CODESYS在系统集成项目中的运用案例-HOMAG豪迈集团

使用来自不同设备制造商的硬件或者各种子系统来形成一套完整的自动化生产线或者系统，在CODESYS出现之前并不是一件容易的事情。 不同设备通常会使用不同的PLC来实现控制，更不用说编程工具（语言）了。随着引入国际IEC 61131-3作为独立于制造商的工业控制编程标准，也引入了自动化技术领域全方位服务提供商的“万物始于一”的论点。即使市场上PLC的编程工具相差很大，但是从紧凑型控制模块到高性能软PLC的一致性编程仍然是可行的。

       本篇案例，我们像大家介绍HOMAG（豪迈集团）的案例。 

   HOMAG（豪迈集团）是木工行业全球领先的集成解决方案供应商。豪迈的客户使用豪迈集团的高科技机器与设备生产客厅与办公家具、厨房家具、实木与复合地板、窗子、门、楼梯或者整体木结构房屋。

       豪迈集团从机械到自动化软硬件能够保证一体化设计：从操作级别一直到传感器/执行器级别，始终使用标准工业以太网和现场总线技术，例如以太网（TCP / IP），Lightbus，Sercos或CAN（CANopen）；在软件标准化方面，豪迈基于国际标准IEC 61131-3编程语言对所有组件进行编程，是因为豪迈选择德国CODESYS作为其集成控制系统的开发软件。

从可视化到传感器/执行器级别的标准使用：

       为了能够贯彻实施标准化方案，HOMAG将机器分为多个模块。每个模块均具备可拓展性，进而可以包含其他模块。另一方面，整个机器也被视为模块，最终被组合成完整的生产线。当然，模块化的概念也从木工机械的机械原理和电气学一直延伸到软件应用程序。具体来说：控制应用程序分为“控制层”，“功能层”和“ I / O执行层”。每个层级都有固定的接口，因此在与功能或复杂级别不同的模块通讯时，接口上不需要重新定义。控制应用程序的功能块和变量也受此标准的约束，这使得机器模块和控制软件的自动化分配成为系统组态的一部分。

       根据这种模块化理念，从可视化级别开始，木工机械的控制技术分为不同的级别：如果需要，该机器的可视化PC（传统的工业PC）可提供HMI和具有实时功能的插槽PLC。

标准结构的自动化机械设备：

     HOMAG将带有摩托罗拉处理器（M68040或PowerPC MPC740）以及基于VME总线的系统作控制器，它具有网络和现场总线连接的接口。该控制器可以与其他从属系统或子系统交换数据，也可以通过TCP / IP或CANopen直接与输入和输出设备（I/O）进行数据交换（通讯）。同时，为了将智能概念进一步带入机器模块中，HOMAG自己开发了分散控制模块。凭借OS9操作系统下相关单元中的数据预处理和准备工作，可以在木工加工中实现精准控制：这些机器可以在将精度控制在0.01 mm的范围内，分辨率为0.001 mm，最大速度为150 m / min。

        同时，机器中有可编程的机电一体化子系统，将控制器，传感器，执行器和机械装置集成在一个模块化单元中。

      当然，为了实现这种设计，对编程软件有一定要求：

        该设备结构网络中的所有控制（插槽PLC，VME总线中央控制，专有控制模块和机电一体化子系统）均使用德国CODESYS软件平台进行开发，根据IEC 61131-3国际标准语言编程。编程和通信的一致性是分布式智能概念的核心基础，最终在木工机械中得以实现。当然，您一定想知道哪些特定的需求最终决定他们必须使用统一的编程和控制平台？

       第一个要求是应用程序开发人员可以在每个控制级别中使用结构化文本代码。在将应用程序抽象化为不同层级的操作，这些操作既可以是连续执行的，又可以进行独立运行的，实现这个要求就必然选择使用统一的编程平台。另一方面，为了使代码可移植，开发系统必须能够支持不同的控制体系，意味着：对于控制器中的每个处理器，必须能够在编程系统中使用机器代码生成（编译器），以便能够满足在一个大系统中的不同子系统可依据不同处理器的性能进行设计。无论控制器的性能等级如何，开发工具的功能都必须统一。最后一个重要方面：网络中的所有控制器必须具有集成的数据交换机制，以使应用程序开发人员能够在现场总线网络中传送数据。

