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CoDeSys

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    2019-8-13 14:13
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    [LV.5]常住居民I

    发表于 2020-8-7 16:28:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
    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。

           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。
    3、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\"。
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    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
    20150113175524482.png

       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。
    20150113175553107.png

    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(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:
    ptOINTER TO INT;
    var_int1:INT;
    var_int2:INT;
    pt := ADR(var_int1);
    var_int2:=pt^;

    3.FC,FB的概念
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    20150113175741779.png

    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。
    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。
    20150113175808123.png

    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
    20150113175825967.png

    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。

    20150113175910076.png
    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。

    更多CoDeSys的使用细节可参考CoDeSys说明书“CoDeSys_V23_E.pdf”
    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!

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