5.4.3移位指令……2095.5运算指令2145.5.1赋值指令2145.5.2算术运算指令2145.5.3数学运算指令…2175.5.4地址运算指令2215.6数据转换指令……2235.6.1数据类型转换指令，223第6章基础编程2312316.1.12316.2通讯参数设置，2366.2.1启动Gateway Server和PLC2362396.3.12396.3.2登入下载2396.3.32436.4.2466.4.12466.4.22486.5.1离线仿真2516.6PLC脚本功能2536.7程序隐含检查功能254第7章系统程序和用户程序2587.2用户程序结构：2587.2.1常用的编程方法.258737.3.12627.3.2锁存电路的实际应用第8章可视化界面建立及应用2678.1CODESYS可视化界面2688.28.2.1创建可视化界面26982.22698.2.3对齐工具8.2.4删除工具2708.3.12708.3.2通用控制工具.2758.3.32868.3.4灯/开关/位图2928.3.52948.3.6报警管理.3018.4视图的建立及编辑8.4.1.307第9章模拟量闭环控制的实现31991模拟量闭环控制.3199.1.1模拟量闭环控制系统.…3219.2.2使用CoDeSys实现闭环控制3219.2.3模拟量输入数据整定…3239.2.43259.2.5输入数据滤波32693数字PID控制器…3339.3.23359.3.39.3.4PD控制器.3389.4数字PD控制的改进算法…3409.4.19.4.2带死区的PD控制器9.5闭环控制实例……3429.5.19.5.2简易压紧机的控制实例34310.1.110.1.2控制电动机正、反转运行….35510.1.3电动机Y-△启动控制…36110.1.4恒压变频供水控制系统36610.1.5气动分度盘正、反转控制.10.1.6液位自动控制10.1.7火警报警系统.38310.1.8抢答器控制系统……10.1.9交通灯信号控制程序10.1.10停车场管理……39311.1通信技术基础39511.1.139511.1.211.1.3数据传送方式….39611.1.4数据传送介质…11.2串行通信基础及协议标准..40511.2.111.2.2串口通讯接口标准40711.3现场总线系统.……40911.3.1现场总线技术……11.3.2现场总线的特点..41011.3.341311.3.4fCS与DCS的基本要点及区别.41611.3.5现场总线的发展历程及发展现状，11.4工业以太网…41911.4.141911.4.2TCP/IP的工作方式42011.4.31EEE802通信标准42211.4.4工业控制网络的拓扑结构……424第12章常用工业现场总线及介绍…12.1 CANOPEN通讯.43012.1.2CANopen物理层…43912.1.3PD0通讯示例44112.1.4SD0通信示例…44712.2 MODBUS网络基础45212.2.1数据链路层45312.2.2协议描述.…45512.2.3Modbus串行的两种传输模式45812.2.4Modbus功能码.12.2.512.2.647012.3 ETHERCAT网络基f础47512.3.1EtherCAT物理层.12.3.2EtherCAT硬件组成.48012.3.3EtherCAT运行原理………48012.3.4EtherCAT通讯模式.…12.3.5EtherCAT状态机49312.3.6EtherCAT伺服驱动器控制应用协议49512.3.7EtherCAT主从站通讯配置示例50212.4 PROFINET网络基础.50912.4.1PROFINET物理层…50912.4.2PROFINET ...51312.4.351612.4.412.4.5PROFINET主从站通讯配置52312.5 ETHERNET/小P网络基础.53212.5.153212.5.2EtherNet/IP运行原理53712.5.3EtherNet/P网络性能性能指标54312.5.4EtherNet/IP通讯配置.54413.1附录AST指令快查……55013.2附录B标准库FUN及FB快查55313.3155413.4附录D参考文献………556第0章前言CoDeSys是德国3S公司的PLC编程软件，本书主要以介绍该软件的PLC编程功能。