HOMAG的PowerLine木工机床，由一系列机械模块组成

     根据IEC 61131-3进行编程，HOMAG选择使用CODESYS软件。并且CODESYS的众多OEM合作伙伴形成了CODESYS自动化联盟，都可为其提供硬件设备。这些厂商可提供的程序均使用相同的编程系统，所有设备实际上只有一个可执行的标准程序。这也解决了应用程序源代码可转换的问题-根本无需转换，而仅是目标系统（即要编程的控制器）的切换。简而言之：CODESYS自动化联盟中设备的统一接口使得同时使用不同设备制造商的组件成为可能。尤其是对于木工生产线中，木工机器中多达40个主控制器和大约100个机电一体化子系统，这种方案更加高效。

      到目前为止，HOMAG使用了Beckhoff，Lenze，Sütron和Automata的设备，所有这些设备都可以使用CODESYS或其衍生产品进行编程。

CODESYS是一款适合工业系统集成的控制软件

       工业自动化系统集成是创新的工业生产解决方案，综合运用控制理论、电子设备、仪器仪表、计算机软硬件技术及其他技术。随着自动化市场竞争程度的全面加剧，系统集成商作为掌握特定领域行业知识和供应商提供的先进自动控制平台集成技能的解决方案提供者，在整个价值增值传递的过程中，系统集成商之间的竞争也越来越剧烈。自动化控制系统集成所采用的产品、技术、方法、过程以至解决方案是具有共性的，面对激烈的竞争，要想在市场中立于不败之地就必须通过经验、知识的积累和提炼，顺应市场分化发展的大势，形成并提升自己的系统集成能力。最重要的是通过不断地降低总体拥有成本，力求在业界创造更多的成功业绩，并最终建立良好的商业信誉，从而赢得客户的长久信赖。

       使用来自不同制造商的硬件设备或者各种组件来形成一套完整的自动化生产线或者系统，在之前并不是一件容易的事情。因为不同品牌的控制器一般会采用不同的编程原理，更不用说编程工具（语言）了，所以使用一款具备标准、开放性能的编程平台是开发智能化生产线和高端智能设备的必要条件。

       同时IEC 61131-3规范的语法提出一套可跨不同目标平台的可编程控制器实现机制。它使得系统集成项目跨平台地使用不同硬件厂商的设备变成相对容易的事情。

       CODESYS，正是这样一款支持开放的互联接口、实现IEC61131-3语言和高级语言开发、可支持多种现场总线，并可实现跨硬件厂商（跨平台）的设备进行统一编程、配置的控制开发软件平台！它打破了自动化从业者对单独一个硬件品牌的严重依赖，是一件自动化发展史上具有划时代意义的革命性产品，会让你的方案更经济，更有选择性，更具可靠与可塑性。

CODESYS在系统集成上的优越表现：

1） CODESYS使来自不同硬件厂商的设备统一编程变成可能

全球有超过500多家的控制器生产厂商（也包含部分驱动厂商、I/O厂商、可编程网关提供商等）基于CODESYS 开发产品，超过4000多家的设备使用者使用CODESYS进行项目编程。这些厂商可提供的程序均使用相同的编程系统--CODESYS，所有设备实际上只有一个可执行的Windows程序（即只有一个EXE文件）。采用国际IEC61131-3标准编程，结合各种专业的程序库，解决了应用程序源代码可转换的问题-根本就不需要转换，而仅是目标系统（即要编程的控制器）的切换。简而言之：CODESYS让设备的统一接口使使用不同制造商的组件成为可能，学会CODESYS一套软件就可以对整个设备（或生产线）进行编程控制。

如果您的项目需要选择工控机进行控制，CODESYS软件可支持Windows和Linux平台的工控机，且性能稳定，尤其是Windows平台下，CODESYS通过改变任务优先级，可以让控制系统变成硬实时系统。CODESYS首先支持您开发行业化、定制化的产品，当然CODESYS的众多OEM合作伙伴也形成了CODESYS自动化联盟，都可为其提供硬件设备，让您的方案更灵活更具选择性。使用这样一种自动化开发平台开发的产品必然具备稳定、可靠、高效的特性，在提升您产品品质的同时必然会降低开发成本。

