ПО CODESYS для программирования ПЛК

В соответствии со стандартом МЭК 61131-3 CODESYS поддерживает 5 языков программирования:

• IL (Instruction List) – язык, по синтаксису схожий с языком низкого уровня Ассемблер.
• ST (Structured Text) – текстовый язык, похожий на Pascal.
• LD (Ladder Diagram) – язык релейно-лестничных схем.
• FBD (Function Block Diagramm) — язык функциональных блоков.
• SFC (Sequental Function Chart) – язык диаграмм, похожих на блок-схемы.

Кроме этих языков CODESYS включает в себя еще один язык – CFC (Continuous Function Chart). Он похож на FBD, но позволяет располагать функциональные блоки свободно на экране и задавать порядок их выполнения.

Первая версия CODESYS увидела свет в 1994 году. С тех пор CODESYS обрел огромную популярность среди пользователей и производителей ПЛК. На данный момент сотни производителей выпускают тысячи моделей контроллеров на базе CODESYS.

CODESYS очень удобен для программиста.

• Тот, кто раньше делал релейные схемы, легко сможет их адаптировать для ПЛК в языке LD.
• Программисты высокого уровня по достоинству оценят язык ST, который для них будет понятным и доступным.
• Разветвленные алгоритмы с четкой последовательностью действий удобно реализовывать с помощью SFC.
• А если человек ни разу не сталкивался с программированием, то возможно стоит начать с FBD или CFC.

Единожды изучив среду программирования, вы будете уметь программировать огромное количество контроллеров, основанных на CODESYS.

CODESYS – это не только среда программирования — это целый комплекс средств по работе с промышленным оборудованием. Он включает собственный OPC-сервер, графический редактор для создания визуализаций, менеджер рецептов, лог аварий и многое другое. На данный момент выпускаются контроллеры на базе двух версий CODESYS: версия 2 и версия 3.

CODESYS v2 поддерживается производителем только в режиме исправления ошибок. Новые функции в него уже не добавляются. Тем не менее, функционала CODESYS v2 достаточно для подавляющего большинства задач. К тому же он требует меньше ресурсов ПЛК и компьютера.

CODESYS v3 – это совершенно новая разработка. В основу CODESYS v3 положен модульный принцип, который позволяет дополнять систему посредством подключения дополнительных модулей.

---

Основные отличия СODESYS v3 от v2:

• Поддержка элементов Объектно Ориентированного Программирования (ООП).
• Новый язык программирования UML (Unified Modelling Language), тесно связанный с ООП.
• Сети ПЛК — инструмент управления в одном проекте несколькими контроллерами.
• Управление системами движения (CODESYS SoftMotion).
• Оптимизация программного кода (сложные конструкции типа IF … END_ IF можно «сворачивать» для упрощения просмотра кода).
• Обновленный и улучшенный менеджер визуализаций. Появились стили визуализаций, которые позволяют изменить оформление проекта в один клик, а также существенно расширилась библиотека графических элементов.

И это лишь немногие изменения, которые принесла третья версия CODESYS. Таким образом, CODESYS v3 аккумулировал в себе многие тенденции современной промышленной автоматизации и продолжает регулярно обновляться, обзаводясь всё новыми и новыми функциями.

---

О тенденциях в промышленных сетях

С тех пор, как в 1979 году появился протокол Modbus, он стал де-факто стандартом промышленной сети. Изначально он был спроектирован для использования с последовательными интерфейсами RS-232/RS-485. Позже практически без изменений он «перекочевал» в сети Ethernet в виде протокола Modbus TCP.

Всемирная популярность протокола Modbus обусловлена несколькими причинами:

• Протокол является полностью открытым, его спецификация доступна всем. При этом нет необходимости в специальных интерфейсных микросхемах для реализации.
• Реализация Modbus очень проста на программном уровне.
• Дешевая среда передачи (обычная витая пара).
• Высокая надежность передачи данных благодаря использованию в каждой посылке контрольной суммы.

