CODESYS在系統(tǒng)集成項目中的運用案例

使用來自不同設(shè)備制造商的硬件或者各種子系統(tǒng)來形成一套完整的自動化生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，在CODESYS出現(xiàn)之前并不是一件容易的事情。 不同設(shè)備通常會使用不同的PLC來實現(xiàn)控制，更不用說編程工具（語言）了。隨著引入國際IEC 61131-3作為獨立于制造商的工業(yè)控制編程標準，也引入了自動化技術(shù)領(lǐng)域全方位服務提供商的“萬物始于一”的論點。即使市場上PLC的編程工具相差很大，但是從緊湊型控制模塊到高性能軟PLC的一致性編程仍然是可行的。

       本篇案例，我們像大家介紹HOMAG（豪邁集團）的案例。

       豪邁集團從機械到自動化軟硬件能夠保證一體化設(shè)計：從操作級別一直到傳感器/執(zhí)行器級別，始終使用標準工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)，例如以太網(wǎng)（TCP / IP），Lightbus，Sercos或CAN（CANopen）；在軟件標準化方面，豪邁基于國際標準IEC 61131-3編程語言對所有組件進行編程，是因為豪邁選擇德國CODESYS作為其集成控制系統(tǒng)的開發(fā)軟件。

從可視化到傳感器/執(zhí)行器級別的標準使用：

       為了能夠貫徹實施標準化方案，HOMAG將機器分為多個模塊。每個模塊均具備可拓展性，進而可以包含其他模塊。另一方面，整個機器也被視為模塊，最終被組合成完整的生產(chǎn)線。當然，模塊化的概念也從木工機械的機械原理和電氣學一直延伸到軟件應用程序。具體來說：控制應用程序分為“控制層”，“功能層”和“ I / O執(zhí)行層”。每個層級都有固定的接口，因此在與功能或復雜級別不同的模塊通訊時，接口上不需要重新定義?？刂茟贸绦虻墓δ軌K和變量也受此標準的約束，這使得機器模塊和控制軟件的自動化分配成為系統(tǒng)組態(tài)的一部分。

       根據(jù)這種模塊化理念，從可視化級別開始，木工機械的控制技術(shù)分為不同的級別：如果需要，該機器的可視化PC（傳統(tǒng)的工業(yè)PC）可提供HMI和具有實時功能的插槽PLC。

標準結(jié)構(gòu)的自動化機械設(shè)備：

     HOMAG將帶有摩托羅拉處理器（M68040或PowerPC MPC740）以及基于VME總線的系統(tǒng)作控制器，它具有網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線連接的接口。該控制器可以與其他從屬系統(tǒng)或子系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，也可以通過TCP / IP或CANopen直接與輸入和輸出設(shè)備（I/O）進行數(shù)據(jù)交換（通訊）。同時，為了將智能概念進一步帶入機器模塊中，HOMAG自己開發(fā)了分散控制模塊。憑借OS9操作系統(tǒng)下相關(guān)單元中的數(shù)據(jù)預處理和準備工作，可以在木工加工中實現(xiàn)精準控制：這些機器可以在將精度控制在0.01 mm的范圍內(nèi)，分辨率為0.001 mm，最大速度為150 m / min。

        同時，機器中有可編程的機電一體化子系統(tǒng)，將控制器，傳感器，執(zhí)行器和機械裝置集成在一個模塊化單元中。

      當然，為了實現(xiàn)這種設(shè)計，對編程軟件有一定要求：

        該設(shè)備結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的所有控制（插槽PLC，VME總線中央控制，專有控制模塊和機電一體化子系統(tǒng)）均使用德國CODESYS軟件平臺進行開發(fā)，根據(jù)IEC 61131-3國際標準語言編程。編程和通信的一致性是分布式智能概念的核心基礎(chǔ)，最終在木工機械中得以實現(xiàn)。當然，您一定想知道哪些特定的需求最終決定他們必須使用統(tǒng)一的編程和控制平臺？

