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[CodeSys] CoDeSys的今生,未来.

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发表于 2024-4-6 22:18:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

CoDeSys如同工控届的安卓,越来越多的被应用到专业运动控制系统中来.......而且越来越多的工程师开始使用,作为只了解PLC的小伙伴,可以花点时间来阅读一下。扩展自己的视野。。。


工作以及网上看到不少人说,CoDeSys和西门子step7,在德国都属于标准课程,牛逼的小朋友都可以用其编程,不知真假,相信无风不起浪,多少有些依据,看看国内清一色的日系编程,我们是否需要换换脑子,换换思考方式了?CoDeSys类的编程能否达到这个目的?


CoDeSys是全球最著名的PLC内核软件研发厂家德国的3S(SMART,SOFTWARE,SOLUTIONS)公司出的一款与制造商无关的IEC 61131-1编程软件。CoDeSys 支持完整版本的IEC61131标准的编程环境,支持标准的六种编程语言。是一个标准的软件平台,被很多硬件厂家支持,可编程超过150家OEM生产的自动装置。CoDeSys提供了许多组合产品的扩充,诸如各种不同领域的总线配置程序、完全的目测化和运动控制系统。


CoDeSys是一种功能强大的PLC软件编程工具,它支持IEC61131-3标准IL 、ST、 FBD 、LD、 CFC、 SFC六种PLC编程语言,用户可以在同一项目中选择不同的语言编辑子程序,功能模块等。



带有CODESYS 3运行环境的PFC200控制器


CoDeSys是可编程逻辑控制PLC的完整开发环境(Controlled Developement System的缩写),在PLC程序员编程时,CoDeSys为强大的IEC语言提供了一个简单的方法,系统的编辑器和调试器的功能是建立在高级编程语言的基础上(如Visual C )。



现在国内PLC用户使用的版本多为CoDeSys V2.3, 最新的版本是CoDeSys V3(目前最新版本为V3.5)。V3 在软件架构上有了很大的改善,朝安全软件的方向发展,目前正在申请TUV关于EN 61508的SIL认证。


HOLLSYS(和利时G3 PLC),Kinco(深圳步科F1 PLC),ABB AC500系列,IFM,EPEC,Rexroth,Wago,Parker,Beckhoff,Festo,施耐德等PLC厂家都是使用CoDeSys平台开发自己的编程软件的。当然了,还有很多其他公司。


另外,CoDeSys也提供触摸屏功能(Visualization),但这不是他的强项,基本都是采用OPC 工控机的方案,ABB,倍福都有很好的方案,都是面向不差钱的客户。




3S竞争者


CoDeSys的其他竞争对手还有KW、infoteam、ISAGRAF。听说infoteam(国内称一方梯队)也挺牛的,不太了解,想说说KW,同属于德国企业,主要是产品为multiprog。


KW的主要客户有菲尼克斯的AutomationWorx、富士电机的D300Win、 研华的Multiprog,苞米勒的PLC和伺服系列,三菱应该也是它的大客户,但是编程方式却是按照日本人的习惯来的。




CoDeSys框架组成


两部分:
1、CoDeSys IDE。
即CoDeSys集成开发环境,符合IEC61131编程规范,安装于PC机上,运行于Windows或者Linux下。由最终应用用户所使用的开发工具。


2、CoDeSys Runtime。
即硬件平台系统。需要设备制造商与3S公司共同完成,3S公司需要评估硬件开发商所设计的硬件系统,并为其定制CoDeSys Runtime框架,客户需要为此向3S付费。然后硬件及系统开发商需要根据本系统的外围输入输入等配置,编写相应的驱动,并以库或者PLC Configure接口的形式提供给CoDeSys ID开发环境调用。实际上就是形成一套Target安装包。此外,CodeSys还会对每个使用其CoDeSys Runtime的设备贴标,设备供应商需要为每个3S标牌付费,作为其知识产权的一部分。


最终用户(应用开发商)可以下载通用的CoDeSys IDE。里面提供基本的IEC61131编程环境,但是对于一个具体的硬件PLC或者HMI,需要安装与该硬件相对应的Targets包。


这个 Targets包的入口文件是*.tnf文件,有其来指定:
1、targets(*.tar)文件,对应 CoDeSys IDE的Target Setting项.


