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CODESYS在系統集成項目中的運用案例

2020/2/14 16:05:08

使用來自不同設備制造商的硬件或者各種子系統來形成一套完整的自動化生產線或者系統，在CODESYS出現之前并不是一件容易的事情。不同設備通常會使用不同的PLC來實現控制，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控制編程標準，也引入了自動化技術領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。

HOMAG（豪邁集團）是木工行業全球領先的集成解決方案供應商。豪邁的客戶使用豪邁集團的高科技機器與設備生產客廳與辦公家具、廚房家具、實木與復合地板、窗子、門、樓梯或者整體木結構房屋。

豪邁集團從機械到自動化軟硬件能夠保證一體化設計：從操作級別一直到傳感器/執行器級別，始終使用標準工業以太網和現場總線技術，例如以太網（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的開發軟件。

從可視化到傳感器/執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。控制應用程序的功能塊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組態的一部分。

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

標準結構的自動化機械設備：

HOMAG將帶有摩托羅拉處理器（M68040或PowerPC MPC740）以及基于VME總線的系統作控制器，它具有網絡和現場總線連接的接口。該控制器可以與其他從屬系統或子系統交換數據，也可以通過TCP / IP或CANopen直接與輸入和輸出設備（I/O）進行數據交換（通訊）。同時，為了將智能概念進一步帶入機器模塊中，HOMAG自己開發了分散控制模塊。憑借OS9操作系統下相關單元中的數據預處理和準備工作，可以在木工加工中實現精準控制：這些機器可以在將精度控制在0.01 mm的范圍內，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，將控制器，傳感器，執行器和機械裝置集成在一個模塊化單元中。

當然，為了實現這種設計，對編程軟件有一定要求：

該設備結構網絡中的所有控制（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）均使用德國CODESYS軟件平臺進行開發，根據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，最終在木工機械中得以實現。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一的編程和控制平臺？

第一個要求是應用程序開發人員可以在每個控制級別中使用結構化文本代碼。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執行的，又可以進行獨立運行的，實現這個要求就必然選擇使用統一的編程平臺。另一方面，為了使代碼可移植，開發系統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中使用機器代碼生成（編譯器），以便能夠滿足在一個大系統中的不同子系統可依據不同處理器的性能進行設計。無論控制器的性能等級如何，開發工具的功能都必須統一。最后一個重要方面：網絡中的所有控制器必須具有集成的數據交換機制，以使應用程序開發人員能夠在現場總線網絡中傳送數據。

HOMAG的PowerLine木工機床，由一系列機械模塊組成

根據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自動化聯盟，都可為其提供硬件設備。這些廠商可提供的程序均使用相同的編程系統，所有設備實際上只有一個可執行的標準程序。這也解決了應用程序源代碼可轉換的問題-根本無需轉換，而僅是目標系統（即要編程的控制器）的切換。簡而言之：CODESYS自動化聯盟中設備的統一接口使得同時使用不同設備制造商的組件成為可能。尤其是對于木工生產線中，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，這種方案更加高效。

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

CODESYS是一款適合工業系統集成的控制軟件

工業自動化系統集成是創新的工業生產解決方案，綜合運用控制理論、電子設備、儀器儀表、計算機軟硬件技術及其他技術。隨著自動化市場競爭程度的全面加劇，系統集成商作為掌握特定領域行業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，系統集成商之間的競爭也越來越劇烈。自動化控制系統集成所采用的產品、技術、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驗、知識的積累和提煉，順應市場分化發展的大勢，形成并提升自己的系統集成能力。最重要的是通過不斷地降低總體擁有成本，力求在業界創造更多的成功業績，并最終建立良好的商業信譽，從而贏得客戶的長久信賴。

使用來自不同制造商的硬件設備或者各種組件來形成一套完整的自動化生產線或者系統，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智能化生產線和高端智能設備的必要條件。

同時IEC 61131-3規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機制。它使得系統集成項目跨平臺地使用不同硬件廠商的設備變成相對容易的事情。

CODESYS，正是這樣一款支持開放的互聯接口、實現IEC61131-3語言和高級語言開發、可支持多種現場總線，并可實現跨硬件廠商（跨平臺）的設備進行統一編程、配置的控制開發軟件平臺！它打破了自動化從業者對單獨一個硬件品牌的嚴重依賴，是一件自動化發展史上具有劃時代意義的革命性產品，會讓你的方案更經濟，更有選擇性，更具可靠與可塑性。