       第一個要求是應用程序開發(fā)人員可以在每個控制級別中使用結(jié)構(gòu)化文本代碼。在將應用程序抽象化為不同層級的操作，這些操作既可以是連續(xù)執(zhí)行的，又可以進行獨立運行的，實現(xiàn)這個要求就必然選擇使用統(tǒng)一的編程平臺。另一方面，為了使代碼可移植，開發(fā)系統(tǒng)必須能夠支持不同的控制體系，意味著：對于控制器中的每個處理器，必須能夠在編程系統(tǒng)中使用機器代碼生成（編譯器），以便能夠滿足在一個大系統(tǒng)中的不同子系統(tǒng)可依據(jù)不同處理器的性能進行設(shè)計。無論控制器的性能等級如何，開發(fā)工具的功能都必須統(tǒng)一。最后一個重要方面：網(wǎng)絡(luò)中的所有控制器必須具有集成的數(shù)據(jù)交換機制，以使應用程序開發(fā)人員能夠在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)。

HOMAG的PowerLine木工機床，由一系列機械模塊組成

     根據(jù)IEC 61131-3進行編程，HOMAG選擇使用CODESYS軟件。并且CODESYS的眾多OEM合作伙伴形成了CODESYS自動化聯(lián)盟，都可為其提供硬件設(shè)備。這些廠商可提供的程序均使用相同的編程系統(tǒng)，所有設(shè)備實際上只有一個可執(zhí)行的標準程序。這也解決了應用程序源代碼可轉(zhuǎn)換的問題-根本無需轉(zhuǎn)換，而僅是目標系統(tǒng)（即要編程的控制器）的切換。簡而言之：CODESYS自動化聯(lián)盟中設(shè)備的統(tǒng)一接口使得同時使用不同設(shè)備制造商的組件成為可能。尤其是對于木工生產(chǎn)線中，木工機器中多達40個主控制器和大約100個機電一體化子系統(tǒng)，這種方案更加高效。

      到目前為止，HOMAG使用了Beckhoff，Lenze，Sütron和Automata的設(shè)備，所有這些設(shè)備都可以使用CODESYS或其衍生產(chǎn)品進行編程。

       工業(yè)自動化系統(tǒng)集成是創(chuàng)新的工業(yè)生產(chǎn)解決方案，綜合運用控制理論、電子設(shè)備、儀器儀表、計算機軟硬件技術(shù)及其他技術(shù)。隨著自動化市場競爭程度的全面加劇，系統(tǒng)集成商作為掌握特定領(lǐng)域行業(yè)知識和供應商提供的先進自動控制平臺集成技能的解決方案提供者，在整個價值增值傳遞的過程中，系統(tǒng)集成商之間的競爭也越來越劇烈。自動化控制系統(tǒng)集成所采用的產(chǎn)品、技術(shù)、方法、過程以至解決方案是具有共性的，面對激烈的競爭，要想在市場中立于不敗之地就必須通過經(jīng)驗、知識的積累和提煉，順應市場分化發(fā)展的大勢，形成并提升自己的系統(tǒng)集成能力。最重要的是通過不斷地降低總體擁有成本，力求在業(yè)界創(chuàng)造更多的成功業(yè)績，并最終建立良好的商業(yè)信譽，從而贏得客戶的長久信賴。

       使用來自不同制造商的硬件設(shè)備或者各種組件來形成一套完整的自動化生產(chǎn)線或者系統(tǒng)，在之前并不是一件容易的事情。因為不同品牌的控制器一般會采用不同的編程原理，更不用說編程工具（語言）了，所以使用一款具備標準、開放性能的編程平臺是開發(fā)智能化生產(chǎn)線和高端智能設(shè)備的必要條件。

       同時IEC 61131-3規(guī)范的語法提出一套可跨不同目標平臺的可編程控制器實現(xiàn)機制。它使得系統(tǒng)集成項目跨平臺地使用不同硬件廠商的設(shè)備變成相對容易的事情。