2） CODESYS软件支持几乎所有主流现场总线，保证每个单元的设备通讯

IIOT(工业物联网)的实现方式来讲，传统自动化的通信方式从设备层、控制层、工作站、一直到ERP层层传递，效率非常低，在未来自动化领域这种通信方式会逐渐实现扁平化、离散化，那么实现不同设备之间的信息交互现场总线技术是十分重要的！使用现场工业总线技术不但大大提高了通信能力和系统运行的可靠性， 而且大大节省了系统安装时的布线费用和硬件费用， 并更加容易对系统进行管理和维护。这一技术代表了自动化的发展方向， 是工业现场级设备通信的一场数字化革命。

CODESYS提供广泛的现场总线支持，能支持市面上大部分工业现场总线包括从通信POU到配置器和便携式协议栈的所有内容。如EtherCAT，CANopen，Profibus，Profinet，Modbus，EtherNet/IP，J1939、KNX、BACnet，同时通过第三方服务还可支持powerlink。

您会看到这些总线适用于工厂自动化、流程自动化、楼与自动化、工程车辆自动化、能源自动化等多个自动化领域。这便于系统集成商未来可以往多个行业领域扩展业务。

3）提供HMI设备数据接口，可实现第三方客户端与控制系统建立通讯

CODESYS支持客户做自己的HMI显示设备，通过CODESYS Data Server可以实现显示设备和控制，提供完全开放的组件接口，例如支持标准OPC DA和OPC UA协议，支持ODBC接口的数据库。当然，如果您的第三方系统或者应用需要接入到现场集成系统中，我们还心的准备了一款专业通讯工具PLCHandler，PLCHandler可以为第三方客户端和基于CODESYS开发的控制器之间建立通讯。PLCHandler封装了完整的底层通信协议，并提供了API接口。它作为软件开发工具包（SDK），包含所有C/C++头文件，PLCHander库，示例配置文件和演示源代码等。

4）支持OPC UA技术，实现智能化工厂和工业4.0要求下的数据跨平台传输

     OPC UA是实现智能化工厂和工业4.0的标准接口，是OPC标准下的新一代技术，是基于TCP标准的独立通讯平台，其通讯协议可应用于OPC组织的所有成员。OPC UA可以自动建立与客户端通讯，当数据值和数据状态发生变化时自动触发；可以管理数据缓存项。OPC UA软件的开发不再依靠和局限于任何特定的操作平台。过去只局限于Windows平台的OPC技术拓展到了Linux、Unix、Mac等各种其它平台。基于Internet的WebService服务架构 (SOA) 和非常灵活的数据交换系统，不仅允许设备之间传输数据，也允许将数据传输到更高层级的智能系统中， OPC UA的发展不仅立足于现在，更加面向未来。

5）具有强大的HMI人机界面可视化功能

     除了支持开发自己的人机界面以外，CODESYS还提供目标（本地）可视化 Targetvisu 和 显示在标准浏览器

（PC/平板/智能手机）上的网络可视化Webvisu。

      拥有Targetvisu，无需任何其他硬件，可视化界面直接显示在控制器的内置或者外置显示器上，一般用于简单的参数设置和设备调试。

       Webvisu则可以让您随时随地在网络浏览器中浏览可视化屏幕，只需要一台联网的电脑，您就可以随时了解现场生产的真实情况。

       除此之外，CODESYS还提供一种可以描绘和实时反映整个生产线三维加工场景的Depictor工具，可以让操作人员或者维护人员直观的了解整个机器加工过程以完成生产过程的优化、设备的维护。

6） 可选择增加运动控制组件，实现单轴、主从轴和CNC数控、机器人等控制技术

      在同一个CODESYS编程软件中，可以通过添加组件库的方式，增加运动控制的模块。CODESYS完整的运动控制，包含单轴运动控制、主从轴运动控制（电子凸轮曲线控制、速度比例控制、相位差控制），还支持CNC数控系统（支持标准G代码和专业的插补、运动学控制功能块）、多轴机器人的开发（机器人函数库，如SCARA、DELTA、四轴机器人、六自由度多功能机器人等）。

