定位任务。EtherCAT 高性能系统通讯技术能够与基于 PC 的控制技术理想结合，并支持与其它通讯系统之间的耦合。带可变电机输出分配的双通道伺服驱动器既优化了产品外观设计，又降低了每个驱动通道的成本。

基于 EtherCAT 的 AX8000 多轴伺服系统能够以非常短的控制周期实现高精度的定位和加工工艺。其紧凑型结构显著节省了控制柜中的空间。通过将所需数量的单通道或双通道轴模块连接到中央电源模块，可将多轴伺服系统轻松扩展为多通道驱动解决方案。AX8000 支持将动力和反馈系统集成在一根电缆中的 OCT 单电缆技术，并可与 AM8000（标准）和 AM8500（更高惯量）伺服电机配套使用。

AM8000 系列同步伺服电机具有高动态性和高能效的特点。由于它们的转子惯量较低，同时又具有高过载能力，因此适合用于实现高动态应用。该系列电机有 7 个规格可供选择，每个规格都有 4 个不同的总长度，扭矩范围为 0.2...129 Nm。它们都配备单电缆技术，从而显著降低了材料和调试成本。

AM8500 系列进一步完善了倍福伺服电机产品系列，转子惯量更高，覆盖的功率范围更广，有 4 种规格可供选择，每个规格都有 3 个不同的总长度，堵转扭矩范围为 1.37...41 Nm。由于 AM8500 具有高转子惯量，因此它适合用于外部惯量较大的区域。它的振荡速度往往较慢，并可通过伺服控制器根据应用轻松调整。

基于 PC 的开放式控制技术

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。所有倍福控制器都采用 TwinCAT 软件按照 IEC 61131-3 编程标准进行编程。除了 IEC 61131-3 之外，C/C++ 和 MATLAB^® and Simulink^® 也可用作 TwinCAT 3 软件的编程语言。

TwinCAT 3 产品亮点：

• 仅需一个软件即可实现编程和配置
• 集成 Visual Studio
• 在编程语言选择上有更大的灵活性
• 支持面向对象的 IEC 61131-3 扩展
• 使用 C/C++ 作为实时应用程序的编程语言
• 链接至 MATLAB^® and Simulink^®
• 开放的接口可以兼容现有工具和扩展新功能
• 自由的实时内核配置环境
• 支持多核和 64 位操作系统
• 可将 TwinCAT 2 项目迁移到 TwinCAT 3
• 通过 TwinCAT Automation Interface 自动生成代码并实施项目

快速实现独立用户界面

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，可以毫不费力地为娱乐系统应用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。

倍福现在能够采用诸多 IT 标准：

• Visual Studio^® 用于项目开发
• HTML5 用于界面设计
• TLS 用于安全通讯
• 无论用户使用哪种操作系统、分辨率或显示器，用户界面都可以在任何支持 HTML5 的浏览器上执行

TF6310 支持 sACN、Art-Net、PosiStageNet、QSC 和 PJLink

TwinCAT TCP/IP TF6310 用于在 TwinCAT PLC 内实施一个或多个 TCP/IP 服务器和/或 TCP/IP 客户端。相应的功能块用于建立/断开通讯连接以及实现纯粹的数据交换（发送和接收）。在这里，功能块还支持使用多播地址。娱乐设备行业的很多通讯接口都基于 TCP/IP，因此 TF6310 几乎在所有娱乐项目中都与倍福控制技术配套使用。TF6310 支持 sACN、Art-Net™、PosiStageNet、QSC 和 PJLink。