CN114460898A - 基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及PLC控制技术领域，具体是一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，在CodeSys编程软件中将外部扩展模块挂载到主机模块下；通过CodeSys编程软件中的程序编辑模块编辑指令，所述指令经CodeSys Runtime转换后传送给CPU模块；CPU模块根据所述指令驱动FPGA模块，所述FPGA模块通过SPI通信协议以级联结构的方式对外部扩展模块进行控制。本发明在CodeSys架构下实现软PLC对外部扩展模块的控制，不仅可完善产品功能，而且可简化操作流程，提高生产效率。

Description

基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法及系统
技术领域
本发明涉及PLC控制技术领域，尤其涉及一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法及系统。
背景技术
现有的PLC对外部扩展模块的方式存在标准化程度不高，操作繁琐；通信速率低，效率差，通信出错高，稳定性差的缺陷。
因此，急需一种新的技术来解决该技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法及系统，通过在CodeSys架构中开发外部扩展模块组件的方式，实现软PLC对外部扩展模块的控制，满足国际IEC61131-3标准，开放六种编程语言，方便用户操作，提高生产效率；通过ARM+FPGA的方式，实现主机与外部扩展模块的通信，增加数据传输效率，提高系统稳定性；提供手动添加和自动扫描两种添加方式，减少用户出错率，提高系统性能。
上述目的是通过以下技术方案来实现：
一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，包括：
在CodeSys编程软件中将外部扩展模块挂载到主机模块下；
通过CodeSys编程软件中的程序编辑模块编辑指令，所述指令经CodeSys Runtime转换后传送给CPU模块；
CPU模块根据所述指令驱动FPGA模块，所述FPGA模块通过SPI通信协议以级联结构的方式对外部扩展模块进行控制。
进一步地，还包括对所述主机模块和所述外部扩展模块的设备描述文件进行设计，具体为：将所述主机模块身份属性(role)设置成父连接器(parent)，将所述外部扩展模块的身份属性(role)设置成子连接器(child)，并将父连接器的扫描支持(scan support)打开，然后在所述CodeSys编程软件中通过XML解析功能对所述主机模块和所述外部扩展模块的设备描述文件进行解析，实现将所述外部扩展模块挂载到所述主机模块下。
进一步地，所述在CodeSys编程软件中将外部扩展模块挂载到主机模块下，具体为：在CodeSys编程软件中通过手动添加或者自动扫描的方式将外部扩展模块挂载到主机模块下。
进一步地，所述手动添加外部扩展模块具体包括如下步骤：
步骤(1)开始；在PC端CodeSys软件中添加本机模块的XML文件和外部扩展模块的XML文件，通过Add Device指令将外部扩展模块挂载在主机模块下；
步骤(2)初始化；通过ComponentEntry()函数进入组件，通过HookFunction()函数对组件进行注册；
步骤(3)读取模块ID；通过读文件的方式，读取外部扩展模块的ID；
步骤(4)CRC校验判断；若为TRUE继续，若为FALSE，返回初始化；
步骤(5)读取输入；通过poll指令对文件进行读操作，读取下位机采集到的数据；
步骤(6)数据处理；通过算法对读到的数据进行处理，通过IoDrvReadInputs()函数将处理过的数据传递给PC端；
步骤(7)输出判断；查看外部扩展模块是否需要输出数据；若为True，则进入步骤(8)；若为False，则进入步骤(10)；
步骤(8)数据处理；通过IoDrvWriteOutputs()函数，读取上位机的输出指令；
步骤(9)数据输出；通过算法计算得到输出数据，通过写文件的方式，将输出数据传递给下位机；
步骤(10)自诊断；通过CAL_IoMgrConfigSetDiagnosis()函数对上下位机数据进行诊断，排除错误。
进一步地，所述自动扫描外部扩展模块具体包括如下步骤：
步骤(1)开始；在PC端CodeSys软件中添加本机模块的XML文件和外部扩展模块的XML文件，通过Scan For Device指令将外部扩展模块挂载在主机模块下；
步骤(2)初始化；通过ComponentEntry()函数进入组件，通过HookFunction()函数对组件进行注册；
步骤(3)模块注册；将模块的类别(type)、连接器信息(connector)和参数列表(paramterlist)传递上传；
步骤(4)模块添加；通过IoDrvScanModules()函数对挂载的扩展模块进行自动扫描，并给匹配的模块分配空间，将扫描结果传递给上位机软件，用户点击确定，即可将扫描到的外部扩展模块挂载到主机模块下；
步骤(5)读取模块ID；通过读文件的方式，读取外部扩展模块的ID；
步骤(6)CRC校验判断；若为TRUE继续，若为FALSE，返回初始化；
步骤(7)读取输入；通过pol1指令对文件进行读操作，读取下位机采集到的数据；
