CoDeSys - средство программирования ПЛК

      ПЛК производства EATON программируются с помощью программного инструмента XSoft-CoDeSys-2.

      Программный пакет XSoft-CoDeSys-2 основан на стандартном программном обеспечении CoDeSys от компании 3S (Smart Software Solutions, Германия).

      Примечание: У компании EATON кроме того есть другие программные пакеты основанные на программном обеспечении CoDeSys: ECP Soft (CoDeSys v2.3.5), MXpro (CoDeSys v2.3.6), easySoft-CoDeSys v2.3.9.

      Подробная информация, руководства пользователя и другая документация для программного пакета XSoft-CoDeSys-2 размещена в разделе "Software -> XSoft-CoDeSys-2" официального сайта подразделения компании EATON:

http://www.eaton-automation.com/en/desktopdefault.aspx/tabid-4/5_view-80/

Общая информация о ПО CoDeSys.

      Благодаря своим функциональным возможностям, надежности и открытым интерфейсам, CoDeSys является одним из лидеров в области автоматизации программирования промышленных компьютеров и контроллеров. Он выбран в качестве базового инструмента многими ведущими мировыми поставщиками аппаратных решений для промышленной автоматизации (особенно в Европе, см.: http://www.codesys.com/company/customer-reference-table.html).

      СoDeSys как средство программирования промышленных компьютеров и контроллеров представляет собой согласованный и взаимно дополняющий набор элементов и делится на 2 части: среду программирования и систему исполнения.

      Среда программирования – основа всего комплекса, позволяющая разрабатывать прикладные программы для логических контроллеров в пяти специализированных редакторах, использующих разные, определяемые стандартом IEC 61131-3 языки:
- ассемблер-подобный список инструкций IL;
- pascal-подобный структурированный текст ST;
- язык функциональных блоковых диаграмм FBD ;
- язык релейно-контактных схем LD;
- язык последовательных функциональных схем SFC.

      В CoDeSys реализован шестой специализированный язык Continuous Function Chart (CFC). Практически это те же стандартные функциональные блоки FBD, но с возможностью создания больших схем со свободным размещением элементов и обратными связями.

      Данные редакторы содержат огромное число вспомогательных функций, ускоряющих написание программ. Среди них: автоматическое объявление переменных, ассистенты ввода, интеллектуальная коррекция ввода, синтаксический контроль и цветовое выделение при вводе, масштабирование, автоматическое соединение и размещение графических элементов, поддержка объектно-ориентированного программирования.

      Среда программирования CoDeSys полностью переведена на русский язык, включая файлы помощи и контекстно-зависимые подсказки. На сайте 3S можно скачать версию среды программирования на русском языке. Она распространяется бесплатно. Никаких ограничений на число установок или привязки к аппаратным средствам нет.

      Помимо стандартных МЭК-библиотек 3S имеет реализацию в виде внутренней библиотеки протокола CANopen (master/slave). Внутренние библиотеки написаны на языках МЭК и являются аппаратно независимыми. CANopen поддерживается в CoDeSys и встроенным конфигуратором сети, использующим EDS-файлы. В итоге поддержка этого сложнейшего протокола в CoDeSys решается для любой аппаратной платформы.

      Встроенный эмулятор CoDeSys позволяет отладить прикладное ПО без подключения контроллера. После подключения к устройству среда программирования CoDeSys способна провести отладку программ и оборудования, используя функции мониторинга, изменения и фиксации значений переменных, контроля потока выполнения, расстановки точек останова, горячего обновления кода, графической трассировки в реальном времени. При непрерывных технологических процессах CoDeSys может исправлять уже работающую программу на лету. Измененные части компилируются и попадают в контроллер, а система исполнения подключает новый код.

      На выходе среды программирования прикладная программа преобразуется в машинный код конкретного процессора. Встроенные оптимизирующие компиляторы CoDeSys создают машинный код, который загружается в память контроллера.

      Для программирования контроллера в среде CoDeSys, в него должна быть встроена система исполнения (Control Runtime System). Система исполнения - это часть CoDeSys, расположенная в оборудовании. Она устанавливается в контроллер в процессе его изготовления и являются предметом лицензирования для производителей ПЛК.

      Большая по объему часть кода системы исполнения работает только при подготовке программы: загружает код в память процессора, управляет задачами, осуществляет мониторинг, просматривает и фиксирует переменные, аккумулирует данные трассировки и трендов, содержит оптимизированный код стандартных библиотек и т.д. . Ядро, управляющее прикладными задачами, исключительно компактно.

