CN114968196A

CN114968196A - 基于codesys软件的开发平台架构

Info

Publication number: CN114968196A
Application number: CN202210628191.0A
Authority: CN
Inventors: 刘明希; 宋波; 张长春; 张程鑫; 田广阔
Original assignee: CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Current assignee: CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co Ltd
Priority date: 2022-06-06
Filing date: 2022-06-06
Publication date: 2022-08-30

Abstract

本发明公开了一种基于CODESYS软件的开发平台架构，包括：PC机平台及目标机平台；PC机平台用于根据变量形式制定EXCEL协议表，再根据EXCEL协议表生成设备描述文件、变量映射文件、IOController驱动程序和Drivers驱动程序，CODESYS软件根据设备描述文件及变量映射文件生成协议IO变量，以供逻辑开发人员进行IEC逻辑开发；目标机平台用于根据IOController驱动程序建立IEC逻辑任务与Drivers驱动程序之间的映射通道以完成变量映射，从而实现Drivers驱动程序收发的数据与IEC逻辑任务进行交互。本发明给逻辑开发人员及底层驱动开发人员带来了极大的工作便利。

Description

基于CODESYS软件的开发平台架构

技术领域

本发明涉及软件开发技术领域，具体地说，尤其涉及一种基于CODESYS软件的开发平台架构。

背景技术

CODESYS软件是德国3S(3S-Smart Software Solutions GmbH)公司开发的一款逻辑开发自动化软件，CODESYS软件在国内市场的占用率非常高，广泛应用于控制***生产制造领域。

使用CODESYS软件进行PLC逻辑开发时，存在的问题：1)在IO逻辑变量数量非常多的情况下，如果逻辑开发者一个变量一个变量添加，工作量太大，不利于大型项目开发。2)在处理IO通信时，如果使用CODESYS软件自带的工业现场总线，配置复杂，且使用CODESYS自带的不同的工业现场总线都需要付费。此外，还有很多通信方式CODESYS软件不支持，如铁路行业使用的MVB通信。

因此急需开发一种克服上述缺陷的基于CODESYS软件的开发平台架构。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于CODESYS软件的开发平台架构，其中，包括：

PC机平台，用于根据变量形式制定EXCEL协议表，再根据所述EXCEL协议表生成设备描述文件、变量映射文件、IOController驱动程序和Drivers驱动程序，CODESYS软件根据所述设备描述文件及所述变量映射文件生成协议IO变量，以供逻辑开发人员进行IEC逻辑开发；

目标机平台，用于根据所述IOController驱动程序建立IEC逻辑任务与Drivers驱动程序之间的映射通道以完成变量映射，从而实现Drivers驱动程序收发的数据与IEC逻辑任务进行交互。

上述的开发平台架构，其中，所述PC机平台包括：

协议表生成模块，根据变量形式通过预设的变量层次结构表获得所述EXCEL协议表；

CSDEV模块，根据所述EXCEL协议表生成多层的树形数据结构，根据所述树形数据结构生成所述设备描述文件、所述设变量映射文件、所述IOController驱动程序和所述Drivers驱动程序。

上述的开发平台架构，其中，所述目标机平台包括：

驱动模块，接收所述PC机平台输出的所述Drivers驱动程序；

IO控制模块，接收所述PC机平台输出的所述IOController驱动程序并通过所述IOController驱动程序构建共享内存，通过所述共享内存形成所述映射通道以完成变量映射，所述驱动模块收发的数据与所述IEC逻辑任务进行交互。

上述的开发平台架构，其中，所述IOController驱动程序建立所述共享内存后，所述共享内存与所述IEC逻辑任务的codesys IEC变量及所述Drivers驱动程序进行关联，以使所述codesysIEC变量与所述Drivers驱动程序进行交互。

上述的开发平台架构，其中，所述树形数据结构包括Excel协议表层，所述CSDEV模块构建IMPORT_VAR节点并挂在到PLC节点下，将对应所述Excel协议表层的连接节点并挂在到所述IMPORT_VAR节点下，形成所述设备描述文件。

上述的开发平台架构，其中，所述树形数据结构至少包括变量种类层、变量层次层及变量层，所述CSDEV模块将所述变量种类层与所述变量层次层进行合并后形成文件夹节点，将所述变量层对应的挂在到所述文件夹节点后形成所述变量映射文件。

上述的开发平台架构，其中，所述变量映射文件对应所述Excel协议表层。

上述的开发平台架构，其中，所述IOController驱动程序运行时，通过每个变量的IoConnectorMap和IoChannelMap属性确定一个所述codesysIEC变量，将所述codesysIEC变量的指针指向所述共享内存偏移区域，其中，所述IoConnectorMap与所述IoChannelMap对应所述树形数据结构。

