In einer Tasche

Programmierung und Visualisierung im IEC61131-3 System Codesys - Teil 2
Im SPS-Magazin 11/2013 hat Dieter Hess von 3S-Smart Software Solutions Hintergründe und Bedeutung der Codesys-Visualisierung skizziert. Im vorliegenden Artikel werden technische Eigenschaften des Systems erläutert.

Die Integration eines modernen Visualisierungseditors im SPS-Programmiersystem Codesys bietet zahlreiche Vorteile. Der SPS-Programmierer wird dadurch in die Lage versetzt, neben der Entwicklung der Steuerungsapplikation einfache Bedienoberflächen zu erzeugen. Mithilfe dieser Visualisierungen kann er dann direkt im Codesys-Development-System bereits während der Entwicklung Abhängigkeiten und Reaktionen seines Applikationsprogramms grafisch darstellen und damit schneller erfassen. Zudem kann die Visualisierung dabei helfen, Entwicklung und Applikationstests zu vereinfachen. Was am Büroarbeitsplatz bereits hilfreich ist, wird bei der Inbetriebnahme an der Maschine doppelt wertvoll: entsprechend aufbereitete Bildschirmmasken lassen Servicetechniker oder Inbetriebnahme-Ingenieure den Quellcode oder Variablenwerte im Online-Betrieb leichter überblicken. Die Eigenschaften der Maschine oder Anlage können in einer einzigen Oberfläche vor Ort geprüft und mit dem Programmiersystem optimiert werden. Diese Möglichkeit wird von sehr vielen Anwendern genutzt. Die Ablage von Visualisierungsobjekten und IEC61131-3-Programmbausteinen kann dabei gemeinsam im Versionsverwaltungssystem Subversion erfolgen. Somit haben mehrere Anwender Zugriff zum gleichen Projekt, ohne sich in die Quere zu kommen. Darüber hinaus ist es möglich, Visualisierungsobjekte in Programmbibliotheken zu hinterlegen, z.B. um Funktionscode mit zugehörigen Visualisierungen bedienen zu können. Der Anwender definiert dann den Zugriff von Visualisierungselementen auf Programmvariablen dynamisch über einen Schnittstellen-Editor. Somit steht ein und dieselbe Visualisierung z.B. für unterschiedliche FB-Instanzen zur Mehrfachverwendung im Projekt bereit. Python-Skripte, die innerhalb von Codesys zur Automatisierung von wiederkehrenden Aufgaben ausgeführt werden können, stehen natürlich ebenso zur Verwendung für die Visualisierung bereit, z.B. um Visualisierungsobjekte zu importieren oder sogar automatisiert zu erzeugen. Dabei beschränkt sich der Funktionsumfang des Visualisierungssystems nicht auf die einfache Darstellung von Variablenwerten. So stehen in der Oberfläche Visualisierungselemente unterschiedlicher Komplexität zur Verfügung, die mit wenigen Mausklicks mit Variablen verbunden werden können. Zusätzlich können Bitmaps und Vektorgrafiken im SVG-Format eingebunden, miteinander kombiniert und animiert werden. Wie in anderen abgesetzten Systemen verfügt die Codesys-Visualisierung über eine eigenständige Benutzerverwaltung für die Bedienmasken und -elemente, kann Trend-Informationen von Variablen darstellen und aufzeichnen sowie verschiedene Sprachinformationen hinterlegen. Auch Alarme können in einem ausgereiften Konzept aus den Daten der Steuerung konfiguriert, angezeigt und verwaltet werden. Aufgrund der Offenheit des IEC61131-3- Programmiersystems für die Anbindung an andere Systeme, z.B. durch den mitgelieferten OPC-Server oder eine schlanke Schnittstelle für die Anbindung von 3rd-Party-Systemen, bleiben Anwender und Gerätehersteller jedoch jederzeit frei in ihrer Entscheidung für die eingesetzte Visualisierung.

Steuerung und Bediengerät verschmelzen

Der nächste Schritt ist logisch: Wenn bereits Visualisierungen existieren, können diese nach einer optischen Aufbereitung zur Maschinenbedienung weiterverwendet werden. Dafür bietet Codesys die klassische Darstellungsvariante für Industrie-PCs. Das heißt, die erstellten Visualisierungen können in einer eigenständigen Darstellungsvariante unter MS Windows oder anderen Betriebssystemen wie z.B. Linux oder VxWorks verwendet werden. Natürlich kann der Anwender frei entscheiden, ob er den IPC zusätzlich mit einer SoftSPS ausstattet oder für andere Aufgaben einsetzt. Aber dabei hört der Integrationsgrad des Systems nicht auf: Mit der TargetVisu steht Geräteherstellern eine Darstellungsvariante direkt auf deren Steuerung zur Verfügung. Voraussetzung dafür ist ein eingebautes oder angeschlossenes Display auf der Steuerung sowie eine Erweiterung des Control Laufzeitsystems auf dem Gerät. Zahlreiche Anbieter haben den Funktionsumfang ihrer Produkte durch die TargetVisu bereits ausgebaut: Aus reinen Bedienpanels oder Kompaktsteuerungen mit Display werden damit Panelsteuerungen. Diese Kombination ist ideal für maschinennahe Bedienstrukturen – sowohl die Projektierung der Steuerung und der Visualisierung, als auch deren Abarbeitung erfolgt auf dem jeweils gleichen System. Welche Schritte sind erforderlich, um ein Gerät mit der TargetVisu auszustatten? Zunächst einmal muss der Gerätehersteller das Control Laufzeitsystem auf seinem Gerät implementieren. Dazu erhält er im Rahmen eines Runtime Toolkits (SDK) die erforderlichen Quell- und Objektdateien sowie ein Integrationshandbuch, und kann das Laufzeitsystem dann mit Hilfe eines Projektingenieurs von 3S-Smart Software Solutions an seine Hardware anpassen. Entscheidet er sich für die Funktionalität der TargetVisu, so muss er zusätzliche Komponenten in das Laufzeitsystem einbinden und für sein Display konfigurieren. Diese Komponenten werden ihm als Produkterweiterung zur Verfügung gestellt. Für die vielen Systeme mit verfügbaren Standard-Grafikbibliotheken wie z.B. Windows API oder Qt ist damit die Arbeit erledigt, weil dafür entsprechende Treiber zur Verfügung stehen. Die Ausführung der Grafikbefehle übernehmen diese Bibliotheken, im Fall von Qt z.B. durch Methoden wie drawImage, drawRect, rotate etc., die von Klassen wie QPainter oder QImage zur Verfügung gestellt werden. Die zusätzlichen Laufzeitsystem-Komponenten kümmern sich dann um die korrekte Darstellung auf diesen Grafiksystemen. Für sehr kleine Geräte oder solche mit speziellen Anzeigesystemen werden im Rahmen des SDKs weitere Lösungen angeboten, z.B. durch Schreiben der Grafikinformationen in einen Framebuffer, der dann letztlich auf das Display geschrieben wird. Dem Gerätehersteller steht ein breites Spektrum an Möglichkeiten offen – somit reicht die Skalierbarkeit der Darstellungsvarianten für die Codesys-Visualisierung von Kleinst-Geräten mit Zeilendisplay bis hin zu klassischen HMI-Geräten.