2、PlcConf文件夹下的*.cfg文件,对应CoDeSys IDE的PLC Configuration项。其安装路径由InstallTarget组件程序的Installation选项指定。反映在CoDeSys IDE上就是:
Project\Options\Directories\Target\Configuration files: "**\*\PlcConf\"。


3、Lib文件夹下的诸*.lib文件,提供底层的CoDeSys Runtime的驱动接口。对应CoDeSys IDE的Library Manager。其安装路径由InstallTarget组件程序的Installation选项指定。反映在CoDeSys IDE上就是:
Project\Options\Directories\Target\Libraries: "**\*\Libs\"。






上图,就是安装target的过程,也就是每个OEM厂家安装自己硬件的过程。




CoDeSys底层运行原理





Codesys runtime是建立在OS上的,常见的OS有wince,windows,linux,vxworks。构建在OS的优势就在于系统的扩展性更强,PC的更多功能都可以在PLC上实现。


control task被操作系统每隔一段时间(典型是1ms)调用一次。
IEC task被内建的看门狗监控,监视PLC的实际工作周期是否超出预定时间,如果超出则IEC task任务停止,向系统报告错误。


说到这里讲讲PLCOPEN的IEC 61131-3标准(这个IEC具体名字,网上现查的,方博士掌握的很好)。IEC 61131-3多任务操作系统,也没查到具体如何实现,自己之前做过嵌入式开发,了解OS以及RTOS,自认为和RTOS类似,热情高的朋友可以网上看看RTOS,重点是:RTOS的优点是什么?


欧洲的产品都很注重概念,概念理解了,就可以让你自由发挥。这里就多插一句,日系PLC在做大型项目时,还是和低端PLC一样,编程习惯类似汇编,编程上想要实现框架的概念非常难,因此在欧洲比较难推广。现在日系也在改进,加入了ST编程,使用了功能块,也算是日本人的妥协吧。





这里有几个概念:
优先级,数值越小优先级越高,根据任务的实时性,设定优先级
任务类型
循环:周期性执行任务
自由运行:只要启动程序就处理任务,CPU空闲就运行该task。
Event触发型:触发位的上升沿调用程序。外部事件触发功能,未定制的厂家此选项不能使用
看门狗watchdog(早期单片机上的一个概念,纺织程序进入死循环,提出了定时喂狗的概念,其本质就是一个减法定时器)


说说MCU如何使用watchdog吧——


while(1)
{
//用户自己写的程序
Watchdog = 10ms; //watchdog timer后台按照tick做减法,如果timer为0,就触发一个硬件中断,告诉用户程序在单位时间内没执行完,检查错误。正常则每次喂狗,设置timer为10ms
}


CoDeSys的watchdog定时监视PLC的实际工作周期是否超出预定时间,避免PLC在执行程序的过程中进入死循环,或者PLC执行非预定程序造成系统瘫痪。当任务超时,任务复位,进入初始状态,继续执行。




对比一下AB control logix的任务实现


control logix项目分为任务(task),程序(program)和例程(routine)。


任务(task):每个control logix控制器最多32个任务,仅有一个continuous任务,其余为Periodic或者event任务。任务命名包括任务功能,优先级和执行周期


任务的三种类型:


1. 连续型任务,指的是周而复始连续执行的任务,一个项目只允许定义1个,亦可以不定义,等同于codesys中的PLC_PRG(POU)。


2. 周期型任务,定时中断执行的逻辑程序,需定义周期时间,设定优先级别,最多可以定义31个


3. 事件触发型任务,事件触发引起的任务调度,事件触发可以是外部输入点引起(如同PLC5/SLC),也可以由consumed tag引起或者直接指令调用引起,还可以由运动控制状态引起,需要设定优先级别,最多定义31个。


Control logix中的producer/consumer的概念非常好, 体现在其组网能力上。比如某一个模块是消息的生产者,产生消息存放在消息块中,其他需要此变量的功能块,定义一个消息consumer即可。有兴趣的朋友可以自己看看相关资料。




