开放式工业控制系统的软件开发技术—— CODESYS V3 基础编程指南.

开放式工业控制系统的软件开发技术—— CODESYS V3 基础编程指南 ,codesys入门书籍，入门必看[Type text]第一章概述[Type text562程序执行顺序157924删除工具2405.6.3连接元素……15993工具240564CFC的组态……16693.1基本工具…240第6章指令系统169932通用控制工具2456.1位逻辑指令169933测量控制2576.1.1基本逻辑指令169934灯/开关位图…置位优先与复位优先触发器指令9.3.5特殊控制17393.6报警管理27361.3边沿检测指令17594视图的建立及编辑.……2806.2定时器指令941应用举例2806.2.1定时器……17第10章常用库函数介绍?…2926.3计数器指令18第11章控制系统工程实例.…29363.1计数器简介18111.1圆盘180°正反转控制…293632计数器指令…11.1.2火警报警系统…64数据处理指令18511.1.3抢答控制系统97641选择操作指令18511.1.4交通灯信号控制程序.…29642比较指令188111.5停车场管理……304643移位指令……189111.6恒压变频供水控制系统.30565运算指令194第12章 CoDeSys通信网络3106.51赋值指令19412.1通信基础3106.5.2算术运算指令………194121.1数据传送方式3106.53数学运算指令19712.1.2串口通讯接口标准…318654地址运算指令201122现场工业总线內络基础…3216.6数据转换指令20312.2.1总线数据通讯模式2266.1数据类型转换指令2031222下业控制网终的拓扑结构…322第7章程序结构.21112.2.3工业通信协议基础…13297.1系统程序和用户程序21112.24 CoDeSys支持的通信协议…307.2用户程序结构1225工业以太网线缆33172.1常用的编程方法123 CANopen通讯333第8章基础编稈12.3.1拓扑结构…3338.1基本编程操作∴…21512.32运行原理3338.1.1启动 CoDeSys…215123.3电缆和接头3398.1.2PLC程序文件的建立……21612.3.4PDO通讯小例.3408.2定义资源对象.218123.5SDO通信示例34782.1启动 Gateway Server和PLC.218124 Modbus网终基础83程序下载.220124,1协议描述83.1编译2201242 Modbus串口协议描述3528.3.2登入下载2211243 Modbus tCp协议描述3548.3.3在线监控……2241244运行原理35584程序调试228124.5电缆和接头…36284.1复位……2281246 Modbus串口的通讯组态…3658.42程序调试291247 Modbus tCP的通讯组态3688.5仿真23212.5 EtherCaT恻络基础…37385.1离线仿真3212.5.1 EtherCAT拓扑结构及媒介….3738.52仿真小例……2331252 EtherCAT运行原理37486PLC即本功能23512.53 EtherCAT硬件设定…378第9章可视化界面建立及应用23712.54 EtherCAT网络设讠∴3791 CoDeSys可视化界面23812.55主从站通讯配置示例38092基本操作….23912.6 PROFINET网络基础386921创建可视化界面23912.6.1 PROFINET拓扑结构媒介.38692.2添加工具23912.6.2 PROFINET运行原理388923对齐工具24012.6.3 PROFINET协议架构391[Type text]第一章概述[Type text12.6.4 PROFINET主从站通讯配置.39413.13用户管理及访问限制418127 EtherNet/Ip网终基础.4053.2诊断及常见故障处理.