CODESYS在系統集成上的優越表現：

1） CODESYS使來自不同硬件廠商的設備統一編程變成可能

全球有超過500多家的控制器生產廠商（也包含部分驅動廠商、I/O廠商、可編程網關提供商等）基于CODESYS 開發產品，超過4000多家的設備使用者使用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--CODESYS，所有設備實際上只有一個可執行的Windows程序（即只有一個EXE文件）。采用國際IEC61131-3標準編程，結合各種專業的程序庫，解決了應用程序源代碼可轉換的問題-根本就不需要轉換，而僅是目標系統（即要編程的控制器）的切換。簡而言之：CODESYS讓設備的統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備（或生產線）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，且性能穩定，尤其是Windows平臺下，CODESYS通過改變任務優先級，可以讓控制系統變成硬實時系統。CODESYS首先支持您開發行業化、定制化的產品，當然CODESYS的眾多OEM合作伙伴也形成了CODESYS自動化聯盟，都可為其提供硬件設備，讓您的方案更靈活更具選擇性。使用這樣一種自動化開發平臺開發的產品必然具備穩定、可靠、高效的特性，在提升您產品品質的同時必然會降低開發成本。

2） CODESYS軟件支持幾乎所有主流現場總線，保證每個單元的設備通訊

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

CODESYS提供廣泛的現場總線支持，能支持市面上大部分工業現場總線包括從通信POU到配置器和便攜式協議棧的所有內容。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域。這便于系統集成商未來可以往多個行業領域擴展業務。

3）提供HMI設備數據接口，可實現第三方客戶端與控制系統建立通訊

CODESYS支持客戶做自己的HMI顯示設備，通過CODESYS Data Server可以實現顯示設備和控制，提供完全開放的組件接口，例如支持標準OPC DA和OPC UA協議，支持ODBC接口的數據庫。當然，如果您的第三方系統或者應用需要接入到現場集成系統中，我們還心的準備了一款專業通訊工具PLCHandler，PLCHandler可以為第三方客戶端和基于CODESYS開發的控制器之間建立通訊。PLCHandler封裝了完整的底層通信協議，并提供了API接口。它作為軟件開發工具包（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，實現智能化工廠和工業4.0要求下的數據跨平臺傳輸

OPC UA是實現智能化工廠和工業4.0的標準接口，是OPC標準下的新一代技術，是基于TCP標準的獨立通訊平臺，其通訊協議可應用于OPC組織的所有成員。OPC UA可以自動建立與客戶端通訊，當數據值和數據狀態發生變化時自動觸發；可以管理數據緩存項。OPC UA軟件的開發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技術拓展到了Linux、Unix、Mac等各種其它平臺。基于Internet的WebService服務架構 (SOA) 和非常靈活的數據交換系統，不僅允許設備之間傳輸數據，也允許將數據傳輸到更高層級的智能系統中， OPC UA的發展不僅立足于現在，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）上的網絡可視化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置或者外置顯示器上，一般用于簡單的參數設置和設備調試。

Webvisu則可以讓您隨時隨地在網絡瀏覽器中瀏覽可視化屏幕，只需要一臺聯網的電腦，您就可以隨時了解現場生產的真實情況。

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過程的優化、設備的維護。

6）可選擇增加運動控制組件，實現單軸、主從軸和CNC數控、機器人等控制技術

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數控系統（支持標準G代碼和專業的插補、運動學控制功能塊）、多軸機器人的開發（機器人函數庫，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實現在線仿真功能。

7）CODESYS提供機器人數字孿生技術

何謂機器人數字孿生技術？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、數據的映射，從而反映機器人的全生命周期過程，在沒有真實的產品之前，通過數字化的模型，就可以了解機器人在真實的物理層能夠實現的功能，尤其應用在機器人的研發驗證階段，可以提前避免很多系統問題和許多功能的測試，從而降低研發成本，增加產品的可靠性。

8）CODESYS原生支持控制器云管理方案

基于工業物聯網IIOT和大數據的CODESYS云方案，提供從設備端（控制器）到云端（CODESYS Automation Server）的整體解決方案。在設備端，CODESYS提供運行在設備上的工業級實時系統內核Runtime，可視化組件以及工業以太網現場總線。每個基于CODESYS開發的帶操作系統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，可實現基于不同硬件架構或不同操作系統的設備之間以及設備與工廠之間的數據交換和傳輸。設備端和云端通過OPC UA通訊，可以真正實時地、跨時區地將過程數據上傳到云端。實現數據分析、數據監控、數據存儲、數據備份、智能控制等功能。