在逐步了解了软件后，使读者一步一步的掌握和精通CoDeSys系统的项目开发、程序编制、网络通讯及可视化编程界面的制作等。如今，全球有近350家知名的自动化产品和方案供应商是3S公司CoDeSys的合作伙伴，其中较著名的有ABB的Control builder、Schneider Electric的SoMachine、.BECKHOFF的TwinCAT、EATON的XSoft、Bosch-Rexroth的IndraWorks Engineering,此外还有TT control、.万可、赫思曼、易福门、派芬、德国控创、法国阿尔斯通、路斯特、伦茨，科比，科控，SEW,丹佛斯、费斯托、日立、三菱电机、欧姆龙、和利时、固高、中控集团，步科等业界巨头。CoDeSys的相关解决方案已经广泛应用于能源、交通、市政、冶金、化工、制药、食品、纺织、包装、印刷、橡塑、机床和军工等行业，为用户使用基于EC611313国际标准编程语言进行项目开发提供了一种技术先进、功能强大的开放式全集成化的编程开发环境。本书的主要目的是要帮助广大CoDeSys产品使用者正确，快速的使用产品，书中比较详细的介绍的软件的功能，对每个常用参数给予了详细的解释。本书主要读者是针对产品的技术支持人员、项目开发、调试人员、现场设备维护人员，同时也是和大专院校本科生、硕士生项目研发时作为参考资料。针对初学者的特点，全面细致的讲解了使用CoDeSys编程软件进行编程和项目开发的各种技术，是零基础学者必备的图书。本书主要以CoDeSys V3.x为开发平台为基础进行讲解。本书主要内容分四大部分进行讲解：第一部分以CoDeSys基础介绍为主。针对EC61131-3标准的概念及背景、CoDeSys软件的主体结构（内部实时核及项目开发软件）及针对编程人员所使用的项目开发软件框架说明这三部分进行讲解，让读者了解CoDeSys的基本概念、整体结构以及在实际工程项目中，CoDeSys能实现的具体功能。第二部分以CoDeSys编程语言的语法介绍为主，也是本书的重点。分别对公共元素、数值表示、数据类型及6种不同的编程语言的语句语法这四大部分进行详细说明，结合实际工程样例程序让读者能更快，更好的掌握此部分的内容。第三部分以CoDeSys人机界面(HMI)的制作介绍为主。分别对控件介绍及使用及变量映射两部分进行讲解，让读者通过学习能够独立完成简单的画面制作项目。第四部分以讲解完整的项目程序为主。由程序调试及常用技巧、仿真功能及项目程序讲解四部分组成。通过这部分的学习，让读者能掌握从项目开发到程序调试及最终的项目完成这整个过程所应具备的知识点，最终使读者具有较强的项目开发能力。本文所有样例程序均基于CoDeSys V3.5SP7版本进行编写。为了便于读者学习和查阅相关技术参数和内容，本书附有5个附录，附录A…由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，尽情广大读者批评指正。作者E-Mail:luguojun(007@yahoo.编者2016年5月第1章概述本章主要知识点◆EC61131-3与PLCopen的关系◆什么是软PLC◇CoDeSys概述软件的安装与卸载1.1EC61131-3标准由于CoDeSys是完全基于EC61131-3标准所开发，所以在此需要引入EC61131-3的概念。EC61131-3编程语言标准是第一个为工业控制系统提供标准化编程语言的国际标准。该标准针对工业控制系统所阐述的软件设计概念、模型等，适应当今世界软件、工业控制系统的发展方向，是一种非常先进的设计技术。他极大的推动了工业控制系统软件设计的发展，对现场总线设备的软件也产生了很大的影响。