      Отдельное место в ряду систем исполнения 3S занимает CoDeSys SP RTE. Это многозадачная система исполнения с собственным ядром жесткого реального времени под Windows NT, 2000 или XP. CoDeSys SP RTE гарантирует детерминированное время реакции с точностью в пределах микросекундной области. При этом никаких расширений операционной системы или дополнительной аппаратуры не нужно.

      Для работы с конкретным устройством среде программирования CoDeSys необходим так называемый целевой (target) файл. В нем записаны тип процессора, распределение памяти и другие необходимые сведения об аппаратуре. Помимо этого, изготовитель оборудования может наделить CoDeSys значительным числом специфических функций (конфигураторы модулей системы и сети, дополнительные инструменты, фирменные библиотеки и многое другое). Все они включаются в комплект конфигурации целевой платформы. Такой комплект может содержать know-how, и может быть платным.

      Если при установке CoDeSys используется CD изготовителя контроллера, то, комплект целевой платформы подключается автоматически. В противном случае нужно использовать приложение InstallTarget, указав путь к файлам целевой платформы (кнопка OPEN) и затем (выбрав нужную платформу) нажать кнопку INSTALL.

      Средства коммуникации CoDeSys включают символьный и DDE интерфейсы. Коммуникационный сервер, OPC и DDE серверы входят в состав ПО. Взаимодействие ПК с системой программирования происходит посредством вспомогательного сервера связи (gateway). Сервер связи позволяет осуществить взаимодействие с одной или несколькими системами исполнения ПЛК. Возможно, что система программирования и сервер связи являются приложениями, работающими на одной машине. В этом случае сервер связи запускается автоматически при выполнении команды Login. Если сервер связи расположен на другой машине в сети, то он должен быть запущен заранее. Запущенный сервер отображает иконку CoDeSys в правой части панели задач Windows. Изображение иконки подсвечивается, когда установлена связь с ПЛК. Сервер связи продолжает работать независимо от системы программирования и отключается отдельно.

      Для расширения возможностей CoDeSys компания 3S создала целый ряд дополнительных приложений: пакет для построения систем по управлению движением CoDeSys SoftMotion, инжиниринговый интерфейс ENI, инструмент визуализации CoDeSys HMI, а также ряд специализированных библиотек.

      Встроенная визуализация CoDeSys приближается по своим возможностям к коммерческим SCADA-системам. Встроенная визуализация не требует никакой подготовительной работы. Тесная взаимосвязь визуализации и системы исполнения обеспечивает максимальную эффективность без каких-либо дополнительных затрат. Готовую визуализацию можно использовать несколькими разными способами:
1) непосредственно в системе программирования;
2) на любом PC с помощью отдельного Win32 приложения CoDeSys HMI;
3) через Web-браузер в сетях TCP/IP;
4) в контроллере, оснащенном дисплеем.

      Во всех этих случаях никакого специального программирования не требуется. Везде работает одна и та же визуализация. Помимо этого, в стандартный комплект CoDeSys включены бесплатные OPC- и DDE-серверы. Они обеспечивают связь со SCADA-системами, если это необходимо.

      Инжиниринговый интерфейс ENI (ENgineering Interface) служит для решения задачи синхронизации действий коллектива разработчиков и точный учет всех изменений и доработок при работе над большими проектами.

      СoDeSys SoftMotion - это встроенный в среду программирования и систему исполнения CoDeSys функциональный набор средств управления движением, от простейших перемещений по одной оси до сложной многомерной интерполяции современных ЧПУ.

Краткая характеристика XSoft-CoDeSys-2.

      В составе программного пакета XSoft-CoDeSys-2 поставляется дополнительные компоненты (комплект целевой платформы, конфигурационные файлы устройств, специализированные библиотеки) от компании EATON.

      Конфигуратор аппаратной части показывает все локальные входы/выходы и удаленные периферийные устройства (Profibus или CANopen) в одном пользовательском интерфейсе.

      Вы можете конфигурировать и задавать параметры входов и выходов напрямую или через символическое имя. Это предотвращает появление ошибок в назначении переменных между ПЛК и периферией. Также есть возможность протестировать переменные в режиме онлайн.