……1812.7.1 EtherNet/P拓扑结构及媒介.40513.2.1下载出错∴418127.2 EtherNet/Ip运行原理40813.2.2添加隐含检查功能.41912.7.3 EtherNet/IP通讯配置412第14章附录421第13章附加功能……41814.1快捷键42113.1程序安全418141.1快捷输入13.1.1程文件加密41814.1.2切换窗口42213.1.2库文件加密418第15章参考文献….423第0章前言CoDeSys是德国3S公司的PLC编程软件,本书以这些编程软件所攴持的PC作为基础,向读者说明PIC的使用环境。在逐步了解了软件后,使读者一步一步的掌握和精通 CoDeSys系统的项日开发、程序编制、网络通讯及可视化编程界面的制作等如今,全球有近350家知名的自动化产品和方案供应商是3S公司的合作伙伴,这其中较著名的有ABB的 Control builder、 Schneider Electric 'J SoMachine、 BECKHOFF的 TwinCat、 EATON的XSof、 Bosch- Rexroth的 Indra Works Engineering、易福门、徳国控创、法国阿尔斯通、路斯特、伦茨,科比,科控,SEW,丹佛期、费斯托、日立、三茭电机自动化、欧姆龙、和利时、中控集团,步科等业界巨头CoDesys的相关解决方案已绎广泛应用于能源、交通、市政、冶金、化工、制药、食品、纺织、包装、印刷、橡塑、机床和车工等行业,为用户使用基于lC61131-3国狝标准编程语言进行项目丌发提供了一种技术先进、功能强大的丌放式全集成化的编程开发环境本书的主要目的是要帮助广大 CoDeSys产品使用者正确,快速的使用产品,书中比较详细的介绍的软件的功能,对每个常用参数给予了详细的解释。木书主要读者是针对产品的技术支持人员、项目开发、调试人员、现场设备维护人员,同时也是和大专院校本科生、硕士生项目研发时作为参考资料。针对初学者的特点,全面细致的讲解了使用 CoDeSys编程软件进行编程和项目开发的各种技术,是零基础学者必备的图书。主要以CoDeSys V3.x开发环境为基础进行说明。本书主要内容分四大部分进行讲解:第一部分以 CoDeSys基础介绍为上。针对TFC61131-3标准的概念及背景、 CoDeSys软件的主体结构(内部实时核及顶日开发软件)及针对编程人员所使用旳项日开发软件框架说明这三部分进行讲解,让读者了解 CoDeSys的基本概念、整体结构以及在实际L程项目中, CoDeSys能实现的具体功能。第二部分以 CoDeSys编程语言的语法介绍为主,也是本书的重点。分别对公共元素、数值表示、数据类型及6种不同的编程语言的语句语法这四大部分进行详细说明,结合实际工程样例程序让读者能更快,更好的掌握此部分的内容第三部分以 CoDeSys人机界面(HMI)的制作介绍为主。分别对控件介绍及使用及变量映射两部分进行讲解,让读者通过学习能够独立完成简单的画面制作项目第四部分以讲解完整的项目程序为主。由程序调试及常用技巧、仿頁功能及项目程序讲解四部分组成。通过这部分的学习,让读者能掌握从项目开发到程序调试及最终的项目完成这整个过程所应具备的知识点,最终使读者具有较强的项日开发能力木文所有样例程序均基于 CoDesys v3.5SP4 Patch版木进行编写为了便于读者学习和查阅相关技术参数和内容,本书附有5个附录,附录由于编者水平有限,书中难免有错误和不妥之处,尽情广人读者批评指正作者 E-Mail: luguojun007 yahoo. com编者2015年7月第1章概述本章主要知识点◇IC61131-3简介◇什么是软PLC◇ CoDeSys简介11IEC61131-3标准由于 CoDeSys是完全基于C61131-3标准所开发,所以在此需要引入IC61131-3的概念IEC61131-3编程语言标准是第一个为工业控制系统提供标准化编程语言的国际标准。该标准针对工业控制系统所阐述的软件设计概念、模型等,适应当今世界软件、工业控制系统的发展方向,是和非常先进的设计技术。