1.1.1IEC61131简介l993年3月由国际电工委员会EC(International Electro-technical Commission)正式颁布可编程控制器的国际标准EC1131(1131前面添加6后作为国际标准的编号，即EC61131)。EC61131标准将信息技术领域的先进思想和技术（如软件工程、结构化编程、模块化编程、面向对象的思想及网络通信技术等)引入工业控制领域，弥补并克服了传统PLC、DCS等控制系统的弱点(如开放性差、兼容性差、应用软件可维护性差以及可再用性差等特点)。目前EC61131标准已经在欧美发达国家得到广泛应用，但在我国还尚处于起步阶段，由于近几年我国的工业水平也在飞速的发展，在此过程中也会引入大量欧美国家的先进技术，相信不久的将来IEC61131标准在国内也会得到广泛应用。EC61131标准共有8个部分组成，各部分最新内容简介如下，1)EC61131-1通用信总(2003-V2.0)：定义可编程控制器及外围设备，如编程和调试工具(PADA)、人机界面(HMI)等相关术语。2)EC61131-2设备特性（2007-V3.0)：规定适用于可编程控制器及相关外围设备的工作环境及条件，结构特性、安全性及试验的一般要求、试验方法和步骤等。3)EC61131-3编程语言(2013-V3.0)。规定可编程控制器编程语言的语法和语义，规定了5种编程语言，并通过形式定义、语法和（部分地）语义描述以及示例，定义了基本的软件模型。4)EC61131-4用户导则(2004V2.0):规定了如系统分析、装置选择、系统维护等系统应用中其他方面的参考。5)EC611315通信服务规范(2000-V1.0):规定了可编程控制器的通讯范围。包括关于不同制造商的PLC彼此之间以及PLC和其他设备之间的通讯。6)EC61131-6功能安全(2012-V1.0):规定了用于E/E/PE安全相关系统的可编程控制器和相关外围部件的要求。7)EC61131-7模糊控制编程(2000-V1.0)：将编程语言与模糊控制的应用相结合。8)EC61131-8编程语言应用和实现导则(2003-V2.0)：为了实现可编程控制器系统机器程序支持的环境下编程语言的应用提供导则，为可编程控制器系统应用提供编程、组态、安装和维护指南。在我国，从1995年也颁布了GB/T15969.1~GB/T15969.5、GB/T15969.7和GB/T15969.8等7个可编程控制器的国家标准（功能安全部分还没有发布），以完成的国家标准等同于EC61131-1~EC61131-8所对应的标准。1.1.2 PLCopen组织概况PLCoper国际组织成立于1992年，是独立于制造商和产品的国际组织。在欧洲以及国际上已有不少PLC制造商、软件公司和独立的研究机构成为了国际组织的会员。PLCopen中国组织作为国际组织世界范围内的第三支区域性的推广机构(PC5)承担着该项标准在中国区域的推广工作，旨在搭建工业控制领域交流平台，成为技术标准与行业发展趋势的信息纽带，在供应商与最终用户之间搭建互通桥梁，现已有30余家国内外知名企业、高校成为了组织的骨干。PLCopen的宗旨是促进PLC兼容软件的开发和使用。PLCopen并不是另一个标准化委员会，而是一个具有共同利益的集团，这个集团希望现有的标准获得国际上的接受能提供一些帮助。该组织的组织框架图如图1.1所示。一般会议管理委员会理事会技术委员会促进委员会1.标准委员会1.促进活动委员会2.功能委员会2.培训委员会3.资质委员会3.北美促进委员会4.通讯委员会4.日本促进委员会5.软件安全委员会图1.1 PLCOpen组织框架图1.1.3IEC61131-3编程语言EC61131是第一个关于PLC编程技术的国际标准，其中的IEC61131-3是建立统一的PLC编程语言的基础，是实现软PLC技术的重要条件。该标准共分四章，第一章为概述，包括标准范围，参照标准，属于定义，标准概览和要求，以及如何声明PLC系统，使PLC程序符合该标准。