什么是CoDeSys？


         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：ProjectOptionsDirectoriesTargetConfiguration 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：ProjectOptionsDirectoriesTargetLibraries： "***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***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！