TwinCAT 3 Software-Framework für den Sondermaschinenbau – Objektorientierte PLC-Architektur

Projektübersicht

Branche: Sondermaschinenbau
Steuerung: Beckhoff TwinCAT 3
Softwarearchitektur: Object-Oriented Programming (OOP)
HMI: Automatische HMI-Generierung

Robotik: Fanuc, Mitsubishi SCARA
Motion Control: Beckhoff Motion, Jenny Science, CiA 402
Kommunikation: EtherCAT, ADS, OPC UA, TCP/IP, UDP, Modbus TCP, Serial
Rolle: Lead TwinCAT Software Engineer

Herausforderung

Ein Maschinenbauunternehmen entwickelte zahlreiche Sondermaschinen mit unterschiedlichen Robotern, Antriebssystemen und Automatisierungskomponenten.

Viele Softwarefunktionen mussten projektübergreifend immer wieder neu implementiert werden, wodurch Entwicklungszeit, Wartungsaufwand und Fehlerrisiko deutlich anstiegen.

Ziel war die Entwicklung eines wiederverwendbaren Software-Frameworks für Beckhoff TwinCAT 3, das standardisierte Bibliotheken und modulare Softwarekomponenten für zukünftige Maschinen bereitstellt.

Lösung

Ich entwickelte eine vollständig objektorientierte Softwarearchitektur auf Basis von Beckhoff TwinCAT 3.

Das Framework umfasste Bibliotheken für pneumatische Aktoren, Beckhoff Motion Control, CiA 402-Antriebe, Jenny Science-Achsen, Fanuc– und Mitsubishi SCARA-Roboter sowie das Beckhoff XTS.

Darüber hinaus entstanden Kommunikationsbibliotheken für EtherCAT, ADS, OPC UA, TCP/IP, UDP, Modbus TCP und serielle Schnittstellen.

Ein weiterer Bestandteil war die automatische Generierung von HMI-Seiten anhand der im PLC-Projekt definierten Objektstruktur.

Für Diagnose und Alarmmanagement wurde der TwinCAT EventLogger als einheitliches Meldesystem integriert.

Das Ergebnis war eine skalierbare Softwareplattform, die als Grundlage für zahlreiche Maschinenprojekte eingesetzt werden konnte.

TwinCAT Softwarearchitektur & SPS-Framework für Beckhoff

TwinCAT Bibliothek für Pneumatik-Automatisierung

Wiederverwendbare TwinCAT-Funktionsbausteine für pneumatische Antriebe mit Unterstützung verschiedener Hardwarekonfigurationen, darunter:

Einfachwirkende Zylinder
Doppeltwirkende Zylinder
Konfigurationen mit einem Sensor
Konfigurationen mit zwei Sensoren
Verschiedene Ventil- und Rückmeldekonfigurationen

Die Bibliothek standardisierte Diagnose, Alarmmanagement, Zustandsverwaltung und HMI-Integration für alle pneumatischen Komponenten.

Motion Control Bibliothek

Standardisierte Softwarekomponenten wurden entwickelt für:

Beckhoff Motion Control
Servoverwaltung
Bewegungsabläufe
Positionieraufgaben
Diagnose und Statusüberwachung

Dadurch wurde eine einheitliche Motion-Control-Architektur für alle Projekte geschaffen.

Integration von Antriebssystemen

Wiederverwendbare Treiber und Schnittstellen wurden entwickelt für:

Beckhoff-Antriebe
Jenny Science Motion-Systeme
CiA-402-kompatible Antriebe

Die Softwarearchitektur standardisierte Steuerung, Diagnose, Parametrierung und Alarmmanagement für unterschiedliche Antriebstechnologien.

Integration von Industrierobotern

Spezielle Softwaremodule wurden entwickelt für:

Mitsubishi-Roboter
Fanuc-Roboter

Kommunikation, Statusüberwachung, Befehlsausführung und Diagnose wurden in wiederverwendbaren Software-Schnittstellen gekapselt und vereinfachten die Maschinenintegration.

Beckhoff XTS Softwareentwicklung

Wiederverwendbare Softwarekomponenten für Beckhoff-XTS-Anwendungen, einschließlich:

Mover-Verwaltung
Routing-Logik
Zustandssteuerung
Diagnose
Prozessintegration

Dadurch konnte der Engineering-Aufwand für XTS-Maschinen deutlich reduziert werden.

Kommunikations-Framework

Eine einheitliche Kommunikationsschicht wurde implementiert mit Unterstützung für:

TCP/IP
UDP
Modbus TCP
Beckhoff ADS
OPC UA
Serielle Kommunikation

Das Framework stellte standardisierte Schnittstellen, Diagnosefunktionen, Fehlerbehandlung und wiederverwendbare Kommunikationsdienste bereit.