      Еaton Automation предоставляет готовые библиотеки для программирования контроллеров в среде XSoft-CoDeSys-2 для разнообразных применений.

      Библиотеки подключаются с помощью менеджера библиотек XSoft-CoDeSys-2. После подключения библиотеки ее функциональные блоки становятся доступными как и стандартные.

      Интерфейсы функциональных блоков просты и обычно не требуют глубокого изучения документации для понимания. Таким образом пользователь обеспечен готовыми решениями для задач автоматизации.

Инструменты регулирования с обратной связью.

      Набор включает около 120 функциональных блоков. Это дает возможность использовать регулятор с обратной связью в виде стандартных функциональных блоков. Функциональные блоки могут комбинироваться и каскадироваться для создания специальных решений.

      ПИД-регулятор: ПИД-регулятор с разделенным диапазоном обеспечивает решение для типовой задачи нагрева и охлаждения. Контроллер с автонастройкой используется для автоматического задания параметров перед запуском фазы регулирования.

      Трехпозиционный регулятор: В дополнение к стандартным трехпозиционным ПИД-регуляторам, доступны варианты, подходящие для любого времени открытия клапана. Периоды сканирования дифференциального и интегрального компонентов оптимизируются автоматически.

      Широтно-импульсная модуляция (ШИМ): В случае отсутствия в системе аналогового исполнительного устройства, на выходах регуляторов используется ШИМ. Возможен стандартный алгоритм ШИМ и шумоподобный сигнал с высокой частотой переключения.

      Fuzzy-регулятор: Блоки регулирования на нечеткой логике дают возможность даже неопытному пользователя интегрировать нечеткую логику в концепцию системы управления. Даже фактор усиления и уставка ПИД-регулятора могут легко программироваться с помощью нечеткой логики.

      Обработка сигналов и симуляция: Для улучшения качества сигналов могут быть использованы функциональные блоки линейной задержки и фильтры PT1. Фильтры PTn с первого по десятый порядок могут быть симулированы с помощью набора функциональных блоков без дополнительных программных пакетов.

Функции позиционирования.

      Набор содержит базовые функциональные блоки позиционирования для элементарных задач, а также более мощные блоки со следующими функциями:
- Асинхронное движение между точками.
- Позиционирование ведущий-ведомый (например интерполяция).
- Инкрементальное позиционирование.
- Позиционирование во вращении с оптимизированным проходом через мертвую точку.
- Автоматическая калибровка.
- Ручной режим с ограниченным шагом.
- Отслеживание контурной погрешности, обрывов провода, диапазона позиционирования.
- Зона доводки на сниженной скорости в конце позиционирования.
- Компенсация покрытия мертвой точки для гидравлических поворотных устройств.

Электронный редуктор.

      Может быть сконструирован с помощью функциональных блоков синхронизации. Различные скорости могут быть засинхронизированы с любым передаточным числом. Фазовая синхронизация с программируемым смещением между ведущим и ведомым также может быть реализована. Есть три варианта ведущего устройства:
- Внутреннее ведущее устройство управляется той же программой.
- Внешнее ведущее устройство используется внешним устройством для управления ведущим. Инкрементальный энкодер регистрирует любое движение оси ведущего.
- С помощью виртуального ведущего, ведомые оси синхронизируются с симулируемой.

      Применения: синхронизация пресса с виртуальным ведущим, синхронизация фаз и скоростей ременных передач, вытягивание волнистых материалов с 5-ю ведомыми осями с увеличивающимися коэффициентами передачи.

Летающая пила.

      Это функция – комбинация электронного редуктора и позиционирования. Позиционирование производится относительно движущегося объекта.

Коммуникационные функции.

      В дополнение к привычным удаленным соединениям с периферийными устройствами по таким полевым шинам, таким как CANopen или Profibus, важное значение имеют связи между ПЛК и соединения с системами высшего уровня. OPC, FTP, TCP/IP, email, web это только часть технологий, которые могут быть использованы для соединения и обмена файлами.

      FTP-сервер: Контроллер Eaton Automation использует стандартную файловую систему для хранения программ. Это также относится к внешним картам памяти, присоединяемых через интерфейс USB. Наборы параметров (рецепты) могут быть созданы просто как обычный файл и переданы в ПЛК. Таким образом можно просто обновлять такие данные на любом ПК.