       CODESYS，正是這樣一款支持開放的互聯(lián)接口、實現(xiàn)IEC61131-3語言和高級語言開發(fā)、可支持多種現(xiàn)場總線，并可實現(xiàn)跨硬件廠商（跨平臺）的設(shè)備進行統(tǒng)一編程、配置的控制開發(fā)軟件平臺！它打破了自動化從業(yè)者對單獨一個硬件品牌的嚴重依賴，是一件自動化發(fā)展史上具有劃時代意義的革命性產(chǎn)品，會讓你的方案更經(jīng)濟，更有選擇性，更具可靠與可塑性。

1） CODESYS使來自不同硬件廠商的設(shè)備統(tǒng)一編程變成可能

全球有超過500多家的控制器生產(chǎn)廠商（也包含部分驅(qū)動廠商、I/O廠商、可編程網(wǎng)關(guān)提供商等）基于CODESYS 開發(fā)產(chǎn)品，超過4000多家的設(shè)備使用者使用CODESYS進行項目編程。這些廠商可提供的程序均使用相同的編程系統(tǒng)--CODESYS，所有設(shè)備實際上只有一個可執(zhí)行的Windows程序（即只有一個EXE文件）。采用國際IEC61131-3標準編程，結(jié)合各種專業(yè)的程序庫，解決了應用程序源代碼可轉(zhuǎn)換的問題-根本就不需要轉(zhuǎn)換，而僅是目標系統(tǒng)（即要編程的控制器）的切換。簡而言之：CODESYS讓設(shè)備的統(tǒng)一接口使使用不同制造商的組件成為可能，學會CODESYS一套軟件就可以對整個設(shè)備（或生產(chǎn)線）進行編程控制。

如果您的項目需要選擇工控機進行控制，CODESYS軟件可支持Windows和Linux平臺的工控機，且性能穩(wěn)定，尤其是Windows平臺下，CODESYS通過改變?nèi)蝿諆?yōu)先級，可以讓控制系統(tǒng)變成硬實時系統(tǒng)。CODESYS首先支持您開發(fā)行業(yè)化、定制化的產(chǎn)品，當然CODESYS的眾多OEM合作伙伴也形成了CODESYS自動化聯(lián)盟，都可為其提供硬件設(shè)備，讓您的方案更靈活更具選擇性。使用這樣一種自動化開發(fā)平臺開發(fā)的產(chǎn)品必然具備穩(wěn)定、可靠、高效的特性，在提升您產(chǎn)品品質(zhì)的同時必然會降低開發(fā)成本。

2） CODESYS軟件支持幾乎所有主流現(xiàn)場總線，保證每個單元的設(shè)備通訊

IIOT(工業(yè)物聯(lián)網(wǎng))的實現(xiàn)方式來講，傳統(tǒng)自動化的通信方式從設(shè)備層、控制層、工作站、一直到ERP層層傳遞，效率非常低，在未來自動化領(lǐng)域這種通信方式會逐漸實現(xiàn)扁平化、離散化，那么實現(xiàn)不同設(shè)備之間的信息交互現(xiàn)場總線技術(shù)是十分重要的！使用現(xiàn)場工業(yè)總線技術(shù)不但大大提高了通信能力和系統(tǒng)運行的可靠性， 而且大大節(jié)省了系統(tǒng)安裝時的布線費用和硬件費用， 并更加容易對系統(tǒng)進行管理和維護。這一技術(shù)代表了自動化的發(fā)展方向， 是工業(yè)現(xiàn)場級設(shè)備通信的一場數(shù)字化革命。

CODESYS提供廣泛的現(xiàn)場總線支持，能支持市面上大部分工業(yè)現(xiàn)場總線包括從通信POU到配置器和便攜式協(xié)議棧的所有內(nèi)容。如EtherCAT，CANopen，Profibus，Profinet，Modbus，EtherNet/IP，J1939、KNX、BACnet，同時通過第三方服務還可支持powerlink。

您會看到這些總線適用于工廠自動化、流程自動化、樓與自動化、工程車輛自動化、能源自動化等多個自動化領(lǐng)域。這便于系統(tǒng)集成商未來可以往多個行業(yè)領(lǐng)域擴展業(yè)務。