Integration von Machine Vision

Wiederverwendbare Integrationen wurden entwickelt für:

Cognex Vision-Systeme
SensoPart Vision-Systeme
IFM Smart Cameras

Die Softwarearchitektur standardisierte Kommunikation, Bildverarbeitung, Ergebnisauswertung und Diagnose für alle unterstützten Vision-Systeme.

Dateiverarbeitung und Datenexport

Bibliotheken wurden entwickelt für:

Verarbeitung von TXT-Dateien
Erstellung von CSV-Dateien
Datenexport
Berichterstellung
Konfigurationsverwaltung

HMI-Architektur für TwinCAT Maschinen

Ein wesentlicher Projektbestandteil war die Standardisierung der HMI-Entwicklung.

Für alle Framework-Komponenten wurden wiederverwendbare Faceplates entwickelt, die eine einheitliche Bedienoberfläche für unterschiedliche Maschinenplattformen bereitstellen.

Zur weiteren Reduzierung des Engineering-Aufwands wurden Mechanismen zur automatischen HMI-Generierung entwickelt. Auf Basis der Softwareobjekte innerhalb der PLC-Anwendung konnten große Teile der Visualisierung automatisch erzeugt werden.

Dieser Ansatz reduzierte die Entwicklungszeit erheblich und gewährleistete Konsistenz zwischen Steuerungssoftware und Visualisierung.

Diagnose- und Alarmmanagement

Alle Framework-Komponenten wurden in den TwinCAT EventLogger integriert.

Das Framework stellte automatisch bereit:

Alarme
Warnungen
Diagnosemeldungen
Statusinformationen
Ereignisprotokollierung

Dadurch wurde eine einheitliche Diagnose- und Alarmstrategie für alle Maschinen der Plattform sichergestellt.

Verantwortlichkeiten

Ich war verantwortlich für:

Entwicklung der Softwarearchitektur
TwinCAT-Framework
Objektorientierte Softwareentwicklung
Standardisierung der PLC-Bibliotheken
Motion-Control-Bibliotheken
Roboterintegration
Kommunikationsbibliotheken
Automatische HMI-Generierung
Integration des TwinCAT EventLogger
Dokumentation
Unterstützung weiterer Softwareentwickler
Kontinuierliche Weiterentwicklung des Frameworks

Ergebnisse

Das entwickelte Framework ermöglichte:

Schnellere Softwareentwicklung
Standardisierte PLC-Architektur
Wiederverwendbare Softwaremodule
Vereinfachte Inbetriebnahmen
Verbesserte Wartbarkeit
Einheitliche Diagnose
Schnellere Einarbeitung neuer Entwickler
Skalierbare Softwareplattform für zukünftige Maschinen

Technische Highlights

Das gesamte Framework wurde nach OOP-Prinzipien entwickelt und ermöglichte eine hohe Wiederverwendbarkeit sowie einfache Erweiterbarkeit.

Standardisierte Softwaremodule konnten projektübergreifend in unterschiedlichsten Maschinen eingesetzt werden.

Das Framework vereinte Robotik, Motion Control, industrielle Kommunikation, XTS und HMI in einer gemeinsamen Softwareplattform.

Bedienoberflächen wurden automatisch aus den PLC-Objekten generiert und reduzierten den Engineering-Aufwand erheblich.

Durch eine einheitliche Softwarebasis konnten Entwicklungszeiten verkürzt und die Wartbarkeit deutlich verbessert werden.

Technologien

Beckhoff TwinCAT 3
Object-Oriented Programming
Beckhoff Motion

Jenny Science
CiA 402
Fanuc

Mitsubishi SCARA
Beckhoff XTS
EtherCAT

ADS
OPC UA
TCP/IP

UDP
Modbus TCP
TwinCAT EventLogger

FAQ

Um die Softwareentwicklung zu standardisieren und neue Maschinen schneller umzusetzen.

Robotik, Motion Control, XTS, industrielle Kommunikation, HMI und zahlreiche Automatisierungskomponenten.

Ja. Die gesamte Architektur basiert auf Object-Oriented Programming.

Ja. Es bildete die Softwarebasis zahlreicher nachfolgender Maschinenprojekte.

Interesse an einer skalierbaren TwinCAT-Softwarearchitektur?

Wenn Sie mehrere Sondermaschinen mit Beckhoff TwinCAT 3 entwickeln und Ihre Software standardisieren möchten, unterstütze ich Sie gerne bei der Entwicklung eines modularen, objektorientierten Frameworks für langfristig wartbare Automatisierungslösungen.

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