上述的开发平台架构，其中，所述Drivers驱动程序中的每个IO变量会获取变量层次信息、变量属性信息以及每个变量在所述共享内存中的偏移区域，所述Drivers驱动程序将每个IO变量与所述共享内存的偏移区域。

上述的开发平台架构，其中，所述目标机平台调用ReadInput函数读取IO输入变量后，执行所述IEC逻辑任务，每个所述IEC逻辑任务运行结束后，会调用writeOutput发送IO输出变量。

综上所述，本发明相对于现有技术其功效在于：本发明设计了CODESYS完整的平台架构，首先定义了变量格式，旨在任何项目的协议，都可以使用此变量格式。同时在此基础上，设计了变量导入和IO映射的方法，解决上述变量导入和IO通信问题，方便逻辑开发人员进行大型项目开发。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的开发平台架构的结构示意图；

图2为树形数据结构的结构示意图；

图3为变量节点连接图；

图4为IO映射结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、“S1”、“S2”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

请参照图1，图1为本发明的开发平台架构的结构示意图。如图1所示，本发明的开发平台架构，包括：PC机平台11及目标机平台12，PC机平台11用于根据变量形式制定EXCEL协议表，再根据所述EXCEL协议表生成设备描述文件、变量映射文件、IOController驱动程序和Drivers驱动程序，CODESYS软件根据所述设备描述文件及所述变量映射文件生成协议IO变量，以供逻辑开发人员进行IEC逻辑开发；目标机平台12用于根据所述IOController驱动程序建立IEC逻辑任务与Drivers驱动程序之间的映射通道以完成变量映射，从而实现Drivers驱动程序收发的数据与IEC逻辑任务进行交互。

具体地说，在PC机平台11端，CODESYS平台定义了变量形式，根据变量形式，制定EXCEL协议表。根据EXCEL协议表，生成设备描述文件及变量映射文件，然后将两个文件导入到CODESYS软件中，生成协议变量，以供逻辑开发人员使用。逻辑开发完成后，采用Lua脚本技术，可以一键生成IOController和Drivers驱动程序。在目标机平台12端，IOController建立共享内存，形成codesys runtime与IO驱动之间的桥梁，完成变量映射。这样，IODrivers收发的数据就与codesys逻辑变量实现了交互。

进一步地，所述PC机平台11包括：

协议表生成模块111，根据变量形式通过预设的变量层次结构表获得所述EXCEL协议表。

具体地说，codesys平台最核心思想的是数据平台化，这里只定义一种变量，其他的变量所属协议、端口、偏移都以变量属性的形式存在，这样任何项目的变量，都可以被表示，变量层次结构定义详见下表1：

表1变量层次结构表

通过上述变量定义，可以制定EXCEL通信协议，不同的协议变量可以存放在不同的EXCEL协议表中。

CSDEV模块112，根据所述EXCEL协议表生成多层的树形数据结构，根据所述树形数据结构生成所述设备描述文件、所述设变量映射文件、所述IOController驱动程序和所述Drivers驱动程序，其中所述树形数据结构包括Excel协议表层，所述CSDEV模块构建IMPORT_VAR节点并挂在到PLC节点下，将对应所述Excel协议表层的连接节点并挂在到所述IMPORT_VAR节点下，形成所述设备描述文件。

其中，所述树形数据结构至少包括变量种类层、变量层次层及变量层，所述CSDEV模块将所述变量种类层与所述变量层次层进行合并后形成文件夹节点，将所述变量层对应的挂在到所述文件夹节点后形成所述变量映射文件

具体地说，CSDEV模块112读取EXCEL协议表，生成四层的树形数据结构。分别为变量根节点、Excel协议表层、种类+层次1+...+层次n层、变量层，详见图2。

在变量导入的过程中，需要生成两个XML文件：设备描述文件及变量映射文件。设备描述文件的作用是给各个IO变量分配IO通道，但是无IO通道与IO协议变量映射的关系，需要逻辑开发人员手动映射。在大型项目中，IO变量非常多，所以需要实现自动映射。这就需要用到变量映射文件，此文件可以自动将IO变量与IO通道进行关联，最后将这两个文件导入到CODESYS软件中，就实现了IO变量导入，以供逻辑开发人员使用。

变量导入需要用到三个概念，Connector(连接节点)、HostParameterSet(文件夹)、Channel(变量)。对应到图2变量层次数据结构，Connector对应Excel，HostParameterSet对应Typen+level1+...+leveln,Channel对应Var n。变量节点连接示意图详见图3。

