图1 德国Beckhoff公司是微软的技术合作伙伴，能够早期获得微软的新技术，所以该公司能够研发出确保电子数据处理系统功能的新的企业管理自动化系统，并能够确保该公司研发的各种自动化控制系统的变型系统以及植入式多磁芯的软件支持系统能够在企业自动化管理中实时应用

微软软件在应用于企业管理时必须进行进一步的研发，以实现能够进行实时电子数据处理的企业自动化控制系统（PC-Control）。德国Beckhoff公司研发的用于MS-DOS和Windows软件的实时电子数据处理核心技术，便是企业PC系统定型的基础。德国Beckhoff公司是微软的技术合作伙伴，能够早期获得微软的新技术，所以该公司能够研发出确保电子数据处理系统功能的新的企业管理自动化系统，并能够确保该公司研发的各种自动化控制系统的变型系统以及植入式多磁芯的软件支持系统能够在企业自动化管理中实时应用。

以PC控制系统为基础的企业自动化管理系统的很大优点是：实现了这样的可能性——企业运行中的所有信息技术数据与软件功能均在实时运行的同时得到同步加工处理。实时电子数据处理就意味着，一个计算的开始和计算的结束，以及一个计算的指令序列均是定型的和不断重复的。为了实现各种电子数据处理的并存，必须进行进一步研发，将标准型PC变成能够进行各种电子数据实时处理的企业自动化控制系统（PC-Control）。目前，通常市场上有影响的品牌的企业管理系统均不具备实时电子数据处理功能。因为，通常更高层次的软件和更高应用层面不使用普通PC；而办公室和家庭所用的普通PC的硬件信号和间隔信号是快速并定型变化的，按一个快速变化的次序储入硬件，这样处理的结果便不会丢失。目前，通常的PC电子数据处理装置的设置仍着眼于定型的设备，系统应答时间短。为此，必须进行进一步的研发，使PC成为能够进行实时电子数据处理的企业自动化控制系统。

将通常的PC研发成企业自动化控制系统，总体来说是要增加时钟中断处理系统（Timer-Interrupt），以实现分时段分配PC的计算能力，分时段对企业自动化控制系统的功能进行实时控制。用时间控制断开的方法实现实时控制，源自PC发展史上的设计原理。PC的设计理念是，时间间隔发送器（Timer）在主程序 （MS-DOS）运行的情况下进行实时断开（如下页图），这种设计理念一直在现有的PC硬件中得到使用。当前，将通常的PC研发成企业自动化控制系统，利用其他的时间断开源是行之有效的。

时钟中断处理系统按照相似形态的持续时间断开PC中央处理装置（CPU）的现实加工指令，并通过断电调节系统矢量列表指令向相应的时间断开调节系统发送专门的代码，这样便保证实时代码按循环周期得到处理。保持遵守两次断电之间的精确时间间隔是评价企业自动化控制系统质量优劣的依据。每次断电都将通过一个专用于生产的程序机，实现各种加工处理任务间的任意一个上下形态的分析与转换。

主程序（MS-DOS）以及PC-DOS程序（以下统称DOS )从当今的观点来看，是一个所谓的“低级”工作系统（磁盘操作系统），借助于管理PC的主硬件资源（PC-BIOS），如主存储器和用于连接系统中其他装置的交互平台。

图2 PC-Control系统以主程序 （MS-DOS）为基础的实时数据处理的示意图

企业自动化控制系统实时处于管理状态

作为一次性通过的任务，处理系统（DOS）总是只能启动一个程序。如需要启动另一个程序，则必须结束现已启动的程序。为了实现其潜在的功能，便使用了驻留程序TSR，这样便出现了一个所谓的“后门”，在主程序结束后，主存储器里有一个小的辅助性程序在工作。这个驻留程序TSR能够通过时钟中断处理系统在一定程度上激活。为此有一个实例，就是PC遥控程序能够通过调制解调器在装有DOS处理系统的计算机上实现存取。

1988年，德国Beckhoff公司在装有DOS处理系统的计算机基础上进行研发，采用PLC方案研制出该公司的第一台型号为S1000型企业自动化管理的PC控制机；1993年，该公司进一步开发研究，研制出S2000型企业自动化管理PC控制机，该控制机的程序基础是SPS/NC/CNC，其操作台的控制也纳入到一个程序中。

