TwinCAT 3.1 从入门到精通

《TwinCAT 3.1 从入门到精通》旨在为TwinCAT控制系统的用户提供系统全面的指引。内容包括TwinCAT软件原理和架构、选型安装、基本配置和编程、TwinCAT 3 C 编程、文件和配方操作，以及通过Library提供的常用功能等。本书还深入讲解了倍福（Beckhoff）公司的I/O系统和EtherCAT总线的配置、诊断和优化，以及TwinCAT控制系统之间、与第三方控制系统和总线设备之间、与HMI和数据库之间的各种通信协议和配置方法。*后针对高端用户简单介绍了MATLAB/Simulink组件、机器视觉TwinCAT Vision、自动化编程接口TwinCAT Automation Interface，以及用于物联网的插件TwinCAT IoT。
本书包含83个配套文档，这些配套文档会持续丰富和完善，并汇总保存在倍福虚拟学院网站。
本书可作为使用TwinCAT 进行项目开发的工程技术人员的参考书，也可以作为PLCopen标准化编程的实践辅助资料。

目录
序
前言
第1章系统概述
11TwinCAT软件介绍
12TwinCAT控制器的原理
13TwinCAT 3的运行机制
14选型设计
141控制器
142系统扩展模块
143I/O系统
15安装和接线
第2章TwinCAT PLC编程入门
21在编程PC上安装TwinCAT开发环境
22初步认识开发环境
23获取和注册正版授权
231试用版授权的获得
232完整版授权的激活方式
233常见问题
24添加路由（Add ADS Router）
241网线连接
242设置控制器的IP地址
243配置NetID
244添加ADS路由
245手动添加ADS路由（可选）
246常见问题
25开发第一个PLC项目
26设置开机自启动
27下载、上传和比较
271PLC程序的下载、上传和比较
272TwinCAT项目的下载、上传和比较
28附加资料
281常见问题
282TwinCAT 2 PLC编程入门
第3章TwinCAT 3开发环境的深入介绍
31基础知识
311英文帮助系统中的基础知识
312中文帮助的资料
32变量声明
321变量声明的基本语法
322变量类型
323变量地址
324变量声明中的赋初值
325自动分配I/O地址
326变量的属性
327PLC之外的全局数据类型
328PLC变量的刷新周期
33编程语言和新增功能
331ST中增加了Continue和Jump语句
332TwinCAT 3新增的指令
333UML编程
334指针和枚举的新增功能
335通过程序注释实现特殊功能
336隐藏内部变量
337引用全局变量是否需要命名空间
34诊断和调试功能
341兼容TC2的Watch window
342兼容TC2的Watch List
343常见问题
35任务和程序
351PLC程序下的多个Task
352关于Task的其他提示
36隐含的变量和函数
361TwinCAT_SystemInfoVarList
362除零溢出及指针校验
363隐含的函数
37兼容TC2的功能
371多语言混合编程（Action）
372可供使用的操作符、函数和功能块
373数组和指针
374添加EtherCAT 第三方从站设备
38附加资料
381常见问题
382TwinCAT 2开发环境深入介绍
第4章TwinCAT 3扩展功能
41库文件
411引用Beckhoff Automation GmbH的库
412自定义库文件以及升级TC2的Library
413引用第三方的库文件
414用Placeholder区分版本
415库文件版本升级
42Measurement和TC3 Scope View
421概述
422TC3 Scope View的安装
423基本操作
424Scope常用功能
425Scope Array Project
426光标测量Cursor
427把Scope View控件集成到高级语言
428常见问题
43程序归档
431概述
432TwinCAT项目的存储路径
433TwinCAT项目打包和解包
434PLC程序的打包和解包
435PLC程序组件的导出和导入
436I/O配置的导入和导出
437Measurement项目的存储路径
438归档文件的后缀名列表
44程序加密及OEM授权
441概述
442获取授权管理证书
443项目程序加密
444OEM项目授权
45开发环境的版本兼容
451开发PC为不同版本的控制器开发程序
452低版本的程序如何运行在高版本的控制器上
453关于版本升级的建议
46从TwinCAT 2到TwinCAT 3
461概述
462TC2转换TC3的解决方案
463常见问题
第5章控制器硬件、操作系统和UPS
51概述
52Windows CE操作系统
521英文帮助文档
522Web配置和诊断
523系统备份和还原