他极大的推动了工业控制系统软件设计的发展,对现场总线设备的软件也产生了很大的影响1.1IEC6113l简介1993年3月由国际电工委员会正C( International electro- echnical commission)正式颁布可编程控制器的国际标准IFC1131(1131前面添加6后作为国际标准的编号,即TFC61131)。IEC61131标祎将信息技术领域的先进思想和技术(如软件工程、结构化编程、模块化编程、面冋对象的思想及网络通信技术等)引入工业控制领域,弥补并克服了传统PLC、DCS等控制系统的弱点(如开放性差、兼容性差、应用软件可维护性差以及可再用性差等特点)。目前IC61131标准已经在欧美发达国家得到广泛应用,但在我国还尚处于起步阶段,山于近几年我国的工业水平也在飞速的发展,在此过程中也会引入大量欧关国家的先进技术,相信不久的将来IEC61131标准在国内也会得到广泛应用。IFC61131标准共有8个部分组成,各部分最新内容简介如下1)IC61131-1通用信息(2003-V2.0)。定义可编程控制器及外围设备,如编程和调试工具(PADA)、人机界面(HMI)等相关术语。2)IC61131-2设备特性(2007-V3.0)。规定适用于可编程控制器及相关外围设备的工作环境及条件,结构特性、安全性及试验的一般要求、试验方法和步骤等3)IEC61131-3编程语言(2013-V3.0)。规定可编程控制器编程语言的语法和语义,规定了5和编程语言,并通过形式定义、语法和(部分地)语乂描述以及示例,定义了基本的软件模型。4)IC61131-4用户导则(2004-V2.0)。规定了如系统分析、裝置选择、系统维护等系统应用中其他方面的参考5)IEC6131-5通信服务规范(2000Ⅵ1.0)。规定了可编程控制器的通讯范围。包括关于不同制造商的PIC彼此之间以及PIC和其他设备之间的通讯6)IEC61131-6功能安全(2012V1.0)。规定了用于E/EPE安仝相关系统的可编程控制器和相关外围部件的要求⑦)IC6131-7模糊控制编程〔2000∽V1.0)。将编程语言与模糊控制的应用相结合。8)IFC6131-8编程语言应用和实现导则(2003-V2.0)。为了实现可编程控制器系统机器程序支持的环境下编程语言的应用提供导则,亼可编程控制器系统应用提供编程、组态、安装和笙护指南在我国,从1995年也颁布了GBT159691~GB丌T15969.5、GB/T159697和GBT15969.8等7个可编程控制器的国家标准(功能安仝部分还没有发布),以完成的国家标准等同于IC611311~IEC61131-8所对应的标准1.1.2 PLCopen组织概况PLCopen国际组织成立于1992年,是独立于制造商和产品的国际组织。在欧洲以及国际上己有不少PLC制造商、软件公司和独立的研究机构成为了国际组织的会员。PLCopen中国组织作为国际组织世界范围内的第三支区域性的推广机构(PC5)承担着该项标准在中国区域的推广工作,旨在搭建工业控制领或交流平台,成为技术标准与行业发展趋势的信息纽带,在供应商与最终用户之冋搭建互通桥梁,现有30余家国内外知名全业、高校成为了组织的骨干。PLCopcn的宗旨是促进PC兼容软件的开发和使用。 PLCopcn并不是另一个标准化委员会而是一个具有共同利益的集团,这个集团希望现有的标准获得国际上的接受能提供一些帮助。其结构如图1.1所示般会议管理委员会理事会技术委员会促进委员会1.标准委员会-1促进活动委员会功能委员会2.培训委员会3资质委员会3北美促进委员会4通讯委员会4日本促进委员会软件安全委员会图1. PLCOpcn组织结构图1.13IEC61131-3编程语言IEC61131是第一个关于PLC编程技术的国际标准,其中的IEC61131-3是建立统一的PLC编程语言的基础,是实现软PLC技术的重要条件该标准共分四章,第一章为概述,包括标准范围,参照标准,属于定乂,标准概览和要求,以及如何声明PLC系统,使PLC稈序符合该标准。第二章规定了PLC文木和图形编程语言的公共元素公共元素包括字符的使用(含字符集、标志符与关键字的规定、空格的使用、以及如何使用注释等)、数据(数、字符串、时问)的外部表示类型、数据类型、变量、程序组织单元(函数、功能块、程序)以及软件模型(配置、资源、仼务、存取路径、仝局变量等概念),图1.