步骤(8)数据处理；通过算法对读到的数据进行处理，通过IoDrvReadInputs()函数将处理过的数据传递给PC端；
步骤(9)输出判断；查看外部扩展模块是否需要输出数据；若为True，则进入步骤八；若为False，则进入步骤十；
步骤(10)数据处理；通过IoDrvWriteOutputs()函数，读取上位机的输出指令；
步骤(11)数据输出；通过算法计算得到输出数据，通过写文件的方式，将输出数据传递给下位机；
步骤(12)自诊断；通过CAL_IoMgrConfigSetDiagnosis()函数对上下位机数据进行诊断，排除错误。
一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计系统，用于实现上述方法，包括由PC端的所述CodeSys编程软件构成的开发系统，和带有所述CPU模块的运行系统，所述开发系统与所述运行系统通过通信接口模块建立通信。
进一步地，所述开发系统包括：
XML解析功能模块，用于将用户提供的设备描述文件，通过解析生成设备树添加到软件中；
程序编辑功能模块，是CodeSys软件自带的六种编程语言；
编译功能模块，用于对用户编辑的程序进行逻辑验证；
通信接口功能模块，用于提供接口实现上位机与下位机的数据交互。
CodeSys Runtime，是CodeSys自带的内核，用于实现指令解释、组件管理和任务调度。
进一步地，所述运行系统包括：
CPU模块，用于对数据进行处理并发出逻辑控制指令；
存储器模块，用于对数据进行存储；
通信接口功能模块，用于提供接口实现上位机与下位机的数据交互；
RTC模块，用于提供实时时钟，通信接口的功能是实现上下位机数据交互；
FPGA模块，用于进行高性能数据传送；
输入单元模块，用于将数据传递给CPU模块；
输出单元模块，用于输出CPU模块传递的输出指令。
进一步地，所述FPGA模块通过SPI通信协议以级联结构的方式对外部扩展模块进行连接控制。
进一步地，所述外部扩展模块至少有1个。
有益效果
本发明所提供的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法及系统，有如下优点：
1、可提高产品标准化；本发明基于CodeSys架构，符合国际IEC 61131-3标准，用户可以在IDE中通过IL、ST、FBD、LD、CFC、SFC等六种编程语言实现软PLC对外部扩展模块的控制；
2、可提高生产效率；本发明设计的外部扩展模块功能采用FPGA总线功能，通过SPI通信协议进行数据传输，较传统工艺，对数据传输的稳定性和准确性有显著提高；
3、可简化生产工艺；提高用户端开发效率。本发明在CodeSys上位机软件中实现手动添加和自动扫描两种添加外部扩展模块的方式，简化了操作步骤，在提高用户体验的同时，提高了开发效率，减少了操作失误带来的经济损失。
附图说明
图1为本发明所述一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计系统的框架图；
图2为本发明所述一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计系统中外部扩展模块总线联框图；
图3为本发明所述一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法中手动添加扩展模块流程图；
图4为本发明所述一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法中自动扫描扩展模块流程图。
具体实施方式
下面结合图和实施例对本发明作进一步详细说明。
一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，包括：
在CodeSys编程软件中将外部扩展模块挂载到主机模块下；
通过CodeSys编程软件中的程序编辑模块编辑指令，所述指令经CodeSys Runtime转换后传送给CPU模块；
CPU模块根据所述指令驱动FPGA模块，所述FPGA模块通过SPI通信协议以级联结构的方式对外部扩展模块进行控制。
本方法还包括对所述主机模块和所述外部扩展模块的设备描述文件进行设计，具体为：将所述主机模块身份属性(role)设置成父连接器(parent)，将所述外部扩展模块的身份属性(role)设置成子连接器(child)，并将父连接器的扫描支持(scan support)打开，然后在所述CodeSys编程软件中通过XML解析功能对所述主机模块和所述外部扩展模块的设备描述文件进行解析，实现将所述外部扩展模块挂载到所述主机模块下。
在本实施例中，所述在CodeSys编程软件中将外部扩展模块挂载到主机模块下，具体为：在CodeSys编程软件中通过手动添加或者自动扫描的方式将外部扩展模块挂载到主机模块下。
如图3所示，所述手动添加外部扩展模块具体包括如下步骤：
步骤(1)开始；在PC端CodeSys软件中添加本机模块的XML文件和外部扩展模块的XML文件，通过Add Device指令将外部扩展模块挂载在主机模块下；
步骤(2)初始化；通过ComponentEntry()函数进入组件，通过HookFunction()函数对组件进行注册；
步骤(3)读取模块ID；通过读文件的方式，读取外部扩展模块的ID；
步骤(4)CRC校验判断；若为TRUE继续，若为FALSE，返回初始化；
步骤(5)读取输入；通过poll指令对文件进行读操作，读取下位机采集到的数据；