524远程桌面连接
525中文语言包的安装
526CE系统与编程PC的文件交换
527显示器分辨率设置及屏幕校准
53Windows Standard操作系统
531系统备份和还原
532远程桌面连接
533Standard系统中文语言包的安装
534操作系统写保护
535经共享文件夹与PC交换文件
536显示器分辨率设置及屏幕校准
54UPS硬件
541UPS及电池
542CX5xxx及CX8xxx上集成的1s UPS
55常见问题
第6章面向对象编程
61概述
611什么是面向对象编程
612关键名词：Method和Property
613关键名词：Function Block和Interface
614关键动词：Extend
615关键代词：This和Super
616面向对象编程的3个用法
62简单的示例
621建立一个带Method和Property的FB
622建立一个FB的扩展FB（Extend）
623建立一个Interface并实现（Implement）
63示例：NC轴控的FB
631用Interface和FB建立一个NC轴对象
632在前例基础上增加一些Method
633重构寻参的Method“M_Home”
64常见问题
第7章C 编程
71C 编程环境的安装
711安装C 编程环境的最新帮助
712安装示例：Windows 7 32位和VS2013
72实现C 项目模板
73TC3的C 编程常用操作
731编辑Class并添加自定义函数
732发布自己的代码
733C 模块的引用
734功能拓展
74常用功能的实现方法
741定义C/C 项目的数据区域
742发布和引用带Interface的C 模块
743C 程序的调试和诊断
75集成客户C/C 代码时的几点说明
751哪些代码可以集成
752集成C 代码步骤
753TC3中的C 支持的功能
754TC3中的C 不支持的功能
755TC3中的C 需要替换实现的功能
76常见问题
761VS2013中打开低版本例程
762使用C语言编程
第8章数据存储、配方和文件处理
81概述
811TwinCAT PLC保存数据的机制
812保存数据的类型和适用方法
82掉电保持数据
821用Persistent变量实现掉电保持
822用NOVRAM区实现变量的掉电保持
83数据存储到文件
831概述
832读写二进制文件
833读写CSV文件
834读写XML文件
84配方功能及文件操作综合例程
第9章经库文件扩展的功能和算法
91TwinCAT 3提供的所有库
911免费使用的库
912需要购买TF授权的库
913配合特殊硬件使用的库
92TcTempCtrllib温控库
93TcPlcControllerToolbox
931控制类
932滤波类
933PWM输出
934SetpointGeneration
94TcUtilitylib
941调用Windows的功能
942读取IP地址和修改注册表
943启动和停止应用程序
944内存操作
945调用TwinCAT的功能
946BCD码转换
第10章I/O系统、EtherCAT和K-Bus
101TwinCAT I/O系统综述
1011TwinCAT支持的I/O Device汇总
1012倍福控制器的I/O系统
1013用高级语言直接控制TwinCAT I/O
102EtherCAT与E-bus
103EtherCAT从站设备基本操作
1031概述
1032配置过程数据（Process Data）
1033读写EtherCAT从站的参数
1034EtherCAT从站设备描述文件XML
1035经由EoE进行从站设备调试
1036EtherCAT从站的版本兼容性和升级Firmware
104EtherCAT的诊断和状态控制
1041EtherCAT诊断
1042EtherCAT状态切换
105EtherCAT的网络配置和优化
1051EtherCAT主站配置和同步单元设置
1052星形拓扑和热连接
1053环形拓扑和网络冗余
106KL模块
1061KL模块的过程数据（Process Data）
1062KL模块的参数设置
1063KL模块的错误诊断和恢复
107常见问题
第11章TwinCAT控制系统之间的通信
111概述
112ADS通信协议
1121ADS协议简介
1122ADS设备的数据访问
1123从PLC程序实现ADS 通信
1124从高级语言实现ADS 通信
113EAP和Realtime EtherNet
1131概述
1132EAP及RT EtherNet通信的配置
114EtherCAT Slave
115EtherCAT桥接模块EL669x的使用
1151适用范围
1152数据交换的配置步骤
1153时钟同步的配置步骤
第12章Modbus、RS232/485及TCP/IP通信
121TwinCAT串口通信
1211配置通信接口