描述了他们之间的关系配置软件模型资源任务编程模型存取烙径数据外部表公用元素全局变量变量函数程序组织单功能块程序图1.2公共元素结构第三,第四章分別定义」两大类共五种编程语言编程语言:文本化编程诂言和图形化编程诘言。文本化编程语言包括指令表编程语言( Instruction list,I)和结构化文本编程语言(Sτ ucturedTxt,ST),图形化编程语言包括梯形图编程语言( Ladder Diagram,I冂)和功能块图编程语言( Function block diagram)。在标准中定义的顺序功能表图( Sequence Function Chart,SFC)即没有归入文木化编程语言,也没有归入图形化编程语言,木书中,暂先将其定义为图形化编程语言,图1.3分别将这五种语言进行了分类。文本化编程语图形化语言指令表梯形图(|L)(LD)结构化文功能块图本(ST)(FBD顺序功能流程图(SFC)图1.3编程语1.14IC61131-3标准语言的特点多样性拥有5种不同的编程语言,分别于图形编程语言及文本编程语言两大类。尤其是在应对大型项目时,用户可以棖据实际需求,在一个项目中结合多种编程语言并使其融合,实现了程序设计的优化,也为可编程控制器的应用提供了良好的操作环境■兼容性由丁采用了国际标准的编程语言规范,所以它能适用亍可编程控制器、分散控尙系统、现场总线控制系统、数据采集和视觉系统、运动控制系统等。且该软件模型能适用于各种不同的行业、不同结构的工业应用。因此,该标准编程语言更体现了与所使用的硬件无关这一重要特点,对用户而言,对指定的硬件供应商的依赖也越来越少。开放性编程语言的标准化同时也会带来另一个好处,即系统成为了开放系统。任何一个供应商生产的产品,如果符合标准编稈语言,则能使用标准编稈语言进行编稈,从棖本上切断了软件和特定硬件的依赖关系。但是目前,要做到软件完全修改还有困难,比如不冋的可编程控制器的外部端」对应的IO地址可能会不同,移植时需要重新输入对应的地址定义。可读性编程语言中大量言的表达方式与常用计算机编程语言的表达方式类似。如IF和CASE选择等语句,FOR, WHILE和 REPEAT等循环语句都与计算机编程语言类似,大大方便了用户对标准语言用法的理解,提高了程序的可读性■易操作性和安全性通常而言,易操作性和安全性两者是矛盾的,但在IC61131-3中,两者被有札的结合。标准编程语言是常用计算机编程语言的沿用、改进和扩展,因此亡保留了这些编程语言的优点,克服了缺点,使其操作更为简便;同时因为这些语言是标准的,因此岀错的概率已被控制到了最低,使编程语言变得史为安全12软 PLC-CoDeSysPLC的实现分为硬PLC和软PLC。所谓硬PLC从严格意义上来说是由硬件或者一块专用的SIC芯片来实现PIC指令的执行.而软PC( SoftPlc,也称为软逻辑 Softlogic),是使用PC机或嵌入式控制器作为硬件支撑平台,利用软件实现硬PLC的基本功能。或者说,将PLC的控功能封裝在软件内,运行于PC或嵌入式控制器的坏境中。随着二十世纪计算机技术的快速发展,硬PIC的通用性及兼容性差等弊端愈米愈明显。而计算杋标准化的通信协议和成熟的局域网技术使组网十分简便,还可以通过 Intemet与外界相连。个具有开放性的系统可以和任何遵守相冋标准的其它设备或系统相连。那么能不能将PC开放性和PLC的可靠性等优点结合在一起呢?国际电工委员会于在IEC61131-3的标准中提到,充分利用工业控制计算机(IPC)或嵌入式控制器(EPC)的硬件和软件资源,全部用软件来实现硬PIC能实现的功能。这就是国际上出现的高新技术一软PLC技术。软件PLC综合了计算杋和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PID调节等功能,通过一个多任务控制内核,提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种IO系统及网络的开放式结构。