При разработке протокол был рассчитан на потребности и вычислительные возможности оборудования того времени. Многие актуальные для сетей нынешнего времени вопросы учтены не были:

• Это низкая пропускная способность шины.
• Отсутствие какой-либо начальной инициализации системы. Пользователю вручную придется настраивать каждое устройство перед включением его в сеть (а именно задавать ему адрес, скорость обмена и т.д.).
• Дешевая среда передачи (обычная витая пара).
• В стандарте четко прописано использование только двух типов данных: BOOL и WORD. Соответственно, при передаче других типов данных зачастую возникают разночтения между устройствами разных производителей.

Стремление к развитию промышленных сетей привело в появлению в 2003 году стандарта EtherCAT.

Основой EtherCAT является технология Ethernet, что позволяет использовать все преимущества данной технологии.

Дело в том, что промышленные сети как правило, характеризуются короткой длиной данных в каждом узле. Эта длина данных значительно меньше чем минимальная полезная нагрузка кадра Ethernet (46 байт данных).

Таким образом, если от одного устройства необходимо передать 4 байта данных, то мы имеем коэффициент полезного действия сети 8,7%. А если учесть служебные данные и межпакетный интервал, то КПД снижается до 4,7%.

Поэтому EtherCAT использует другой подход к передаче данных, называемый обработка «На лету».

Каждый пакет считывается устройством «на лету» одновременно с отправкой дальше. Вставка данных происходит аналогичным образом. Все устройства в сети работают с одной посылкой, последовательно обрабатывая её. Таким образом достигается КПД до 90%. Благодаря использованию в каждом ведомом устройстве специальной микросхемы, которая и занимается обработкой данных, задержка посылки на каждом узле составляет всего несколько наносекунд.

Схемы, приведенные ниже показывают различия в функционировании между Modbus TCP EtherCAT.

Таким образом, еще раз подчеркнем все преимущества и недостатки EtherCAT.

---

Преимущества:

• EtherCAT - это современная технология, учитывающая растущие потребности рынка
• Для работы используется стандартное оборудование для сетей Ethernet (свичи, маршрутизаторы, витая пара), которое имеет низкую цену.
• В отличие от Modbus, настройка сети и распределение адресов происходит автоматически. Пользователю для этого не нужно настраивать каждое устройство в отдельности.
• Большое и постоянно растущее количество оборудования от различных производителей (на сегодняшний день более 1000 компаний входят в EtherCAT Technology Group).
• Высочайшая производительность сети, обусловленная двумя факторами: ширина канала передачи данных 100 Мбит/с и высокий КПД при передаче.

Всё это позволяет работать в реальном времени с огромными объемами данных, не замечая никаких задержек.

---

Недостатки:

• Спецификация протокола доступна только членам EtherCAT Technology Group. Следовательно, реализовать его на любом контроллере нельзя.
• Для работы каждому ведомому устройству требуется специальная интерфейсная микросхема, что несколько повышает стоимость EtherCAT-обрудования.

В качестве завершения приведем сравнительный график производительности современных промышленных сетей.

Данный график показывает производительность при опросе 1000 дискретных точек ввода/вывода, распределенных между 50 ведомыми устройствами (для EtherCAT это время составляет всего 30 микросекунд). На графике производительность сети EtherCAT взята за 100%.

CoDeSys успешно применяется во многих отраслях промышленности.

CoDeSys 3.5, как интегрированная среда разработки, позволяет работать с разными моделями программируемых логических контроллеров. Помимо установки самой среды на персональный компьютер (ПК), потребуется установка таргет-файлов (поставляются производителем) нужной модели ПЛК, а также установки соответствующей версии CoDeSys RTS (исполнительной системы CoDeSys) в операционную систему ПЛК (как правило, предустановлена заранее).

Контроллеры программируемые в среде CODESYS v3.5:

Панельный программируемый контроллер Berghof DC2ХХХ

---

Высокоскоростной программируемый контроллер ECC2100

---

Программируемый контроллер со встроенными входами/выходами ECC22XX

---

Высокоскоростной программируемый контроллер EC1000

---

Компактный контроллер со встроенными входами и выходами EC22XX

• Web-сервер
• Modbus RTU (Master и Slave)
• Modbus TCP (Server и Client)
• Связь контроллера ECC2100/DC2007 и модуля Seneca Z-SG
• Ведение архива на USB-Flash накопитель
• Запись/обновление программы в контроллере с USB-Flash накопителя