1212编写PLC代码或者引用Demo程序
1213调试Demo程序
1214常见问题
122TwinCAT Modbus RTU通信
1221作为Modbus RTU Slave与触摸屏通信
1222作为Modbus RTU Master与温控表通信
123TwinCAT TCP/IP通信
1231概述
1232TCP/IP通信的Demo程序
1233自己编写TCP/IP通信的程序
1234常见问题
124TwinCAT Modbus TCP 通信
1241概述
1242TC2 PLC作为Server的Demo
1243TC2 PLC作为Client的Demo
125TC3串口通信和TCP/IP通信与TC2的异同
1251TC3版本的通信例程
1252TC2与TC3串口通信的区别
1253TC3下的TCP/IP通信例程Demo
126TCP/UDP Realtime
第13章TwinCAT与现场总线及工业以太网设备通信
131TwinCAT支持的现场总线接口
1311TwinCAT作为主站
1312TwinCAT作为从站
132PROFINET Master
1321PROFINET简介
1322TwinCAT做PROFINET主站配置
1323添加PROFINET从站和设置参数
133PROFINET Slave
1331PROFINET从站的通信组件
1332TwinCAT做PROFINET从站的配置步骤
134EtherNet/IP Master
1341EtherNet/IP 技术介绍
1342倍福的EtherNet/IP通信组件
1343倍福的EtherNet/IP主站配置步骤
1344常见问题
135EtherNet/IP Slave
1351EtherNet/IP从站通信组件
1352TwinCAT作为EtherNet/IP从站的配置步骤
1353在第三方EtherNet/IP主站配置倍福控制器
136CANopen Master
1361CANopen总线简介
1362CANopen通信调试
1363配置从站的PDO
1364PDO的通信参数
1365修改CANopen从站的CoB对象字
1366CANopen总线诊断
1367常见问题
137CANopen Slave
1371CANopen Slave的通信组件和EDS文件
1372TwinCAT中的设置
1373CANopen主站侧（第三方 PLC）的设置
138CAN20通信
1381背景介绍
1382TwinCAT实现CAN20通信的配置
1383分析CAN Interface
1384常见问题
1385通过CAN20访问BK51xx耦合器
1386CANopen Node通信
139PROFIBUS-DP Master
1391总线简介
1392PROFIBUS-DP主站的通信组件
1393倍福的PROFIBUS-DP主站配置步骤
1310PROFIBUS-DP Slave
13101DP从站通信的组件和GSD文件
13102TwinCAT中的设置
13103PROFIBUS-DP主站侧的设置
13104EL6731-0010的诊断
1311PROFINET耦合器
13111概述
13112通信测试
13113常见问题
1312EtherNet/IP耦合器
1313DeviceNet Master
13131DeviceNet主站的通信组件
13132倍福的DeviceNet主站配置步骤
1314DeviceNet Slave
13141DeviceNet从站的通信组件
13142TwinCAT作为DeviceNet Slave的配置
13143EL6752-0010的诊断
1315常见问题
第14章TwinCAT连接HMI和数据库
141概述
142经ADS与触摸屏通信
143经ADS与上位组态软件通信
144用高级语言开发HMI
145OPC通信
1451原理介绍
1452OPC DA的使用方法
1453OPC UA的使用方法
1454常见问题
146TwinCAT PLC连接企业数据库
1461概述
1462TwinCAT Database Server的安装和配置
1463从PLC调用功能块访问数据库
1464例程
147TwinCAT 3 PLC HMI
1471画面编辑
1472常用功能的实现
1473中文显示、多语言切换和图片显示
1474安装、授权和全屏运行
148组态软件TwinCAT HMI
1481功能介绍
1482使用特点
第15章倍福先进技术介绍
151MATLAB/Simulink
152集成机器视觉Tc Vision
153Automation Interface
154IoT技术
附录

前言
