CoDeSys 全面教程：从入门到实战开发

第一部分：CoDeSys 基础介绍

CoDeSys（Controlled Development System）是由德国 3S（Smart Software Solutions）公司开发的一款符合 IEC 61131-3 国际标准的工业自动化编程软件平台。IEC 61131-3 标准旨在统一可编程控制器（PLC）的编程语言和开发环境，解决传统PLC编程中厂商依赖性强、代码复用性差的问题。CoDeSys 的核心优势在于其开放性——它独立于硬件平台，可运行于多种控制器（如ABB、倍福、汇川等品牌的PLC），并支持完整的开发、调试和可视化功能。

1. 软件主体结构

CoDeSys 分为两大组件：

集成开发环境（IDE）：安装在工程师的电脑上，提供编程、编译、调试和仿真工具。它支持IEC 61131-3定义的六种编程语言（梯形图LD、功能块图FBD、结构化文本ST等），并包含硬件配置、可视化编辑等功能。

运行时（Runtime）：安装在控制器的硬件中，负责执行编译后的程序。Runtime 需由硬件厂商基于 3S 公司提供的内核定制，确保与特定硬件（如CPU、I/O模块）兼容。

这种分层架构使得CoDeSys 像工业领域的“安卓系统”——开发者只需学习一套开发环境，即可为不同硬件编写程序，大幅提升代码的可移植性和开发效率。

2. 实际工程功能

在实际项目中，CoDeSys 可实现：

多任务控制：支持周期执行、事件驱动的任务调度，满足高实时性需求（如运动控制）。

通信集成：内置OPC UA、CANopen、EtherCAT等协议栈，方便连接传感器、HMI和云平台。

仿真调试：无需硬件即可通过仿真器测试逻辑，降低开发风险。

第二部分：CoDeSys 编程语言语法详解

IEC 61131-3 标准定义了六种编程语言，CoDeSys 均提供完整支持。以下结合实例说明关键语法：

公共元素与数据类型

变量声明需明确数据类型（如 BOOL、INT、REAL），避免隐式转换错误。例如：

VAR



Speed : INT := 100;     // 整型变量，初始值

100  

Enable : BOOL := TRUE; // 布尔变量



END_VAR

支持自定义数据类型（如结构体），便于封装复杂数据。

六种编程语言的适用场景

梯形图（LD）：适合逻辑控制，直观呈现继电器电路（如电机启停逻辑）。

结构化文本（ST）：类似C语言，用于数学计算或复杂算法。例如：

IF Enable THEN

Speed := Speed + 10;



END_IF

功能块图（FBD）：通过功能块（如定时器、计数器）构建模块化逻辑。

顺序功能图（SFC）：描述多步骤流程（如生产线工控序列）。

指令表（IL）：低级语言，适用于优化代码大小。

连续功能图（CFC）：图形化编程，适合流程控制

工程样例

一个简单的电机控制程序可能包含：

用LD编写启停逻辑；

用ST计算转速百分比；

用FBD集成过载保护功能块。

这种多语言混合使用是CoDeSys 的核心优势之一。

第三部分：CoDeSys人机界面（HMI）深度开发实战

3.1 HMI设计核心原则

在实际工业应用中，HMI设计直接影响设备操作效率和安全性。优秀HMI应遵循以下原则：

信息层级清晰：关键参数（如急停状态、主要设备运行状态）必须在首屏突出显示

操作流程直观：重要操作不超过3次点击即可完成

状态反馈明确：使用颜色编码（红色-故障，黄色-警告，绿色-正常）

安全权限分级：不同用户角色拥有不同操作权限

3.2 控件库深度应用

CoDeSys提供丰富的控件库，但需要合理配置才能发挥最大价值：

3.2.1 基础控件高级配置

// 按钮控件的完整属性设置示例

Button_Start : BUTTON_EXTENDED;

Button_Start.Caption := '启动设备';

Button_Start.EnableCondition := NOT Alarm_Status AND User_Level >= 2;

Button_Start.PressAction := 'Start_Process';

Button_Start.Visible := Page_Index = 1;

Button_Start.ToolTip := '点击启动生产流程，需要操作员权限';

3.2.2 数据可视化控件

趋势图控件：支持同时显示8条曲线，可配置采样周期1ms-1小时

报警历史控件：自动记录报警时间、值、确认状态

数据表格控件：支持实时数据分页显示和导出

3.2.3 自定义控件开发

通过组合基础控件创建复合控件，如设备状态面板：

FUNCTION_BLOCK DeviceStatusPanel

VAR_INPUT

DeviceName : STRING;

CurrentValue : REAL;