1)生成设备描述文件，设备描述文件为图3中的左半部分结构

每个connector都会有一个父节点指针，以及多个子节点指针。图3中，PLC节点是codesys工程的根节点,此节点作为父节点的表示为：

<ConnectormoduleType＝"256",interface＝"Common.PCI",role＝"parent">

IO_Var节点作为子节点表示如下，由于interface与PLC节点的interface内容一致，角色为child，所以IO_Var节点可以挂在到PLC节点下。

IO_Var节点作为父节点表示如下：

<ConnectormoduleType＝"40100"interface＝"Interface"role＝"parent">

Excel1_name节点作为子节点的表示如下，由于interface与IO_Var节点的interface内容一致，角色为child，所以Excel1_name节点可以挂在到IO_Var节点下。

通过上述连接关系，可以形成connctor之间的连接关系，组织成connctor树形结构，形成设备描述文件。

2)生成变量映射文件，变量映射文件为图3中的右半部分结构

变量映射文件用于将IO通道与具体的协议变量关联。在设备描述文件的框架基础上，增加变量描述部分，主要格式如下：

所述变量映射文件对应所述Excel协议表层，上述文件中，ParameterSection用于构造文件夹名称，对应图3中的HostParameterSet部分。Parameter是构造变量信息，对应图3中的Channel部分。Mapping是变量和通道进行映射，Value是变量默认值，Attributes是变量输入、输出属性，Description是变量描述，Type是变量类型，ParameterId是此变量在EXCEL表中的索引。这些信息是在CSDEV模块读取EXCEL协议表时获取的，与表1变量层次结构表是对应的。

再进一步地，所述目标机平台12包括：

驱动模块121，接收所述PC机平台输出的所述Drivers驱动程序；

IO控制模块122，接收所述PC机平台输出的所述IOController驱动程序并通过所述IOController驱动程序构建共享内存，通过所述共享内存形成所述映射通道以完成变量映射，所述驱动模块收发的数据与所述IEC逻辑任务进行交互。

其中，所述IOController驱动程序建立所述共享内存后，所述共享内存与所述IEC逻辑任务的codesys IEC变量及所述Drivers驱动程序进行关联，以使所述codesysIEC变量与所述Drivers驱动程序进行交互。所述IOController驱动程序运行时，通过每个变量的IoConnectorMap和IoChannelMap属性确定一个所述codesysIEC变量，将所述codesysIEC变量的指针指向所述共享内存偏移区域，其中，所述IoConnectorMap与所述IoChannelMap对应所述树形数据结构。所述Drivers驱动程序中的每个IO变量会获取变量层次信息、变量属性信息以及每个变量在所述共享内存中的偏移区域，所述Drivers驱动程序将每个IO变量与所述共享内存的偏移区域。所述目标机平台调用ReadInput函数读取IO输入变量后，执行所述IEC逻辑任务，每个所述IEC逻辑任务运行结束后，会调用writeOutput发送IO输出变量。

具体地说，IO通信的整体结构如图1 CODESYS平台架构中的目标机部分，IOController程序建立共享内存，并形成codesys IEC变量与共享内存的关联。IO Driver在生成过程中，也会与共享内存形成关联。以共享内存为桥梁，codesysIEC变量会与IODriver进行交互，实现IEC变量的收发，从而完成IO通信功能。下面将分别从IO映射、IEC任务执行和IO Driver执行三个部分讲解IO通信的实现。

1)IO映射

IoConnectorMap对应图2变量层次数据结构中的EXCEL，IoChannelMap对应图2变量层次数据结构中的Var。

在CSDEV软件读取EXCEL协议表过程中，会记住每个变量所属EXCEL的编号i(从1开始)，每个变量在EXCEL中的编号j(从1开始)，以及每个变量在读取所有协议表协议变量中的编号k。k的编号，就是该变量在共享内存中的偏移。

i的排序规则为：从1开始，每读取一个EXCEL，加1。

j的排序规则为：从1开始，每读取一个变量，加1，读取一个新的EXCEL时，从1重新开始累加。

k的排序规则为：从1开始，每读取一个变量，加1，读取一个新的EXCEL时，继续累加1。

IEC变量与共享内存映射：

IOController运行时，通过每个变量的IoConnectorMap和IoChannelMap属性，就能唯一确定一个IEC变量，然后将此IEC变量的dwDriverSpecific指针指向共享内存偏移k区域，这样IEC变量就与共享内存完成了映射。

IO Driver与共享内存映射：

IO Driver程序中，每个IO变量会获取变量层次信息、变量属性信息以及每个变量在共享内存中的偏移k。IO Driver将每个IO变量与共享内存偏移位置k关联，这样IODriver就与共享内存完成了映射。