      FTP-клиент: Функция позволяет сохранить созданные ПЛК файлы на сетевых дисках. Если, например, принимающий данные диск не доступен вследствие проблем с сетью, может быть выбран другой сетевой диск для записи. Дневные и недельные журналы таким образом могут храниться локально и автоматически архивироваться в любой момент. Для записи файла из ПЛК на сетевой диск требуется просто вызов нескольких функциональных блоков.

      UDP и TCP/IP: Это протоколы, используемые на множестве сетевых платформ, которые дают возможность простого стандартизированного обмена данными между ПЛК и внешними устройствами. Это могут быть другие контроллеры или приложения на ПК.

      Modbus RTU / TCP: Этот коммуникационный протокол, широко используемый на различных видах сетей. Modbus может быть реализован на базе последовательного соединения (RS232/485) или в виде Modbus IP Ethernet. Доступны готовые библиотеки для ведущих и ведомых устройств Modbus.

      OPC- server: Практически все SCADA-системы, системы визуализации и управления поддерживают интерфейс OPC клиент/сервер. OPC-сервер используется контроллерами для представления данных OPC-клиентам. OPC-сервер поддерживает доступ к данным через последовательный интерфейс и через Ethernet, каждый OPC-сервер способен обрабатывать запросы от нескольких клиентов. Если данные требуется использовать несколько раз, например для визуализации системы или базы данных, разные программные пакеты могут получать доступ к данным через OPC-сервер без необходимости согласования требований и стандартов различных производителей.

      Сообщения SMS и электронная почта: Статусная информация или сообщения об ошибках могут отсылаться через SMS или электронную почту – как для регистрации в журнале, так и для прямой связи с обслуживающим техническим персоналом. Готовые пользовательские модули дают все возможности для постоянного контроля за рабочим состоянием автоматики.

Встроенная визуализация.

      Система программирования содержит встроенный редактор визуализации. Он предоставляет набор готовых графических элементов (прямоугольник, закругленный прямоугольник, эллипс, многоугольник, ломаная линия, кривая, сектор, растровый рисунок *.bmp, визуализация, кнопка, таблица, ActiveX элемент, стрелочный индикатор, столбчатый указатель, гистограмма, таблица тревог, тренд, файл WMF). Эти элементы могут быть связаны соответствующим образом с переменными проекта. Форма и цвет графических элементов будет изменяться при работе программы, в зависимости от значений переменных.

      Параллельно разработке приложения пользователь может создавать формы визуализации непосредственно в системе программирования.

      Чтобы наблюдать и изменять данные в контроллере, не нужны никакие дополнительные инструменты. Созданные внутри системы программирования формы могут использоваться в 4 различных режимах выполнения без изменений, в случае необходимости даже параллельно:

CoDeSys - визуализация

      1. Непосредственно в системе программирования: Если ПЛК подключен к системе программирования, то для тестирования и практического использования созданных вами форм визуализации не нужно ничего более. В диалоговом режиме вы сразу получаете реальное представление визуализации внутри системы программирования.

      2. Windows - Визуализация, CoDeSys HMI: Программа Win32 CoDeSys HMI отображает формы визуализации на ПК без установки среды программирования CoDeSys. Она обменивается сообщениями с ПЛК через тот же интерфейс, что и среда программирования. Применение OPC (OPC - OLE for Process Control) или DDE (DDE - Dynamic Data Excange) механизмов не требуется.

      3. Web - визуализация: Опционально XSoft-CoDeSys-2 генерирует из данных визуализации описание XML, которое загружается вместе с java-апплетом (апплет – программа, написанная на языке программирования JAVA, которая может выполняться браузерами) в контроллер и отображается по TCP/IP в браузере (программе просмотра). Таким образом, данные визуализации на самых различных компьютерных платформах будут отображаться интерактивно.

      4. Целевая визуализация: Для контроллеров со встроенным дисплеем данные визуализации из системы программирования могут загружаться с приложением в целевую систему. Они автоматически отображаются на встроенном дисплее.

      Не все типы сенсорных панелей производства компании EATON поддерживают целевую визуализацию CoDeSys.

      Например сенсорная панель серии XV-2xx производства компании EATON не поддерживает целевую визуализацию CoDeSys:

CoDeSys -панели XV-2xx не поддерживают визуализацию CoDeSys

      Сенсорная панель серии XV-1xx производства компании EATON поддерживает визуализацию CoDeSys:

CoDeSys -панели XV-1xx поддерживают визуализацию CoDeSys

Быстрый старт - создание проекта.

