CoDeSys

Posted 2022-05-31 runningsoybean

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\"。

 

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（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。

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。

 

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！