3）提供HMI設(shè)備數(shù)據(jù)接口，可實現(xiàn)第三方客戶端與控制系統(tǒng)建立通訊

CODESYS支持客戶做自己的HMI顯示設(shè)備，通過CODESYS Data Server可以實現(xiàn)顯示設(shè)備和控制，提供完全開放的組件接口，例如支持標準OPC DA和OPC UA協(xié)議，支持ODBC接口的數(shù)據(jù)庫。當然，如果您的第三方系統(tǒng)或者應用需要接入到現(xiàn)場集成系統(tǒng)中，我們還心的準備了一款專業(yè)通訊工具PLCHandler，PLCHandler可以為第三方客戶端和基于CODESYS開發(fā)的控制器之間建立通訊。PLCHandler封裝了完整的底層通信協(xié)議，并提供了API接口。它作為軟件開發(fā)工具包（SDK），包含所有C/C++頭文件，PLCHander庫，示例配置文件和演示源代碼等。

4）支持OPC UA技術(shù)，實現(xiàn)智能化工廠和工業(yè)4.0要求下的數(shù)據(jù)跨平臺傳輸

     OPC UA是實現(xiàn)智能化工廠和工業(yè)4.0的標準接口，是OPC標準下的新一代技術(shù)，是基于TCP標準的獨立通訊平臺，其通訊協(xié)議可應用于OPC組織的所有成員。OPC UA可以自動建立與客戶端通訊，當數(shù)據(jù)值和數(shù)據(jù)狀態(tài)發(fā)生變化時自動觸發(fā)；可以管理數(shù)據(jù)緩存項。OPC UA軟件的開發(fā)不再依靠和局限于任何特定的操作平臺。過去只局限于Windows平臺的OPC技術(shù)拓展到了Linux、Unix、Mac等各種其它平臺。基于Internet的WebService服務架構(gòu) (SOA) 和非常靈活的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，不僅允許設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)，也允許將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁邔蛹壍闹悄芟到y(tǒng)中， OPC UA的發(fā)展不僅立足于現(xiàn)在，更加面向未來。

5）具有強大的HMI人機界面可視化功能

     除了支持開發(fā)自己的人機界面以外，CODESYS還提供目標（本地）可視化 Targetvisu 和 顯示在標準瀏覽器

（PC/平板/智能手機）上的網(wǎng)絡(luò)可視化Webvisu。

      擁有Targetvisu，無需任何其他硬件，可視化界面直接顯示在控制器的內(nèi)置或者外置顯示器上，一般用于簡單的參數(shù)設(shè)置和設(shè)備調(diào)試。

       Webvisu則可以讓您隨時隨地在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中瀏覽可視化屏幕，只需要一臺聯(lián)網(wǎng)的電腦，您就可以隨時了解現(xiàn)場生產(chǎn)的真實情況。

       除此之外，CODESYS還提供一種可以描繪和實時反映整個生產(chǎn)線三維加工場景的Depictor工具，可以讓操作人員或者維護人員直觀的了解整個機器加工過程以完成生產(chǎn)過程的優(yōu)化、設(shè)備的維護。

6） 可選擇增加運動控制組件，實現(xiàn)單軸、主從軸和CNC數(shù)控、機器人等控制技術(shù)

      在同一個CODESYS編程軟件中，可以通過添加組件庫的方式，增加運動控制的模塊。CODESYS完整的運動控制，包含單軸運動控制、主從軸運動控制（電子凸輪曲線控制、速度比例控制、相位差控制），還支持CNC數(shù)控系統(tǒng)（支持標準G代碼和專業(yè)的插補、運動學控制功能塊）、多軸機器人的開發(fā)（機器人函數(shù)庫，如SCARA、DELTA、四軸機器人、六自由度多功能機器人等）。

      與此同時，用戶還可單獨采購CODESYS Depictor實現(xiàn)在線仿真功能。

7）CODESYS提供機器人數(shù)字孿生技術(shù)

