Eine Plattform für alle Automatisierungsfunktionen

Mit der Abstraktion der Steuerungsfunktion von proprietärer Gerätehardware vollzog Beckhoff bereits 1986 einen Paradigmenwechsel in der Automatisierung. Darauf aufsetzend komplettierte vor 30 Jahren die Markteinführung von The Windows Control and Automation Technology, kurz TwinCAT, die Basis für den heutigen Erfolg von PC-based Control. Denn so gelang es, IT-Standards in die Automatisierung zu überführen und diese mit Echtzeiterweiterungen zu einer durchgängigen, hochperformanten und deterministischen Steuerungsplattform zu formen – anfangs mit Fokus auf Windows, mittlerweile auch für Betriebssysteme wie TwinCAT/BSD und Linux^®. Zudem vereinte Beckhoff das komplette Engineering in einer Software und unterstützte die sich weltweit etablierende SPS-Programmierung nach IEC 61131-3, aber auch IT-Standards wie C, C++ sowie MATLAB^® und Simulink^®.

Von Anfang an zeichnete sich TwinCAT durch herausragende Leistungsdaten aus: SPS-Zykluszeiten konnten radikal auf bis zu 100 µs verkürzt werden, Arbeitsspeicher stand plötzlich fast unbegrenzt zur Verfügung. Zudem bot TwinCAT vom Start weg äußerst leistungsfähige Motion-Funktionen, von der einfachen Standardachse über elektronische Getriebe und Kurvenscheiben bis zur 5-Achs-CNC. Die Zahl der steuerbaren Achsen nahm jedes Jahr zu, von 10 über 50 und 100 auf heute sogar über 1.000 Achsen bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten pro Achse. Nach dem Konzept der „all-electric machine“ konnten damit schon früh leistungsfähigere, präzisere und effizientere Lösungen realisiert werden. Der visionäre softwarezentrierte Ansatz befreite den Maschinenbau schon damals nachhaltig von den engen Leistungsgrenzen konventioneller Steuerungshardware.

Offenheit und Funktionalität

Ein zentraler Mehrwert der TwinCAT-Architektur resultiert aus ihrer Offenheit, die das komplette Spektrum der Automatisierung in einer Software konsolidiert. Standen anfangs die SPS, Motion Control und I/Os im Fokus, umfasst die Plattform heute weit über 100 hochspezialisierte Functions, unter anderem für leistungsfähige Messtechnik, Regelungstechnik und Kommunikation. So werden alle Maschinenfunktionen auf einem zentralen Industrie-PC deterministisch berechnet und über den Highspeed-Feldbus EtherCAT taktgenau auf die I/O-Ebene übertragen. Damit lassen sich Prozessabläufe mit höchster zeitlicher Auflösung und Genauigkeit steuern und regeln. Auf der praktischen Seite reduzieren sich der Installationsaufwand, der Platzbedarf im Schaltschrank sowie die Gesamtkosten.

Die Leistungsfähigkeit moderner Industrie-PCs ermöglicht auch eine nahtlose Integration vieler weiterer Highend-Technologien. Die industrielle Bildverarbeitung mit TwinCAT Vision sowie die systemintegrierte Robotersteuerung sind als native Laufzeitmodule fest in der Software verankert. Einen rasant steigenden Stellenwert nimmt die Implementierung von künstlicher Intelligenz ein. Mit TwinCAT Machine Learning Creator lassen sich ohne Vorkenntnisse KI-Modelle für die Analyse von Bilddaten, Zeitreihen oder Prozessdaten generieren. Das ermöglicht lokale Monitoring-Lösungen und Anomalie-Erkennung direkt in der Steuerungsumgebung. Das Assistenz-Tool TwinCAT CoAgent unterstützt den Anwender über den kompletten Lebenszyklus – vom Engineering bis zum laufenden Maschinenbetrieb.

Gerüstet für die Zukunft

Da die softwarezentrierte Architektur auch drei Jahrzehnte nach der Markteinführung konsequent auf Skalierbarkeit und Konvergenz mit der IT ausgelegt ist, sind Anwender mit TwinCAT für künftige Herausforderungen gerüstet. PC-based Control bildet ein ideales Fundament für die tiefe IT/OT-Integration und die Anbindung an Cloud- oder Edge-Infrastrukturen. Ob es um Physical AI, neue Kommunikationsstandards oder stringente Cybersecurity-Konzepte geht: TwinCAT adaptiert als modulares Framework alle neuen Marktanforderungen. Gleichzeitig sichern Maschinenbauer damit ihre Innovationskraft durch die Kombination aus Rechenleistung, Verfügbarkeit und Offenheit langfristig ab.