CoDeSys的编程工具


IL 、ST、 FBD 、LD、 CFC、 SFC六种语言,我个人比较钟爱ST,CFC。


CodesysV2.3还是强调过程编程,到了V3.5则强调面向对象,C 的影子更多了。


言归正传,应用者也不需要关心那么多技巧,能实现功能,并且代码具有可维护性就是一个合格的工程师。


1.高级语言中的struct,union。
Stuct在西门子SCL语言中被称为UDT(user defined type),AB RSLogix 5000中也被称为UDT
TYPE TRAFFIC :
(RED, YELLOW:=1, GREEN:=10);
END_TYPE


TYPE STRUCT1 :
STRUCT
P1:INT;
P2:INT;
P3:INT;
END_STRUCT
END_TYPE


2.指针,c,c 中的顶级利器,在codesys中也可以使用
Example in ST:
pt:POINTER TO INT;
var_int1:INT;
var_int2:INT;
pt := ADR(var_int1);
var_int2:=pt^;


3.FC,FB的概念







上述是CoDeSys说明书的例程,不知道看出有什么不同?


FC在程序中直接调用即可,FB则需要先定义实例(instance),Instance: FUB。这里的Instance就是C 中的对象实例。怎么理解这个实例呢?上个最傻的高级语言的例子吧:


class Student
{
int age;
int sex;
int grade;


void DoWork(void);
};


Student tony, jany;


tony.age = 10;
tony.sex = male;
tony.grade = 3;
tony.DoWork();


jany.age = 9;
jany.sex = female;
jany.grade = 3;
jany.DoWork();


这里的DoWork就类似FB,可以看到FB带有自己独立的数据块,比如例中的age,sex,grade。




对比西门子S300/S400的FC、FB




1.FC不具备自己的存储区,FB有自己的存储区-背景DB。


2.FC和FB都有自己的TEMP变量,存储在系统的本地stack上。当FC和FB调用完毕,TEMP变量会释放。


3.FB有静态变量,FC没有。静态变量在背景DB中,FB调用完毕,静态变量仍然有效。


西门子300中,DB分为背景DB和共享DB,背景DB和FB相关联。


背景DB和共享DB没有本质区别,它们的数据都可以被任何一个DB,FC或者FB读写。它们的区别在于使用目的:背景DB为FB提供数据,其数据格式和FB变量声明一致;共享DB目的为用户程序提供一个可保存的数据区。



如果对C比较熟悉,可以这样理解:
FC和FB像C中的函数,只不过FB可以生成静态变量,在下次函数调用时数据可以保留,而FC的变量只在调用期内有效,下次调用又重新更换。 每次调用FC的I/O区域必须要自己每次手动输入,而FB就不要,省去不少麻烦,如果在上位机控制直接输入DB控制地址就可!


看到这里,大家再思索一下,德系PLC的编程思想虽然实现形式不同,但强调的概念都一样,一定要理解这些概念,才能熟练应用。


4.PLC_PRG
PLC_PRG是一个预定义的POU(program of unit),每个工程必须包含这个特定的程序,这个POU在每个cycle中调用一次。其本质就是一个freewheeling程序。
如果使用了多任务,可以不包含PLC_PRG,按照任务配置表执行特定程序。


5.lib库的使用
Lib的使用体现了codesys高级语言的特性,支持math.lib,string.lib,canopen.lib,可以使用自定义的lib



用户自己实现的lib库,包含两种:Internal lib,External lib,有什么区别呢?


内部是完全利用CoDeSys实现的自定义lib库。外部库则需要利用相关的编译链去编译,更多被底层开发者所采用,可以直接利用OS底层的API进行编程,性能效率更高。





6.好用的case语句


CASE INT1 OF
1, 5:
BOOL1 := TRUE;
BOOL3 := FALSE;
2:
BOOL2 := FALSE;
BOOL3 := TRUE;
10..20:
BOOL1 := TRUE;
BOOL3:= TRUE;
ELSE
BOOL1 := NOT BOOL1;
BOOL2 := BOOL1 OR BOOL2;
END_CASE;


case语句是我比较喜欢的功能,可以实现手动自动,可以实现多工位。


K5 PLC没有日系的STL,也没有西门子的SCR指令,可以通过其他方式实现类case方法,大家也可以思考下。


能想到的也就这些,暂时写到这里吧,文中更多强调的是概念,具体编程实现和技巧涉及很少,个人实战也不是很多,认识也有肤浅,大家看后有什么好的想法,也请告知,谢谢!


来源:知乎
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