所以,软件PLC提供了与硬PLC同样的功能,同时又提供了PC坏境。软PLC与硬PLC相比,还具有如下的优点:1)具有开放的体系结构。软PLC具有多种IO端口和各种现场总线接口,可在不同的硬件环境下使用,突破传统PIC对硬件的高度依赖,解决了传统PIC互不兼容的问题。2)开发方便,可维护性强。软PLC是用软件形式实现硬PLC的功能,软PLC可以开发更为丰富的指令集,以方便实际L业的应用;并且软PLC遵循国际工业标准,支持多种编程语言,丌发更加规范方便,维护更简单。3)能充分利用PC机的资源。现代PC机的强大的运算能力和飞速的处理速度,使得软PLC能对外界响应能迅速作岀反应,在短时间内处坦大量的数据。利用PC机的软件平台,软PLC能处理些比较复杂的数据和数据结构,如浮点数和字符串等。PC机大容量的内存,使得开发几千个LO端口简单方便。4)降低对使用者的要求,方便用户使用。由于各厂商推出的传统PLC的编程方法差别很大,并且控制功能的完成需要依赖具体的硬件,工程人员必须经过专业的垶训,掌握各个产品的内部接线和指令的使用。软PLC不依赖具体硬件,编程界面简淸友好,降低了使用者的入门门槛,节约」培训费用。5)打破了几大家垄断的局面。有利于降低成木,促进软PLC技术的发展。1.2.1软PLC控制方案要实现软PLC控制功能,必须具有三个主要部分,即开发系统、对象控制器系统及ⅠO模块。开发系统主要负责編写程序,对软件进行开发。对象控制器及IO模块是软PLC的核心,主要负责对采集的IO信号进行处理,逻辑控制及信号翰出的功能。1.开发系统软PLC开发系统实际上就是带冇调试和编译功能的PLC编程软件,此部分具备如下功能:缤程语言标准化,遵循IC61131-3标准,支持多语言编程(共有5种编稈方式:Ⅱ,ST,LD,FBD和srC),编程语言之间可以相互转换;肀富的控制模块,攴持多种PI算法(如常规PI控制算法、自适应PD控制算法、模糊PD控制算法、智能PID控制算法等〕,还包括目前沇行的·些控制算法,如神经网络控制;开放的控制算法接口,支持用户嵌入自己的控制算法模块;仿真运行,实时在线监控,在线修改程序和编译;网络功能。支持基于TCPP网络,通过网终实现PLC远程监控,远程程序修改等。2.对象控制器系统及IO模块这两部分是软PLC的核心,完成输入处理、程序执行、输出处理等工作。通常由IO接口、通信接口,系统管理器、错误管理器、调试内核和编译器组成:IO接口,可与仨何IO信号连接,包括本地IO和远程IO,远程IO主要道过现场总 Interbus, Profibus,CAN等实现;通信接口。通过此接口使运行系统可以和开发系统或HMI按照各种协议进行通信,如下载PLC程序或进行数据交换;系统管理器,处理不同任务和协调程序的执行;错误管埋器,检测和处理程序执行期间发生的各种错误;调试内核,提供多个调试函数,如强制变量、设置断点等;编译器,通常开发系统将编写的PLC源程序编译为中间代码,然后运行系统的编译器将中间代码翻译为与硬件平台相关的札器码存入控制器。3.综合控制方案软PLC开发系统串口/以太网现场总线以太网##普若嵌入式控制器I/O信号软PLC实时核运行系统图1.4嵌入式软PLC控制系统软PLC控制器的硬件平台上要可以分为如下三部分1)基于嵌入式控制器的控制系统嵌入式控制器是一种超小型计算机系统,一般没有显示器,软件平台是嵌入式操作系统(如 Win ce, VXWorks和QNX等)。软PLC的实时控制核被安装到嵌入式控制系统中,以保证软PLC的实时性,开发宄的系统通过串口或以太网将转换后的一进制码写入到对象控制器中,如图1.4所示。2)基于工控机(IPC)或嵌入式控制器(EPC)的控制系统该方案的软件平台可以采用Windows操作系统( Windows xp embedded, Windows7等),通用IO总线卡负责将远程采集的IO信号传至控制器进行处理,软PIC可以充当开发系统的角色及对象控制器的角色。日前市场上越来越多的用户更倾向于直接使用面板型工控机进行控制的方案,这样的方案直接集成了HMI,开发系统及对象控制器的功能,大大降低了成本,其控制方築如图1.5所示。