倍福公司作为自动化行业的后起之秀，开创了将PC用于工业控制的先河，推出了当今最流行的工业以太网EtherCAT。作为以创新和开放为导向的公司，倍福迄今为止的软硬件产品已经多如繁星，但始终专注在控制系统。倍福工程师不仅要持续学习自家的新产品、新技术，还要支持各种第三方通信的实现。而对于用户来说，了解倍福技术越多，方案设计时的选择就越多。
但是要了解所有的倍福产品和技术又谈何容易。完整官方帮助系统以产品为线索，仅英文版就超过15GB，大部分中国工程师在语言和阅读习惯上都不太适应。本书的作用就是提供一个系统、全面、快速了解倍福所有技术和应用可能性的渠道以及实施这些技术的方法。作者在倍福中国从事一线技术工作超过15年，这也是倍福公司、中国制造和国内自动化市场都高速增长的15年，亲眼目睹了倍福中国的用户群体一步步壮大，尤其是在新兴产业大展拳脚的过程。从最开始与客户一起摸索，再支持其他新客户，然后写文档支持更多的客户，到2010年有了把这些积累的文档归集成册的想法：与其给客户发送一个个零散文档，不如做一个成体系的大文档，这就是本书的来由。将自己走过的弯路标记出来，或者重新设计一条更直的路，帮助用户节省摸索的时间，也提高自己的技术支持效率，这是编写本书的目的。
这不是一套严格意义上的“教材”，它包含了太多对实际应用有意义而对学生理解概念却无关紧要的细节提示，并且对很多技术底层的描述过于大而化之。一开始只是技术文档的系统归集，归集完成发给部分同事和客户之后，有人将资料上传到了网上。虽然当时的版本相当粗糙，却意外地流传开了，至今已有近10个年头。这些年来工作中每有新的经验体会，就会记录在这套资料中，以至越积越多，越写越长，而使用这份资料的工程师群体也越来越庞大。这就是本书的成长历程。
由于涉及的细节太多，完全展开细讲会使本书的厚度无限增加，解决这个问题的办法是增加电子版的配套文档——将倍福知识体系中不可或缺而现存资料中已经成形的内容，放在配套文档中。配套文档还包含示例程序、调试工具、安装软件，以及曾经发布在个人公众号上的专题分析。感谢出版社同意并设法把这些配套文档的下载链接以二维码的形式插入在正式出版的纸质书中，否则这本书就不是完整的。
TwinCAT是一个强大的工具，也仅仅是个工具。本书旨在让客户快速上手，分享一些使用技巧，避免一些常见的错误，并不涉及任何工艺和算法。正文中会提及一些常用的程序组件、功能代码、综合例程，但不会有软件工程方面的指引。总之，这是加强版的“TwinCAT软件使用说明”，而不是自动化项目的开发指南。
我并非是对TwinCAT全知全能，书中内容来自倍福中国多年的知识积累，而我只是执笔人。比如C 编程部分最初来自TwinCAT产品经理李小宁，PLC连接数据库部分最初来自倍福广州办陈佳溪，此外，倍福华南区同事的工作成果是本书持续更新的主要素材来源。在此要感谢长期向我提供支持的周耀纲、王建成、杨煜敏、刘端健等同事，他们的帮助使书中的内容更加丰富和准确。
本书的最终出版要感谢倍福中国执行董事、总经理梁力强先生，多年以来他不仅支持和鼓励我从事本项工作，在最后关头还全力争取本书的出版机会；感谢EtherCAT技术协会中国代表处首席代表范斌女士，一再向出版社推荐，并促成了最后的出版；感谢机械工业出版社的编辑，为本书的一字一句做全面认真的编校，本书才能以专业、规范的形象问世。
本书读者对象
● 倍福（Beckhoff）的CX、CPxxxx、Cxxxx系列控制器的用户。
这些用户的共同点是控制软件已经预装在订购的控制器上，用户需要用自己的计算机对控制器进行编程。控制器是基于PC的架构，并安装Windows操作系统。书中表述的CX、CX控制器、控制器，是由于文字编辑时期不同，表述有所差别，实际所指适用于所有基于Windows平台的TwinCAT控制系统。
● TwinCAT 30软件用户。
这些用户的特点是TwinCAT控制软件需要自己安装在运行Windows 7或者Windows 10操作系统的工控机上。用户可以在工控机上编程，也可以用自己的计算机对工控机进行编程。
本书主要内容
本书讲解了TwinCAT 31的系统配置、 PLC编程、各种倍福硬件、常用控制功能、通信功能的实现。本书不涉及MATLAB/Simulink的实际操作。
倍福公司已有正式的TwinCAT 3培训教材，收录在本书的配套文档中。大部分基本功能已在该教材中详细描述，为节约篇幅，本书中涉及基本步骤的部分通常直接链接到该教材，不再赘述。用户使用时可以两书互为参考。
本书的使用方法
● 项目考察阶段，可阅读第1章以及本书目录。
● 初学者必须依次阅读第2章的所有小节。
● 功能测试阶段，可根据目录找到相应的章节，每个章节在“配套文档”中都有对应的文件夹，里面有相关的例程、工具和文档说明。
● 项目开发阶段，预先阅读第3章、第4章，并根据所使用的I/O模块和设备，详细阅读第10章、第13章的相关内容。
● 项目结束阶段，可查阅第5章的相关内容。
版本说明
本书所提供的操作截图、程序代码都基于VS Shell 2013下的TC31402227。由于倍福公司的TwinCAT软件仍然会持