步骤(6)数据处理；通过算法对读到的数据进行处理，通过IoDrvReadInputs()函数将处理过的数据传递给PC端；
步骤(7)输出判断；查看外部扩展模块是否需要输出数据；若为True，则进入步骤(8)；若为False，则进入步骤(10)；
步骤(8)数据处理；通过IoDrvWriteOutputs()函数，读取上位机的输出指令；
步骤(9)数据输出；通过算法计算得到输出数据，通过写文件的方式，将输出数据传递给下位机；
步骤(10)自诊断；通过CAL_IoMgrConfigSetDiagnosis()函数对上下位机数据进行诊断，排除错误。
如图4所示，所述自动扫描外部扩展模块具体包括如下步骤：
步骤(1)开始；在PC端CodeSys软件中添加本机模块的XML文件和外部扩展模块的XML文件，通过Scan For Device指令将外部扩展模块挂载在主机模块下；
步骤(2)初始化；通过ComponentEntry()函数进入组件，通过HookFunction()函数对组件进行注册；
步骤(3)模块注册；将模块的类别(type)、连接器信息(connector)和参数列表(paramterlist)传递上传；
步骤(4)模块添加；通过IoDrvScanModules()函数对挂载的扩展模块进行自动扫描，并给匹配的模块分配空间，将扫描结果传递给上位机软件，用户点击确定，即可将扫描到的外部扩展模块挂载到主机模块下；
步骤(5)读取模块ID；通过读文件的方式，读取外部扩展模块的ID；
步骤(6)CRC校验判断；若为TRUE继续，若为FALSE，返回初始化；
步骤(7)读取输入；通过poll指令对文件进行读操作，读取下位机采集到的数据；
步骤(8)数据处理；通过算法对读到的数据进行处理，通过IoDrvReadInputs()函数将处理过的数据传递给PC端；
步骤(9)输出判断；查看外部扩展模块是否需要输出数据；若为True，则进入步骤八；若为False，则进入步骤十；
步骤(10)数据处理；通过IoDrvWriteOutputs()函数，读取上位机的输出指令；
步骤(11)数据输出；通过算法计算得到输出数据，通过写文件的方式，将输出数据传递给下位机；
步骤(12)自诊断；通过CAL_IoMgrConfigSetDiagnosis()函数对上下位机数据进行诊断，排除错误。
如图1所示，本实施例还提供了一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计系统，用于实现上述方法，系统有两部分组成，包括由PC端的所述CodeSys编程软件构成的开发系统，和带有所述CPU模块的运行系统，所述开发系统与所述运行系统通过通信接口模块建立通信。
在本系统中，所述开发系统包括：
XML解析功能模块，用于将用户提供的设备描述文件，通过解析生成设备树添加到软件中；
程序编辑功能模块，是CodeSys软件自带的六种编程语言；
编译功能模块，用于对用户编辑的程序进行逻辑验证；
通信接口功能模块，用于提供接口实现上位机与下位机的数据交互。
CodeSys Runtime，是CodeSys自带的内核，用于实现指令解释、组件管理和任务调度。
所述运行系统包括：
CPU模块，用于对数据进行处理并发出逻辑控制指令；
存储器模块，用于对数据进行存储；
通信接口功能模块，用于提供接口实现上位机与下位机的数据交互；
RTC模块，用于提供实时时钟，通信接口的功能是实现上下位机数据交互；
FPGA模块，用于进行高性能数据传送；
输入单元模块，用于将数据传递给CPU模块；
输出单元模块，用于输出CPU模块传递的输出指令。
如图2所示，所述FPGA模块通过SPI通信协议以级联结构的方式对外部扩展模块进行连接控制。
在本系统中，所述外部扩展模块至少有1个。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，均可想到的变化或替换都涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求保护的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，其特征在于：
在CodeSys编程软件中将外部扩展模块挂载到主机模块下；
通过CodeSys编程软件中的程序编辑模块编辑指令，所述指令经CodeSys Runtime转换后传送给CPU模块；
CPU模块根据所述指令驱动FPGA模块，所述FPGA模块通过SPI通信协议以级联结构的方式对外部扩展模块进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，其特征在于，还包括对所述主机模块和所述外部扩展模块的设备描述文件进行设计，具体为：将所述主机模块身份属性(role)设置成父连接器(parent)，将所述外部扩展模块的身份属性(role)设置成子连接器(child)，并将父连接器的扫描支持(scan support)打开，然后在所述CodeSys编程软件中通过XML解析功能对所述主机模块和所述外部扩展模块的设备描述文件进行解析，实现将所述外部扩展模块挂载到所述主机模块下。
3.根据权利要求1所述的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，其特征在于，所述在CodeSys编程软件中将外部扩展模块挂载到主机模块下，具体为：在CodeSys编程软件中通过手动添加或者自动扫描的方式将外部扩展模块挂载到主机模块下。
