树莓派打造成小型PLC工控机(CodeSys+OpenPLC)

出于学习PLC编程或者实现一个控制系统的目的，并不仅仅满足于单纯的PLC模拟器仿真调试，有时候我们需要一台基于硬件平台的PLC工控机进行快速的项目开发。本文中笔者将会介绍如何把树莓派打造成小型的PLC。我们将分别尝试安装两种不同的软PLC运行时，一个是CoDeSys，另一个是OpenPLC。两者都支持基于IEC61131-3标准IL 、ST、 FBD 、LD、 CFC、 SFC 六种PLC编程语言进行开发。（树莓派因为缺乏认证测试不能完全替代专业的PLC控制器用于商业用途的应用开发，建议仅用于学习和评估测试）

PLC的全称是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），是一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器，在工业控制领域得到广泛的运用。在这里以西门子的PCS7流程控制系统为例，一套PLC系统包括一个PLC控制器S7-400，通过Profinet总线连接分布式普通输入输出系统SIMATIC ET 200SP，和安全输入输出系统SIMATIC ET 200M和一个触摸屏实现人机控制。

只是出于PLC编程学习和简单应用的目的话，我们其实可以省去这些价格不菲的设备和开发软件的许可证费用，转向一些开源的软PLC平台。软PLC是一种软件技术，旨在把嵌入式计算机变成一个功能齐全的可编程逻辑控制器。我们在一个嵌入式平台上安装好PLC运行时（Runtime）后便可以实现软PLC。下面将介绍我们要安装的软PLC平台。

关于PLC的任务调度介绍可以参考

CODESYS 软件工具包是一款基于先进的.NET 架构和 IEC 61131- 3 国际编程标准的、 面向工业 4.0及物联网应用的软件开发平台。在CODESYS 软件平台下可以实现：逻辑控制（ PLC）、运动控制 （ Motion Control） 及 CNC 控制、人机界面（ HMI）、基于 Web Service 的网络可视化编程和远程 监控、冗余控制(Redundancy)和安全控制（ Safety）。软件平台的架构图如下

CodeSys的开发软件本体是免费的，只是一些额外的附加包需要收费（暂时我们也不需要）。

在树莓派上安装好CodeSys运行时后，如果没有购买许可证的话可以有两小时的运行时间不受功能限制，运行时间到了之后每次重启树莓派可以继续有两小时的运行时间。

其中树莓派CodeSys单核许可证的话价格在650元

树莓派CodeSys多核许可证的价格在1000元

单核许可证和多核许可证的区别在于软PLC对于树莓派的核心的利用情况不同，并且单核许可证只能用于学习研究目的无法使用到商业项目中，而多核许可证允许利用于商业项目。一般来说，我们无需额外购买许可证便可食用，每次两小时的运行时间到了之后用sudo reboot命令重启树莓派即可。当然如果要用于生产力环境需要持续运行下去，可以根据具体的需求考虑购买相应的许可证。

OpenPLC是一个完全免费，开源的软PLC平台，项目托管在Github上

一个简单的介绍视频如下

我们首先需要有一个树莓派，树莓派3，树莓派4，树莓派Zero 2代都可以并开启了SSH服务。

在CodeSys官网注册一个账号并下载和安装CodeSys开发平台。在菜单的工具列表中选择Update Rasberry Pi。

在弹出的对话框中，填写树莓派的SSH连接的用户名和密码以及IP地址，然后点击Install安装便会自动安装CodeSys运行时。安装过程中会询问许可证的类型，在这里我们选择标准单核即可。（可以有两小时的无限制运行时间）

安装完成之后，我们在codesys新建一个项目

在设备中选择CodeSys Control for Raspberry Pi SL。

在项目工程的GPIOs_A_B中可以对树莓派的输入输出口进行映射。

树莓派的接口图如下

同时在CodeSys的通信设置中我们可以发现树莓派。如下图所示，选择登入图标便可下载程序。

选择运行图标便会运行PLC程序，并实时显示当前的运行状态。

在树莓派的终端输入

在漫长的编译安装过程结束后便可以sudo reboot重启树莓派。

重启之后再浏览器输入树莓派的 IP地址：8080 进入OpenPLC的网页端，默认的用户名和密码都是openplc。建议登入OpenPLC后第一件事是修改用户名和密码。

接着在Hardware这个选项中选择Raspberry Pi这个硬件层并保存设置。开启这个设置会启用树莓派的输入输出口。

树莓派的输入输出口在OpenPLC的的映射接口图如下

OpenPLC的开发平台OpenPLC Editor可以在这个网页下载

点击上图所示生成按钮便会编译生成 .st OpenPLC格式文件，如下图所示

在树莓派的OpenPLC网页端Programs上传这个文件

最后点击启动PLC，程序便运行起来。同时可以在Monitoring中实时观察变量的值。