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CODESYS：工业自动化的开放平台

CoDeSys 是什么？​

CoDeSys（Controller Development System）是一款基于开放标准的工业自动化编程系统，广泛应用于 PLC（可编程逻辑控制器）、运动控制器等设备的开发。其核心由集成开发环境（IDE）和运行时环境（RTE）组成，前者用于编写和调试程序，后者部署在硬件中执行控制任务。CoDeSys 因其开放性和灵活性，被称为“PLC界的安卓系统”，全球近 400 家厂商（如 ABB、施耐德、倍福等）采用其内核开发控制器。

核心功能与优势​

1️⃣ 多语言支持与标准化​

CoDeSys 完全兼容 IEC 61131-3 国际标准，支持多种编程语言：

  • 图形化语言：梯形图（LD）、功能块图（FBD）、顺序功能图（SFC）。
  • 文本化语言：结构化文本（ST）、指令表（IL）。

这一特性让工程师可根据项目需求选择最合适的编程方式，例如用 ST 实现复杂算法，用 LD 简化逻辑控制。

2️⃣ 跨平台与开放性​

  • 跨硬件兼容：CoDeSys 可运行于树莓派、工业 PC 甚至嵌入式设备，仅需安装对应的 RTE 即可将普通硬件变为 PLC。
  • 跨操作系统：支持 Windows、Linux 及实时操作系统（如通过 RTE 改造的 Windows 实时内核），确保微秒级确定性响应。

3️⃣ 模块化与扩展性​

  • 功能块（FB）封装：允许将常用功能（如轴初始化、通信协议）封装为可复用的模块，显著提升代码复用率。例如，轴控制功能块（如 MC_Power、MC_Home）可快速构建运动控制系统。
  • 插件机制：支持第三方库和自定义插件，满足特定行业需求（如 CNC 加工、机器人控制）。

4️⃣ 强大的调试与仿真工具​

  • 在线调试：支持断点设置、变量监视、单步执行等功能，实时定位程序错误。
  • 仿真模式：无需硬件即可模拟 PLC 运行环境，降低学习与开发成本。

CoDeSys 的缺点​

前面介绍了 CoDeSys 的优点，作为一个开放平台确实为用户开发控制器带来了便利，省去了从零开始的麻烦。但同时它也是一个闭源的商业平台，存在一些不可忽视的问题，这些问题可能会使用户越来越依靠 CoDeSys 平台，使自家开发的控制器产品高度绑定 CoDeSys。

1️⃣ 底层算法不公开​

CoDeSys 集成的运动控制组件、总线协议栈都是封装好的，用户无法了解其内部细节，也无法针对自己的具体需求进行定制优化，只能简单地调用。用户只能依附于 CoDeSys 平台，难以形成自己的核心技术。

2️⃣ 功能有限，难以扩展​

现在以机器视觉、人工智能、自动驾驶等为代表的新技术突飞猛进，而工业控制上的很多技术仍然停留在二三十年前。以移动机器人中的导航场景为例，基于视觉或者激光的导航方法需要采集大量的数据并对其进行处理，其中涉及相当多的矩阵计算。而现在 PLC 只能进行落后的一维数字计算，难以实现复杂的算法。

与人工智能圈子喜欢开源的风格正好相反，工业控制圈子相互封闭，谁都不肯开放自家的函数库，开源函数库很少（OSCAT），就连基本的滤波算法、矩阵计算都要自己从头开始写。而且，国际标准提供的基本函数太过有限，完全无法适应新的场景，急需扩展。

3️⃣ 产品更新成本高​

由于完全依赖 CoDeSys，客户自己产品硬件的升级换代需要重新定制移植，导致成本增加。

典型应用场景​

CoDeSys 在工业自动化领域应用广泛，下面列举了几个常见的应用场景。

  • 运动控制：通过 EtherCAT 总线实现多轴同步控制，支持机器人、CNC 机床等高精度设备。
  • 生产线自动化：协调机械臂、传送带、传感器的协同工作，优化生产流程。
  • 楼宇与能源管理：集成照明、空调、安防系统，实现节能与智能化控制。
  • 物联网（IoT）：通过 OPC UA、MQTT 等协议连接云平台，实现远程监控与数据分析。

学习和开发资源​

  • 官方文档与社区：CoDeSys 官网（中文官网）提供技术手册，开发者社区分享实战案例与插件。
  • 仿真环境：新手可通过仿真模式快速上手，无需购买硬件。
  • 培训课程：许多机构开设 CoDeSys 专项课程，涵盖从基础语法到运动控制的高级应用。