第二章规定了PLC文本和图形编程语言的公共元素.公共元素包括字符的使用（含字符集、标志符与关键字的规定、空格的使用、以及如何使用注释等)、数据（数、字符串、时间）的外部表示类型、数据类型、变量、程序组织单元（函数、功能块、程序）以及软件模型（配置、资源、任务、存取路径、全局变量等概念)，图1.2描述了他们之间的关系。配置软件模型资源任务编程模型存取路径数据外部表公用元素全局变量变量函数程序组织单元功能块程序图1.2公共元素结构第三，第四章分别定义了两大类共五种编程语言编程语言：文本化编程语言和图形化编程语言。文本化编程语言包括指令表编程语言(Instruction List,IL)和结构化文本编程语言(StructuredText,ST),图形化编程语言包括梯形图编程语言(Ladder Diagram,LD)和功能块图编程语言(Function Block Diagram)。在标准中定义的顺序功能表图(Sequence Function Chart,SFC),即没有归入文本化编程语言，也没有归入图形化编程语言，本书中，暂先将其定义为图形化编程语言，图1.3分别将这五种语言进行了分类。文本化编程语言图形化语言指令表梯形图(LD)结构化文功能块图本(T)(FBD)顺序功能流程图(SFC)图1.3编程语言1.1.4IEC61131-3标准语言的特点■多样性拥有5种不同的编程语言，分别于图形编程语言及文本编程语言两大类。尤其是在应对大型项目时，用户可以根据实际需求，在一个项目中结合多种编程语言并使其融合，实现了程序设计的优化，也为可编程控制器的应用提供了良好的操作环境。■兼容性由于采用了国际标准的编程语言规范，所以它能适用于可编程控制器、分散控制系统、现场总线控制系统、数据采集和视觉系统、运动控制系统等。且该软件模型能适用于各种不同的行业、不同结构的工业应用。因此，该标准编程语言更体现了与所使用的硬件无关这一重要特点，对用户而言，对指定的硬件供应商的依赖也越来越少。■开放性编程语言的标准化同时也会带来另一个好处，即系统成为了开放系统。任何一个供应商生产的产品，如果符合标准编程语言，则能使用标准编程语言进行编程，从根本上切断了软件和特定硬件的依赖关系。但是目前，要做到软件完全不修改还有困难，比如不同的可编程控制器的外部端子对应的I/O地址可能会不同，移植时需要重新输入对应的地址定义。■可读性编程语言中大量语言的表达方式与常用计算机编程语言的表达方式类似。如IF和CASE选择等语句，FOR,WHLE和REPEAT等循环语句都与计算机编程语言类似，大大方便了用户对标准语言用法的理解，提高了程序的可读性。■易操作性和安全性通常而言，易操作性和安全性两者是矛盾的，但在EC61131-3中，这两者已被有机的结合起来。标准编程语言是常用计算机编程语言的沿用、改进和扩展，因此它保留了这些编程语言的优点，并克服了缺点，使其操作更为简便：同时因为这些语言是标准的，因此出错的概率已被控制到了最低，使编程语言变得更为安全。1.2软PLC-CoDeSysPLC从硬件的结构上来区分可分为硬PLC和软PLC。所谓硬PLC从严格意义上来说是由硬件或者一块专用的ASIC芯片来实现PLC指令的执行.而软PLC(即SoftPLC,也称为软逻辑SoftLogic)是使用PC机或嵌入式控制器作为硬件支撑平台，利用软件实现硬PLC的基本功能。或者说，将PLC的控制功能封装在软件内，运行于PC或嵌入式控制器的环境中。随着二十世纪计算机技术的快速发展，硬PLC的通用性及兼容性差等弊端愈来愈明显。而计算机标准化的通信协议和成熟的局域网技术使组网十分简便，还可以通过Intemet与外界相连。一个具有开放性的系统可以和任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。那么能不能将P℃开放性和PLC的可靠性等优点结合在一起呢？国际电工委员会于在EC61131-3的标准中提到，充分利用工业控制计算机(P℃)或嵌入式控制器(EP℃)的硬件和软件资源，全部用软件来实现硬PLC能实现的功能。