Fernwartung und Tablet-Bedienung

Viele Produkte außerhalb der Automatisierungstechnik bieten Web-Schnittstellen zur Konfiguration, Diagnose oder Bedienung an, z.B. PC-Drucker oder andere Geräte des täglichen Gebrauchs. Es liegt nah, für die Fernwartung und Ferndiagnose bis hin zur Fernbedienung in der Automatisierungstechnik ebenfalls Webtechnologien einzusetzen. Im Fall der Codesys WebVisu ist dabei der zusätzliche Ressourcen-Bedarf auf der Steuerung überschaubar: lediglich ein schlanker Webserver sowie Komponenten zur Aufbereitung der grafischen Information für den Webbrowser müssen zusätzlich implementiert werden, beide liegen als Produktkomponenten vor. Einmal vom Gerätehersteller auf der Steuerung implementiert, können die im Development System erstellten Bedienoberflächen auf das Gerät geladen und von dort aus per http ausgelesen werden. Die Darstellung der Visualisierungen erfolgt mittels HTLML5 und JavaScript auf allen üblichen Webbrowsern. Das hat den Vorteil, dass sie auf allen modernen Browsern identisch dargestellt werden, gleichgültig ob auf PCs, Webpanels, Smartphones oder Tablets. Hierbei werden auch die Betriebssysteme für Mobilgeräte unterstützt, wie iOS und Android. So kann z.B. ein Servicetechniker sich rund um eine größere Maschine bewegen und sie mit einem Tablet-Computer für Diagnosezwecke bedienen. Vorausgesetzt: die Zentralsteuerung ist mit WebVisu ausgestattet und per WLAN mit dem Tablet verknüpft. Für SmartHome- bzw. Building-Automation-Anwendungen drängt sich diese Lösung geradezu auf: Wird ein Gebäude per Steuerung automatisiert, so kann der Anwender, Besitzer oder Facility Manager, per Internet über den Webbrowser auf sämtliche von der Steuerung erfassten Sensoren und Aktoren im Gebäude zugreifen und sie kontrollieren, wie z.B. Licht, Temperatur, Heizung, Verschattung etc. In allen Anwendungsfällen müssen jedoch die Forderungen der IT-Sicherheit, wie z.B. Firewall, VPN-Nutzung, unbedingt berücksichtigt werden, sonst stehen Gebäude oder die Maschine bzw. Anlage für den unautorisierten Zugriff offen.

Neue Architektur

Der große Vorteil der Codesys-Visualisierung ist die einheitliche Darstellung der erzeugten Bedienoberflächen auf allen Plattformen von einer einzigen Quelle. Das heißt, einmal erstellte Bedienoberflächen können für die Applikationsentwicklung und Inbetriebnahme direkt im Development System angezeigt und verwendet werden. Durch Verwendung eines geeigneten Zielgeräts, sprich einer geeigneten Panelsteuerung und deren Konfiguration, wird dieselbe Visualisierung auf dem Gerät angezeigt. Verfügt dieses Gerät außerdem über die Option WebVisu, so kann die gleiche Visualisierung wiederum auf einem Webbrowser im Netzwerk der Steuerung angezeigt werden. Dazu müssen keine neuen Oberflächen entwickelt und an die Steuerungsapplikation angebunden werden. Dafür wurde die interne Struktur der Visualisierung mit der Einführung von Codesys V3 generell überarbeitet. So wird die Funktionalität aller Visualisierungselemente in IEC61131-3-Code umgesetzt. Das heißt: Alle Visualisierungselemente werden direkt in Codesys entwickelt, z.B. in der Programmiersprache ST. Und die Entwicklung spezifischer Elemente ist jetzt für Gerätehersteller und Anwender auf Basis eines Software Developer Kits möglich. Letztendlich kann man damit Codesys mit Codesys erweitern. Bei der Verwendung übersetzt Codesys mit den integrierten Compilern den entsprechenden Code zusammen mit der SPS-Applikation und führt ihn auf der Steuerung aus. Alle Zielgeräte verarbeiten die Visualisierung einheitlich – unabhängig von der Plattform.

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CODESYS GmbH
http://www.codesys.com

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