      与此同时，用户还可单独采购CODESYS Depictor实现在线仿真功能。

7）CODESYS提供机器人数字孪生技术

       何谓机器人数字孪生技术？简而言之，就是在虚拟软件空间中完成实际机器人动作、模型、数据的映射，从而反映机器人的全生命周期过程，在没有真实的产品之前，通过数字化的模型，就可以了解机器人在真实的物理层能够实现的功能，尤其应用在机器人的研发验证阶段，可以提前避免很多系统问题和许多功能的测试，从而降低研发成本，增加产品的可靠性。

8）CODESYS原生支持控制器云管理方案

       基于工业物联网IIOT和大数据的CODESYS云方案，提供从设备端（控制器）到云端（CODESYS Automation Server）的整体解决方案。在设备端，CODESYS提供运行在设备上的工业级实时系统内核Runtime，可视化组件以及工业以太网现场总线。每个基于CODESYS开发的带操作系统的控制器都可以当作一个边缘控制器来处理。同时，OPC UA Server作为CODESYS的组件之一，可实现基于不同硬件架构或不同操作系统的设备之间以及设备与工厂之间的数据交换和传输。设备端和云端通过OPC UA通讯，可以真正实时地、跨时区地将过程数据上传到云端。实现数据分析、数据监控、数据存储、数据备份、智能控制等功能。

推荐几款适合系统集成商伙伴学习的产品：

客户可采购基于工控机的单机许可证，我们称之为CODESYS Single License（简写SL）。

针对Windows工控机的单机授权—CODESYS Control RTE SL（硬实时最佳选择）

      CODESYS Control RTE为Windows系统下的实时控制问题提供了解决方案。

      用户只需要在PC机上安装CODESYS Control RTE软件，那么根据PC机的功能，它就会变成一台先进的高性能可编程控制器，并可以使用基于IEC 61131-3标准的CODESYS IDE进行编程，另外系统的功能也可以按需求进行扩展。一套软件即可对来自不同厂家的设备进行通讯控制。

产品优势：

1. 安装方便。本身是款软件，可直接安装使用。

2. 实时性强。CODESYS Control RTE通过对Windows内核进行实时性改造，使其具有微妙级抖动量的确定性，且不需要增加其它硬件，最终实现“硬实时”的控制功能。

3. 通讯便捷。仅需要一根网线就可以连接至其它IO模块、智能仪表、伺服驱动器、控制器，配置操作十分简单。

4. 功能扩展性强，可按需求拓展运动控制、其它总线通讯、多核控制、OPC通讯等功能。

5. 编程方便，支持IEC61131-3语言编程。

6. 部署在工业电脑上也相当于自带可视化，使电脑具备显控一体功能。

    软件包含强大的运动控制及 CNC 功能

（1） 单轴控制：电流环、 速度环、 位置环的控制

（2） 主从方式：实现电子齿轮（带相位同步功能）、电子凸轮等

（3） CNC 控制：以功能块的方式实现复杂的多轴运动轨迹插补控制，无需自己编写基础运动学算法， 支持 G 代码

（4） 机器人控制：SCARA机器人、DELTA机器人、四轴机器人、多关节的复杂机器人函数库

同时支持用户将自己的机器人函数库集成在软件中使用。

7.  良好地支持第三方的开发工具和应用程序

（1） 具有 OPC ， OPC UA 功能

（2） 支持 ODBC 接口的数据库

CODESYS Control RTE集成有以下总线协议： 

CODESYS CANopen主站/从站; 

CODESYS EtherCAT主站; 

CODESYS Modbus TCP主站/从站; 

CODESYS Modbus RTU主站/从站; 

CODESYS Sercos III Master ; 

CODESYS PROFIBUS主站; 

CODESYS PROFINET控制器; 

CODESYS PROFINET设备; 

CODESYS EtherNet / IP扫描器; 

CODESYS EtherNet / IP适配器;

CODESYS J1939 ; 

CODESYS OPC UA服务器

CODESYS Control Linux SL将工业PC转换为高性能PLC –几乎可以通过PC性能扩展到任何程度。该系统适用于对实时行为没有严格要求的应用。

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