这就是国际上出现的高新技术一软PLC技术。软件PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信、PD调节等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。所以，软件PLC提供了与硬PLC同样的功能，同时又提供了PC环境。软PILC与硬PLC相比，还具有如下的优点：1)具有开放的体系结构。软PLC具有多种IO端口和各种现场总线接口，可在不同的硬件环境下使用，突破传统PLC对硬件的高度依赖，解决了传统PLC互不兼容的问题。2)开发方便，可维护性强。软PLC是用软件形式实现硬PLC的功能，软PLC可以开发更为丰富的指令集，以方便实际工业的应用：并且软PLC遵循国际工业标准，支持多种编程语言，开发更加规范方便，维护更简单。3)能充分利用PC机的资源。现代PC机的强大的运算能力和飞速的处理速度，使得软PLC能对外界响应能迅速作出反应，在短时间内处理大量的数据。利用PC机的软件平台，软PLC能处理一些比较复杂的数据和数据结构，如浮点数和字符串等。PC机大容量的内存，使得开发几千个O端口简单方便。4)降低对使用者的要求，方便用户使用。由于各厂商推出的传统PLC的编程方法差别很大，并且控制功能的完成需要依赖具体的硬件，工程人员必须经过专业的培训，掌握各个产品的内部接线和指令的使用。软PLC不依赖具体硬件，编程界面简洁友好，降低了使用者的入门门槛，节约培训费用。)打破了几大家童断的局面。有利于降低成本，促进软PLC技术的发展。1.2.1软PLC控制方案要实现软PLC控制功能，必须具有三个主要部分，即开发系统、对象控制器系统及IO模块。■开发系统主要负责编写程序，对软件进行开发。■对象控制器及VO模块是软PLC的核心，主要负责对采集的VO信号进行处理，逻辑控制及信号输出的功能。1.开发系统软PLC开发系统实际上就是带有调试和编译功能的PLC编程软件，此部分具备如下功能：编程语言标准化，遵循IEC61131-3标准，支持多编程语言（共有5种编程方式：IL、ST、LD、FBD和SFC),各编程语言之间可以相互转换：丰富的控制模块，支持多种PID算法（如常规PID控制算法、自适应PD控制算法、模糊PD控制算法及智能PD控制算法等)，还包括目前流行的一些控制算法，如神经网络控制：开放的控制算法接口，支持用户嵌入自己的控制算法模块：仿真运行，实时在线监控，在线修改程序和编译：网络功能。支持基于TCPP网络，通过网络实现PLC远程监控，远程程序修改等。2.对象控制器系统及I/O模块这两部分是软PLC的核心，完成输入处理、程序执行、输出处理等工作。通常由O接口、通信接口，系统管理器、错误管理器、调试内核和编译器组成。■VO接口：可与任何I/O信号连接，包括本地VO和远程I/O,远程IO主要通过现场总线如InterBus,ProfiBus,CANopen等实现：■通信接口：通过此接口使运行系统可以和开发系统或HMⅫ按照各种协议进行通信，如下载PLC程序或进行数据交换：系统管理器：处理不同任务和协调程序的执行：错误管理器：检测和处理程序执行期间发生的各种错误：调试内核：提供多个调试函数，如强制变量、设置断点等：编译器：通常开发系统将编写的PLC源程序编译为中间代码，然后运行系统的编译器将中间代码翻译为与硬件平台相关的机器码存入控制器。3.综合控制方案软PLC开发系统串口以太网181818181818144044*1现场总线以太网嵌入式控制器软PLC实时核运行系统图1.4嵌入式软PLC控制系统软PLC控制器的硬件平台主要可以分为如下三部分：1)基于嵌入式控制器的控制系统：嵌入式控制器是一种超小型计算机系统，一般没有显示器，软件平台是嵌入式操作系统（如Win CE、VxWorks或QNX等）。软PLC的实时控制核被安装到嵌入式控制系统中，以保证软PLC的实时性，开发完的系统通过串口或以太网将转换后的二进制码写入到对象控制器中，其结构如图1.4所示。