2)IEC任务执行

Codesys runtime运行IEC任务时，按照task0到taskn设置的顺序进行执行，在每个IEC任务运行前，会调用ReadInput函数，读取IO输入变量。然后执行IEC逻辑任务，每个IEC任务运行结束后，会调用writeOutput发送IO输出变量(IEC任务执行期间，不再进行IO操作)。每个变量的管理按照Task、Connector和Channel进行组织的，详见图4中Codesysruntime部分。

读取IO输入变量的执行操作为：将每个IEC变量的dwDriverSpecific指针指向区域内存区域，以4个字节变量大小，复制到IEC变量，以供IEC逻辑执行使用。

发送IO输出变量的执行操作为：将每个IEC变量的数值，以4个字节变量大小，dwDriverSpecific指针指向区域内存区域。

3)IO Driver执行

IO Driver可以是开发的任何IO驱动，如MVB、CAN、MODBUS等等，也可以是不同IO驱动的组合，且IO Driver的执行周期满足用户项目需求即可。IO Driver按照设定的执行周期进行IO变量读取和IO变量的发送，实现控制器与其他设备IO通信。

IO变量在IO驱动协议中，会属于IO协议的某个端口的某个字偏移，位偏移。这些数值配置信息会在表1变量层次结构表中定义。以MVB通信为例，接收变量的端口号为0x201，字偏移为0，位偏移为0，类型为BYTE。那么变量层次个数为1，层次1为mvb端口，0x201。变量属性个数为2，属性1为字偏移0，属性2为位偏移0，变量类型为BYTE。

读取IO输入变量的执行操作为：调用IO驱动，从指定端口、偏移接收IO变量数值。将IO变量数值以变量类型大小，复制到共享内存指定偏移的内存位置。

发送IO输出变量的执行操作为：取共享内存指定偏移的内存位置，以变量类型大小，调用IO驱动，发送指定端口、偏移的总线位置上。

综上所述，本发明设计了CODESYS完整的平台架构，首先定义了变量格式，旨在任何项目的协议，都可以使用此变量格式。同时在此基础上，设计了变量导入和IO映射的方法，解决上述变量导入和IO通信问题，方便逻辑开发人员进行大型项目开发。在实际中，本平台架构已成功应用于标动250、LCU项目。通过这种设计，给逻辑开发人员带来了极大便利；同时，也给底层驱动开发人员带来了极大便利。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种基于CODESYS软件的开发平台架构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的开发平台架构，其特征在于，所述PC机平台包括：

3.如权利要求2所述的开发平台架构，其特征在于，所述目标机平台包括：

驱动模块，接收所述PC机平台输出的所述Drivers驱动程序；

4.如权利要求3所述的开发平台架构，其特征在于，所述IOController驱动程序建立所述共享内存后，所述共享内存与所述IEC逻辑任务的codesys IEC变量及所述Drivers驱动程序进行关联，以使所述codesysIEC变量与所述Drivers驱动程序进行交互。

5.如权利要求4所述的开发平台架构，其特征在于，所述树形数据结构包括Excel协议表层，所述CSDEV模块构建IMPORT_VAR节点并挂在到PLC节点下，将对应所述Excel协议表层的连接节点并挂在到所述IMPORT_VAR节点下，形成所述设备描述文件。

6.如权利要求5所述的开发平台架构，其特征在于，所述树形数据结构至少包括变量种类层、变量层次层及变量层，所述CSDEV模块将所述变量种类层与所述变量层次层进行合并后形成文件夹节点，将所述变量层对应的挂在到所述文件夹节点后形成所述变量映射文件。

7.如权利要求6所述的开发平台架构，其特征在于，所述变量映射文件对应所述Excel协议表层。

8.如权利要求4所述的开发平台架构，其特征在于，所述IOController驱动程序运行时，通过每个变量的IoConnectorMap和IoChannelMap属性确定一个所述codesysIEC变量，将所述codesysIEC变量的指针指向所述共享内存偏移区域，其中，所述IoConnectorMap与所述IoChannelMap对应所述树形数据结构。

9.如权利要求4所述的开发平台架构，其特征在于，所述Drivers驱动程序中的每个IO变量会获取变量层次信息、变量属性信息以及每个变量在所述共享内存中的偏移区域，所述Drivers驱动程序将每个IO变量与所述共享内存的偏移区域。

10.如权利要求4所述的开发平台架构，其特征在于，所述目标机平台调用ReadInput函数读取IO输入变量后，执行所述IEC逻辑任务，每个所述IEC逻辑任务运行结束后，会调用writeOutput发送IO输出变量。