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2010年第7期(总第95期)
E-mail:[email protected]
CANopen与CoDeSys在模块化生产加工系统
改造中的应用*
孙树文1 郑 刚1 李 屹1 李大寨2
1.北京工业大学 北京 100124 2.北京航空航天大学 北京 100083
摘 要：本文在介绍了模块化生产加工系统（MPS）结构和功能的基础上，着重阐述了应用CANopen总线与组态及软PLC软件
CoDeSys改造MPS控制系统的方法，监控计算机（PC）运行CoDeSys软件作为主站通过PC适配卡与MPS各工作单元的I/O从站进
行通信，构成基于PC与软PLC分布式控制网络；通过组态软件创建动态监控界面，实现对MPS工作过程的实时监控。
关键词：CANopen；CoDeSys；软PLC；模块化生产加工系统
收稿日期：2009-11-13
作者简介：孙树文，高级工程师。
*本文系北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室开放
基金项目。
随着计算机软硬件技术以及集成电路技术的迅速
发展，工业控制系统已成为自动化及计算机技术应用
领域中 具活力的一个分支，并取得了巨大进步。基
于PC机的自动化系统解决方案的数量增长很快。这种
基于PC的控制方案，是充分利用当今PC机的软硬件技
术和网络技术的发展成果，并以现场总线为基础的系
统控制方式，利用PC机既能直接代替PLC、NC/CNC等
控制设备，同时又能完成可视化人机操作界面、过程
图形显示、数据库、通信、联网等功能，这无疑是对
传统的控制系统提出了新的挑战。为了紧跟这一先进
技术，在充分利用现有资源的前提下，对实验室原有
的模块化生产加工系统（MPS）进行了改造，选用德
国3S公司的CoDeSys软件作为软PLC和组态软件，利用
自行设计制作的CANopen I/O从站，构成了基于PC与
软PLC及现场总线的分布式控制系统，实现对MPS的自
动控制与工作过程的实时监控。
一、MPS的功能与构成
MPS（Modular Productions System）是德国
FESTO公司结合现代工业企业特点开发研制的模拟自
动化生产加工单元。它采用模块化结构，将气动技
术、电气电子、传感器技术、装配技术、机械技术综
合于一体。选取不同的单元可以组成自己的模拟生产
加工系统， 大可以构成具有9个单元的MPS系统。我
们选取了由供料单元、检测单元、加工单元、提取单
元和分拣单元组成的MPS系统（如图1所示）。整个系
统基本涵盖了加工和检测一个工件的全部过程，体现
了自动化生产线上物流、能量流和信息流的概念。其
过程为：送料单元从料仓中分离工件毛坯，并通过摆
动气缸将工件毛坯送到检测单元；检测单元确定待测
工件的材质特征和高度，剔除废品或将合格工件送到
加工单元；加工单元对工件进行加工，并检查工件的
加工尺寸；提取单元从加工单元移走工件，将合格品
送到分拣单元或将不合格品送至废品滑道；分拣单元
按工件的特征属性对工件进行分类。
图1 模块化生产加工系统构成
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二、MPS控制系统的构成
M P S的控制系统采用主—从式的分布式现场总线
网络结构,计算机运行CoDeSy s软件作为主站，通过
PC-CAN适配卡与I/O从站相连，I/O从站连接MPS的各
个工作单元，构成基于PC的自动化监控系统。其系统
结构如图2所示。包括：监控计算机、PC-CAN总线适
配卡、I/O从站、CANopen总线网络。分布在现场的I/O
从站分别连接MPS的送料、检测、加工、提取和存储单
元，并通过CANopen通信接口与总线相连；监控计算
机运行软PLC软件和组态软并通过总线适配卡和连接
在CANopen总线网络上的各个单元的I/O从站之间进行
实时通信，从而实现整个模块化生产加工系统的分布
式控制和集中监管。
图2 MPS控制系统的总体结构
三、MPS监控系统的组态
调试与检验基于PC与软PLC的现场总线控制系统
前必须组建总线网络，并进行网络组态。组态是在德
国3S公司的CoDeSys软PLC软件上完成的，CoDeSys软
件符合IEC61131-3编程标准，支持多种编程语言，集
成了逻辑控制、运动控制和可视化于一体，只要在计
算机上安装了CoDeSys SP RTE实时程序组件，就可以
成为一台先进的高性能可编程控制器。
MPS的控制系统通过总线连接后，还需要在PC机
上对CoDeSys软PLC进行配置。配置工作包括安装系统
支持的PCAN—PCI卡的驱动（由3S提供），加载从站
设备的EDS文件，设置CAN相关通讯参数（如波特率，
本系统设置为125k/s），设置CANopen协议的相关参