4.根据权利要求3所述的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，其特征在于，所述手动添加外部扩展模块具体包括如下步骤：
步骤(1)开始；在PC端CodeSys软件中添加本机模块的XML文件和外部扩展模块的XML文件，通过Add Device指令将外部扩展模块挂载在主机模块下；
步骤(2)初始化；通过ComponentEntry()函数进入组件，通过HookFunction()函数对组件进行注册；
步骤(3)读取模块ID；通过读文件的方式，读取外部扩展模块的ID；
步骤(4)CRC校验判断；若为TRUE继续，若为FALSE，返回初始化；
步骤(5)读取输入；通过poll指令对文件进行读操作，读取下位机采集到的数据；
步骤(6)数据处理；通过算法对读到的数据进行处理，通过IoDrvReadInputs()函数将处理过的数据传递给PC端；
步骤(7)输出判断；查看外部扩展模块是否需要输出数据；若为True，则进入步骤(8)；若为False，则进入步骤(10)；
步骤(8)数据处理；通过IoDrvWriteOutputs()函数，读取上位机的输出指令；
步骤(9)数据输出；通过算法计算得到输出数据，通过写文件的方式，将输出数据传递给下位机；
步骤(10)自诊断；通过CAL_IoMgrConfigSetDiagnosis()函数对上下位机数据进行诊断，排除错误。
5.根据权利要求3所述的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，其特征在于，所述自动扫描外部扩展模块具体包括如下步骤：
步骤(1)开始；在PC端CodeSys软件中添加本机模块的XML文件和外部扩展模块的XML文件，通过Scan For Device指令将外部扩展模块挂载在主机模块下；
步骤(2)初始化；通过ComponentEntry()函数进入组件，通过HookFunction()函数对组件进行注册；
步骤(3)模块注册；将模块的类别(type)、连接器信息(connector)和参数列表(paramterlist)传递上传；
步骤(4)模块添加；通过IoDrvScanModules()函数对挂载的扩展模块进行自动扫描，并给匹配的模块分配空间，将扫描结果传递给上位机软件，用户点击确定，即可将扫描到的外部扩展模块挂载到主机模块下；
步骤(5)读取模块ID；通过读文件的方式，读取外部扩展模块的ID；
步骤(6)CRC校验判断；若为TRUE继续，若为FALSE，返回初始化；
步骤(7)读取输入；通过poll指令对文件进行读操作，读取下位机采集到的数据；
步骤(8)数据处理；通过算法对读到的数据进行处理，通过IoDrvReadInputs()函数将处理过的数据传递给PC端；
步骤(9)输出判断；查看外部扩展模块是否需要输出数据；若为True，则进入步骤八；若为False，则进入步骤十；
步骤(10)数据处理；通过IoDrvWriteOutputs()函数，读取上位机的输出指令；
步骤(11)数据输出；通过算法计算得到输出数据，通过写文件的方式，将输出数据传递给下位机；
步骤(12)自诊断；通过CAL_IoMgrConfigSetDiagnosis()函数对上下位机数据进行诊断，排除错误。
6.一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计系统，用于实现权利要求1～5的方法，其特征在于，包括由PC端的所述CodeSys编程软件构成的开发系统，和带有所述CPU模块的运行系统，所述开发系统与所述运行系统通过通信接口模块建立通信。
7.根据权利要求6所述的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计系统，其特征在于，所述开发系统包括：
XML解析功能模块，用于将用户提供的设备描述文件，通过解析生成设备树添加到软件中；
程序编辑功能模块，是CodeSys软件自带的六种编程语言；
编译功能模块，用于对用户编辑的程序进行逻辑验证；
通信接口功能模块，用于提供接口实现上位机与下位机的数据交互。
CodeSys Runtime，是CodeSys自带的内核，用于实现指令解释、组件管理和任务调度。
8.根据权利要求6所述的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计系统，其特征在于，所述运行系统包括：
CPU模块，用于对数据进行处理并发出逻辑控制指令；
存储器模块，用于对数据进行存储；
通信接口功能模块，用于提供接口实现上位机与下位机的数据交互；
RTC模块，用于提供实时时钟，通信接口的功能是实现上下位机数据交互；
FPGA模块，用于进行高性能数据传送；
输入单元模块，用于将数据传递给CPU模块；
输出单元模块，用于输出CPU模块传递的输出指令。
9.根据权利要求8所述的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计系统，其特征在于，所述FPGA模块通过SPI通信协议以级联结构的方式对外部扩展模块进行连接控制。
10.根据权利要求9所述的一种基于CodeSys的外部扩展模块组件设计方法，其特征在于，所述外部扩展模块至少有1个。
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