    Setpoint : REAL;

    StatusWord : DWORD;

END_VAR

VAR_OUTPUT

    IsAlarm : BOOL;

END_VAR

// 实现逻辑：解析状态字，计算偏差，判断报警条件

3.3 多语言与本地化实现

大型项目通常需要支持多语言：

// 语言资源表定义

ResourceTable : ARRAY[1..3] OF STRING :=

    ['启动', 'Start', ' démarrer'],  // 中文,英文,法文

    ['停止', 'Stop', ' arrêter'],

    ['急停', 'Emergency Stop', 'Arrêt d urgence'];



CurrentLanguage : INT := 1; // 1=中文, 2=英文, 3=法文

3.4 响应式布局设计

针对不同屏幕尺寸（7寸-15寸）自动适配：

使用相对坐标和百分比布局

关键元素最小尺寸保护

横屏/竖屏自动切换

第四部分：完整项目实战—智能温度控制系统

4.1 项目需求分析

控制要求：

温度控制范围：0-200°C，精度±0.5°C

支持3段温度曲线编程

实时显示温度趋势和历史数据

设备故障自诊断和远程报警

硬件配置：

EPEC 3724控制器

PT100 温度传感器（4路）

固态继电器输出

7寸触摸屏

4.2 软件架构设计

4.2.1 程序组织单元（POU）规划

项目结构：

├── 主程序（MAIN）

├── 温度采集处理（TEMP_ACQUISITION）

├── PID控制算法（PID_CONTROL）

├── 配方管理（RECIPE_MANAGEMENT）

├── 报警处理（ALARM_HANDLER）

├── 数据记录（DATA_LOGGING）

└── HMI界面（HMI_INTERFACE）

4.2.2 温度采集程序示例

FUNCTION_BLOCK TEMP_ACQUISITION

VAR_INPUT

RawValue : ARRAY[1..4] OF INT; // 4路AD原始

    CalibParams : TempCalibration;   // 校准参数

END_VAR

VAR_OUTPUT

    Temperatures : ARRAY[1..4] OF REAL;

    FilteredTemp : REAL;

    SensorStatus : SensorStatusWord;

END_VAR

VAR

    FilterBuffer : ARRAY[1..10] OF REAL;

    Index : INT;

END_VAR

// 温度转换和滤波算法

Temperatures[1] := (RawValue[1] * CalibParams.Gain + CalibParams.Offset);

FilteredTemp := MovingAverage(FilterBuffer, Index);

SensorStatus := CheckSensorHealth(Temperatures);

4.2.3 先进PID控制实现

FUNCTION_BLOCK ADVANCED_PID

VAR_INPUT

    Setpoint : REAL;

ProcessValue :

REAL;

ManualOutput : REAL;

END_VAR

VAR_OUTPUT

    ControlOutput : REAL;

    Error : REAL;

END_VAR

VAR

    IntegralWindupGuard : BOOL := TRUE;

    DerivativeFilter : REAL := 0.1;

END_VAR

// 抗积分饱和处理

IF IntegralWindupGuard AND (ABS(Error) > 10.0) THEN

// 暂停积分作用

    IntegralTerm := IntegralTerm;

ELSE

    IntegralTerm := IntegralTerm + Error * SampleTime;

END_IF

// 微分先行算法

ControlOutput := ProportionalGain * Error +

IntegralTerm +

DerivativeGain * (ProcessValue - PreviousPV);

4.3 调试与优化实战

4.3.1 在线调试技巧

变量跟踪技巧：

// 使用条件断点，只在特定条件下暂停

IF Temperature > 100.0 AND DebugMode THEN

    // 程序运行到此会自动暂停

END_IF

性能监控：

使用GetTaskInfo()函数监控任务执行时间

设置看门狗时间防止程序跑飞

4.3.2 常见问题解决方案

通信中断：增加心跳检测和自动重连机制

数据跳变：采用中位值平均滤波算法

控制振荡：调整PID参数和采样周期

4.4 远程维护与升级方案

在项目部署后，面临的最大挑战是如何进行远程维护：

传统方式的局限性：

技术人员必须到现场才能连接控制器

紧急故障无法立即响应

多地点设备维护成本高昂

现代化解决方案：

通过集成远程访问模块（E30M6203智能终端），可以实现：

安全远程访问：通过VPN加密通道访问控制器

实时数据监控：在线查看所有变量和趋势

程序远程更新：无需到场即可更新程序

故障预警：基于数据分析预测设备故障

通过这样详细的实战内容，读者能够真正掌握CoDeSys开发的精髓，并将所学知识应用到实际工程项目中。