S2000型企业自动化管理的PC控制机的软件分三个任务层面：数字控制功能层面是最高层面；其次是符号编码功能层面和突出任务功能，其控制台是在PC剩余的可使用的计算时间内完成控制的。任务层面的转换是通过一个调度程序实现转换的，该调度程序通过时钟中断处理系统进行调节，每毫秒可调节的次数高得惊人。数字控制功能优先于自由编程的符号编码功能。符号编码系统由一个任务件组成，用户可以将该任务件编入S5-AWL-Dialekt程序中，用于控制机器设备的传感器和作用件，用Beckhoff公司研发的发光模拟电路装置读入和给出。S2000的突出任务功能是一个协调的多任务件，用户输入时可同时启动企业自动化管理的PC控制机的后台程序功能，这样便消除了DOS企业自动化管理软件的单一任务限制功能。企业自动化管理的PC控制机操作控制台台面布置直观，图解表大小为80×25，文字选用ASCⅡ字符。对于用户来说，DOS软件是PC运行的管理方式，最主要的还是向主存储器输入数据。

随着电子计算机技术的进一步发展，电子计算机的计算功能会更高，操作控制台台面实现全屏显示，自动化管理业务进一步拓宽，以满足用户日益增加的需求。过去，用Windows软件可提供PC控制机DOS操作控制台台面，而采用Beckhoff公司的Version 3.1变型软件，更加便于操作。Windows 95软件使用32?Bit的程序处理器，领先实现了用户在数字控制多任务层面的需求，且操作控制台台面先进现代。

在Windows基础上研发PC-Control

以前，Windows NT在服务器和工作站的新处理系统的专业领域运用。与Win 95（Win 95内部一直使用MS-DOS软件）相比，Windows NT的稳定性更高。因此，在工业测量与自动化领域，Windows NT比Windows 95认可度更高。

TwinCAT是在Windows NT的基础上研发出来的，是Beckhoff公司研发的第一台以Windows软件为基础的PC控制机（测量与自动化管理系统）。TwinCAT的设计理念是Beckhoff公司研发以PC控制机为基础的全新的测量与自动化管理系统设计理念，取代了符号编码系统-数控机床-自动化加工中心的控制装置以及操作装置。传统的知名硬件（符号编码系统、数控机床、卡片存储器等）在TwinCAT被当作软件系统来使用。这样，便可以根据用户的需要将测量和自动化系统进行标准组件式设置，而不需要更改系统现有的软件结构。

而整个实时自动化企业管理系统一体化，如Windows NT（Windows 2000，Windows XP，Windows Vista和Windows 7与以前使用的MS-DOS是接近的）与以前使用的MS-DOS则完全不同。Windows软件是多任务软件，因此很多程序可以同步运行；而硬件的存取只能在受到保护的稳定状态下实现。驱动器和处理系统需要PC硬件具备良好的时间性能。为了实现Windows软件的实时功能尽可能透明一体化，处理系统或其他标准型的软件组件不得变动。为此，Beckhoff公司研发了一个计时器，这是一个专利产品，被称之为“Doppeltick”。

“Doppeltick”计时器的功能是，在由非实时模式转换成实时模式时，或是反之由实时模式转换为非实时模式时，届时该计时器将断开件解锁。而在转换为实时模式时，断开件起着TwinCAT的作用。通过该主动限定非实时模式转换开关，可以保证Windows软件不仅能够从主处理器（CPU）得到足够的计算时间，而且能够使硬件如程序机、网络或USB得到一定的硬件功能必要的应答时间。

Windows软件条件下的实时功能

在正常工作状态下，只有一个“Doppeltick”计时器断开TwinCAT的实时模式。该“Doppeltick”计时器起实时程序机的作用，必要时按Windows软件回接。但有这样的例外情况：在出现不能容忍的硬件错误时，不可屏蔽中断（NMI）和系统管理中断（SMI）被启动。这种情况可以通过TwinCAT程序机配置予以避免。通常所有对于PC工作所必需的断开装置在非实时模式是关闭的，并在那里进行处理。在介绍过的前提条件下，TwinCAT能够保证必要的实时功能，且不会对PC系统的工作产生影响。

与S2000 Windows软件不同，TwinCAT是组件式设置的，可以提供更多的自动化功能。为了支持系统的组件式设置以及支持时间控制的细微准确度，TwinCAT 使用了一个实时调节装置，该实时调节装置允许优先发送64个任务，这些任务在实时模式进行处理。此外，实时调节装置还提供任务与主处理器（CPU）同步工作的功能和内部任务协调功能。优先的处理器的任务是，在最理想的时间启动最优先的任务，且该优先的处理器一直伴随最优先的任务的处理过程而运行着；而优先档次较低的任务将根据轻重缓急分配相应的处理时间。