       何謂機器人數(shù)字孿生技術(shù)？簡而言之，就是在虛擬軟件空間中完成實際機器人動作、模型、數(shù)據(jù)的映射，從而反映機器人的全生命周期過程，在沒有真實的產(chǎn)品之前，通過數(shù)字化的模型，就可以了解機器人在真實的物理層能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，尤其應用在機器人的研發(fā)驗證階段，可以提前避免很多系統(tǒng)問題和許多功能的測試，從而降低研發(fā)成本，增加產(chǎn)品的可靠性。

8）CODESYS原生支持控制器云管理方案

       基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IIOT和大數(shù)據(jù)的CODESYS云方案，提供從設(shè)備端（控制器）到云端（CODESYS Automation Server）的整體解決方案。在設(shè)備端，CODESYS提供運行在設(shè)備上的工業(yè)級實時系統(tǒng)內(nèi)核Runtime，可視化組件以及工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線。每個基于CODESYS開發(fā)的帶操作系統(tǒng)的控制器都可以當作一個邊緣控制器來處理。同時，OPC UA Server作為CODESYS的組件之一，可實現(xiàn)基于不同硬件架構(gòu)或不同操作系統(tǒng)的設(shè)備之間以及設(shè)備與工廠之間的數(shù)據(jù)交換和傳輸。設(shè)備端和云端通過OPC UA通訊，可以真正實時地、跨時區(qū)地將過程數(shù)據(jù)上傳到云端。實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)備份、智能控制等功能。

針對Windows工控機的單機授權(quán)—CODESYS Control RTE SL（硬實時最佳選擇）

      CODESYS Control RTE為Windows系統(tǒng)下的實時控制問題提供了解決方案。

      用戶只需要在PC機上安裝CODESYS Control RTE軟件，那么根據(jù)PC機的功能，它就會變成一臺先進的高性能可編程控制器，并可以使用基于IEC 61131-3標準的CODESYS IDE進行編程，另外系統(tǒng)的功能也可以按需求進行擴展。一套軟件即可對來自不同廠家的設(shè)備進行通訊控制。

產(chǎn)品優(yōu)勢：

1. 安裝方便。本身是款軟件，可直接安裝使用。

2. 實時性強。CODESYS Control RTE通過對Windows內(nèi)核進行實時性改造，使其具有微妙級抖動量的確定性，且不需要增加其它硬件，最終實現(xiàn)“硬實時”的控制功能。

3. 通訊便捷。僅需要一根網(wǎng)線就可以連接至其它IO模塊、智能儀表、伺服驅(qū)動器、控制器，配置操作十分簡單。

4. 功能擴展性強，可按需求拓展運動控制、其它總線通訊、多核控制、OPC通訊等功能。

5. 編程方便，支持IEC61131-3語言編程。

6. 部署在工業(yè)電腦上也相當于自帶可視化，使電腦具備顯控一體功能。

    軟件包含強大的運動控制及 CNC 功能

（1） 單軸控制：電流環(huán)、 速度環(huán)、 位置環(huán)的控制

（2） 主從方式：實現(xiàn)電子齒輪（帶相位同步功能）、電子凸輪等

（3） CNC 控制：以功能塊的方式實現(xiàn)復雜的多軸運動軌跡插補控制，無需自己編寫基礎(chǔ)運動學算法， 支持 G 代碼

（4） 機器人控制：SCARA機器人、DELTA機器人、四軸機器人、多關(guān)節(jié)的復雜機器人函數(shù)庫

同時支持用戶將自己的機器人函數(shù)庫集成在軟件中使用。

7.  良好地支持第三方的開發(fā)工具和應用程序

（1） 具有 OPC ， OPC UA 功能

（2） 支持 ODBC 接口的數(shù)據(jù)庫

CODESYS Control RTE集成有以下總線協(xié)議： 

CODESYS CANopen主站/從站; 

CODESYS EtherCAT主站; 

CODESYS Modbus TCP主站/從站; 

CODESYS Modbus RTU主站/從站; 

CODESYS Sercos III Master ; 

CODESYS PROFIBUS主站; 

CODESYS PROFINET控制器; 

CODESYS PROFINET設(shè)備; 

CODESYS EtherNet / IP掃描器; 

CODESYS EtherNet / IP適配器;

CODESYS J1939 ; 

CODESYS OPC UA服務器