      Проект включает следующие объекты: POU, типы данных, визуализации, ресурсы, библиотеки.

      К программным компонентам (POU) относятся функциональные блоки, функции и программы. Каждый программный компонент состоит из раздела объявлений и кода. Для написания всего кода POU используется только один из МЭК языков программирования.

      Функция это POU, который возвращает только единственное значение.

      Функциональный блок это POU, который принимает и возвращает произвольное число значений.

      Программа - это POU, способный формировать произвольное число значений во время вычислений.

      Программы или функциональные блоки могут быть дополнены действиями. Фактически действия это дополнительный набор встроенных в POU подпрограмм. Действия могут описываться на языке, отличном от того, на котором выполняется соответствующий функциональный блок или программа.

      СoDeSys поддерживает все МЭК операторы: арифметические операторы; битовые операторы; операторы сдвига, операторы выборки; операторы сравнения; адресные операторы; оператор вызова; преобразования типов; математические функции.

      Проект может использовать несколько библиотек, в которые входят POU, необходимые им типы данных и глобальные переменные. Библиотечные POU можно использовать точно так же, как и определенные пользователем.

      Кроме стандартных (базовые) типов данных: логический, целочисленные, рациональные, строки, время и дата, можно создавать собственные (пользовательские) типы на их основе: массивы, указатели, перечисление, структуры, псевдонимы типов, ограничение диапазона значений.

      В качестве операндов могут выступать константы переменные, адреса и вызовы функций.

      При создании нового проекта необходимо выбрать ПЛК для которого будет писаться программа:

CoDeSys - настройка целевой платформы (выбор ПЛК)

      При этом необходимо настроить этот ПЛК под решаемую задачу:

CoDeSys - дополнительные настройки целевой платформы

      Затем создать программные компоненты необходимые для решения задачи:

CoDeSys - создание программного компонента (POU)

      Далее определить конфигурацию ПЛК в соответствии с аппаратными средствами своего контроллера:

CoDeSys - конфигурация ПЛК

      Затем добавить библиотеки необходимые для решения задачи если они не подсоединяются автоматически:

CoDeSys - добавление необходимых библиотек

      Далее написать программный код для созданных компонентов на выбранных языках:

CoDeSys - написание программного кода

      С помощью визуализации пользователь может создать графическое представление проекта объекта управления. Она непосредственно связана с созданной в CoDeSys программой контроллера. 

CoDeSys - создание графического экрана

      После завершения программирования, скомпилировать проект и исправить ошибки, если они есть:

CoDeSys - компиляция проекта

      После устранения ошибок, приступить к отладке. Включить эмуляцию (simulation):

CoDeSys - эмуляция проекта

      Нажав кнопку ПОДКЛЮЧИТЬСЯ проверьте правильность выполнения проекта. Для этого надо изменять вручную входные данные и убедиться, что выходы контроллера отреагировали нужным образом. Если необходимо, можете наблюдать значения переменных в программных компонентах: 

CoDeSys - эмуляция проекта

      Используя менеджер рецептов можете задать список переменных, значения которых необходимо наблюдать.

      В случае ошибок в работе кода, можно задать точки останова. Когда процесс остановлен в определенной точке, можно просмотреть значения переменных проекта в данный момент времени. Выполняя проект в пошаговом режиме можно проверить логическую корректность своих программ.

      В процессе отладки можно установить значения переменных программ, задавать фиксированные значения на входы и выходы контроллера, контролировать последовательность исполнения процесса и определить место в программе, которое выполняется.

      Функция бортжурнал позволяет записать операции, действия пользователя и процесс выполнения в хронологическом порядке. Это необходимо при анализе условий возникновения ошибки при отладке.

      Используя трассировку, можно отслеживать в графическом представлении изменения значений переменных за определенный промежуток времени, с возможной привязкой к событию.

      Когда проект отлажен, окончательно проверить работу программы в рабочих условиях на реальном "железе". При этом полностью доступны все отладочные функции. Чтобы выполнить эту операцию необходимо отключить режим эмуляции и настроить соединение с ПЛК - ОНЛАЙН ‒> ПАРАМЕТРЫ СВЯЗИ:

CoDeSys - настройка соединения с ПЛК

      Нажав кнопку ПОДКЛЮЧИТЬСЯ проверьте исполнение программы в контроллере:

CoDeSys - онлайн контроль исполнения программы в контроллере