数（如从站ID号、启动方式、心跳报文时间等）。如
图3所示，系统PLC配置界面会把挂接在网络上的主从
设备显示出来，CANopen I/O 从站设备的各个端口状
态一目了然。
图3 软PLC配置及组态界面
控制系统的PLC程序采用CoDeSys软件设计开发
而成。它支持6种编成语言，分别为：IL、LD、FBD、
SFC、ST、CFC。每种语言各具特色，适合于不同场
合，不同设计人员的需要，使用很方便。MPS的PLC控
制程序设计框架用SFC（顺序功能图）语言编程。顺
序状态转移图在CoDeSys中可以很方便地用SFC语言来
表示，SFC是基于图形化的语言，用它可以描述一个
程序中不同动作的先后顺序。因为这些动作分配给单
步元素，通过变迁元素来控制处理的顺序。至于每个
SFC工步中子程序的编写则采用ST（结构化文本）语
言。ST语言更贴近于C语言，便于上手。
四、MPS监控界面的实现
CoDeSys的可视化功能可为MPS各个传感器、执
行器创建可视化对象，从而实现计算机监控界面的设
计。将可视化对象与程序中的变量相关联，在程序中
变量值的变化可表现为可视化对象相应的动作。MPS
监控系统的界面如图4所示。
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图4 MPS的计算机监控界面
可视化程序编写的方法就是把实际传感器的状态
和执行器的动作与可视化对象一一对应起来。具体编
程中，可视化对象分为两种：
1.状态的可视化表示
比如供料单元的一个光电式传感器用于检测料
仓重时候有工件，当有工件的时候传感器输出为高电
平，无工件的时候为低电平。这样的可视化对象可创
建为一个指示灯，让其与光电式传感器的输入变量相
关联，当输入为0的时候（无工件），触发该指示灯
（可视化对象）由绿色变为红色。
2.过程的可视化表示
对于执行器的一个运动过程，比如摆动气缸的旋
转，推杆气缸的伸出等等，首先创建可视化对象，将
其移动参数与指定的变量相关联。这样执行器的运动
便可表示为可视化对象在屏幕上相应的运动。
五、结束语
本文将现场总线技术，计算机技术应用在一条
模块化加工生产线中，取代其原有的以PLC为核心的
控制方式。经过实际调试，实现了CANopen主站（PC
＋CoDeSys）与自行开发的CANopen从站之间的正常通
信，通过CoDeSys组态软件建立了MPS的监控界面、
编写了PLC控制程序，实现了系统运行状态的实时监
控，检验了整体控制方案的可行性；验证了整个系
统信息传递及控制的可靠性、准确性和实时性以及
CANopen I/O从站的实用型。该系统将PLC逻辑控制和
人机监控界面集成在一个开放式的PC平台上，实现基
于PC与现场总线的自动化控制系统。
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Application of winCC and winAC in reforming modular production system
Sun Shuwen1, Zheng Gang1, Li Yi1, Li Dazhai2
1.Beijing university of technology, Beijing,100124, China
2.Beihang university , Beijing ,100083, China
Abstract: This article introduces the structures and functions of the modular productions system (MPS). It
emphasis on how to the control system of MPS is reformed based on configuration software and softPLC (CoDeSys).
The SoftPLC is studied and realized on the platform of monitor host computer. Via CANopen field bus, the master
computer and CANopen I/O slave nodes can communicate with each other directly, like a distributed network. This
paper introduces configuration of HMI, steps of realizing monitoring and control production process.
Key words：CANopen;CoDeSys;softPLC;modular production system
