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CODESYS Raspberry Pi Runtime上にOPC-UAサーバを立てる

2022/05/21に公開
Raspberry Pi
#
codesys
tech

CODESYSとは？

CODESYSはソフトウェアPLCです。
基本は何かしらの一般的なOSやPLCの上でランタイムを載せて動かす構成のようです。
これが、OPC-UAサーバになり、さらにEtherCAT Masterの役目も果たすため都合が良いです。
今回はRaspberryPiランタイムを使用して、その上にCODESYSプログラムが実行できる環境を構築していくことにします。

日本代理店であるLINXさんのHPの絵がわかりやすいです。
異なるプラットフォーム上に様々な機能を載せられ、それを統合して開発できることが特徴のようです。

一般的なPCのOS上にもラインタイムを載せればCODESYSが実行できますし、独自プラットフォームへの組み込みも可能との説明書きがありました。

構成図

最終的に想定する構成は下図のようになります。

環境

  • Windows11
  • CODESYS CODESYS V3.5 SP17 Patch 2
  • CODESYS-Control-for-Raspberry-Pi 4.4.0.0
  • Raspberry Pi 4(Bullseye)

OPC-UAサーバ

Raspberry Pi上にOPC-UAサーバを構築します。

ちなみにRaspberry Piはこれを購入しました。
https://www.marutsu.co.jp/pc/i/2222998/
3の時、市販のACアダプタを使用した人が壊れたとか言ってたことがあったので、スターターキットにしました。
Type-Cは最初に双方コミュニケーションしていると思うので、あまり変なことにはならないとは思いますが念のため。
また、最近なかなか手に入らないのでマルツ、秋月、スイッチサイエンスあたりをネットストーキングするのがおススメです。Amazonはちょっと買う気がしないほどの価格になっています。
Twitterでたまに通知してくれる人いるので、その人フォローしておいても良いかもしれません。
(このかたとか→ https://twitter.com/sozoraemon)
それと、基板単体よりスターターキットやキーボード付き(というかキーボードが本体？)のRaspberryPi400のほうが在庫見つかるパターン多かったです。
Pi400はヒートシンクが優秀とか誰かが検証していた覚えがあったので、キーボードが強制されるのが嫌でなければそれでも良いと思うのですが、少し人気がないように見えます。

Raspberry Piのセットアップ

最低限のセットアップだけしていきます。

スターターキットの組み立て

最初、「え？箱開けても、説明書もなにも入ってないけど…」とか思いましたが、商品説明ページの一番下にリンクがありました。
https://www.okdo.com/getstarted/

一応手順通りの絵があるので、ほぼ迷わないはずですが、
途中、FANのピンアサインの項目でFANの赤と黒の電線をピンヘッダに差し込んでる絵がありますが、微妙に絵の差し込んでるピンがずれてて怖かったです。

👇こんな注意書きもあるけど、公式に書いてあるのは注意書き自体の字もずれてて最初のスペル読めないし…

せっかく手に入れられたのに壊したら嫌なので、データシート一応見ておきましょう。
https://datasheets.raspberrypi.com/rpi4/raspberry-pi-4-datasheet.pdf

Figure 3: GPIO Connector Pinout
2, 6pinはそれぞれ5V, GNDですので電線の色と整合はとれていそうですね。
ただのモータだったら、たとえ逆に配線しても逆に回るだけだと思いますがICなど載っている場合もあるので説明書に従って意図通りに配線していきます。

Raspberry Pi OSのインストール

最近は公式からSDカード書き込み用のツールが用意されています。
公式からOSを書き込むImagerをインストールしてきましょう。
https://www.raspberrypi.com/software/
特にディストリビューションを気にしないのであれば、2022/05現在ではBullseyeになるはずです。

こちらの記事が細かく手順を解説してくれているので、Raspberry Pi OSのデスクトップが見えるところまで進めてください。
https://sozorablog.com/raspberrypi_initial_setting/

固定IPの設定

毎回IP変わると面倒なので、Raspberry Pi側を固定にしておきましょう。
まずは、Raspberry PiのTerminalで以下のコマンドを実行してアダプタを確認しましょう。

IP関連確認コマンド
ifconfig

eth0, wlan0があると思います。
私のパソコンLenovo Yoga 7は有線LANインターフェースがないので、無線の設定をしていきます。
無線の場合のアダプタ名はwlan0です。

この表は設定例です。

Device IP
Raspberry Pi 192.168.0.120(wlan0)
PC 192.168.0.xxx

左から3Byte目は同じにし、
4Byte目は双方かぶらないようにしてください。
また、Raspberry Piで予約するIPはルーターのDHCP設定範囲外の設定にしましょう。

設定後はアダプタをリセットしないと設定が反映されないので、RebootとPingでの開通確認は忘れずに。

Reboot
reboot
Ping(windows=>Raspberry Pi)
ping 192.168.0.120

起動中のLED点滅設定

https://cgbeginner.net/raspi-led/
この設定はお好みです。
Raspberry Piの電源OFFがどのタイミングでOFFされているのかディスプレイ接続しない場合よくわからなかったので、私は設定しました(他に何か良い方法があったら教えてください)。
余計に電力食うと思いますが、微々たるものでしょう。
SDカードに入れたシステムファイルを途中で壊してしまうよりマシだと思って設定してます。

と出ますが、元の記述箇所をさわらずに必要な箇所だけコピペして追記したら大丈夫だと思うのでそのままファイルを上書きしてしまいましょう。

具体的には以下を/boot/config.txtに追記してください。

/boot/config.txt
dtparam=pwr_led_trigger=heartbeat

VNC、SSHの有効化

リモート接続のための設定です。
SSHはCODESYSとRaspberry Piの通信のために必要ですが、VNCに関しては、
モニター、マウス、キーボートなどRaspberryPi専用のものを用意してて私はこれを使ってRaspberryPiを操作するんです！という人は不要です。
私は毎度RaspberryPi用に配線したりモニタの電源とってきたりが面倒でしたので、リモート接続できるように設定しました。

設定は、
左上のRaspberry Piアイコンから、
設定=>Raspberry Pi の設定と進みましょう。

インターフェイス タブの中に、SSH、VNCのボタンがあるのでONにしてください。

ここまででRaspberry Pi本体の設定は終わりです。

CODEYSのセットアップ

PCにCODESYSをセットアップしていきます。
まずはインストールします。

LINXさんのHPからIDEをダウンロードすることができます。
https://linx.jp/?s=&post_type=download&download_cat=codesys&type_name=&product_name=CODESYS

インストール時の選択肢は全てデフォルトで問題ないです。

IDEはインストール出来たとして、
Runtimeは4.4.0がLINXさんのダウンロードページにはないので、CODESYS Storeからダウンロードしてください。
https://store.codesys.com/en/codesys-control-for-raspberry-pi-mc-sl.html

[2022/05/22追記]
CODESYS InstallerのChange=>BrowseからCODESYS Control for Raspberry Piを選択しても、4.4.0のインストールはできそうでした。

Raspberry Pi Runtimeのインストール

まずは全てのアプリからCODESYS=>CODESYS Installerを実行しましょう。

Changesを押してください。

Install Filesから、Runtime 4.4.0を選択してください。=>OK

ライセンスを確認し、Continueを押してください。

Updating Package Manager...とCODESYSのパッケージマネージャが更新されます。
(CODESYSを開いていると閉じてくださいとポップアップされるのであらかじめ閉じておきましょう)

インストールされたらCODESYS Installerを閉じましょう。

Raspberry Pi RuntimeをRaspberry Piへインストール

まずはCODESYS IDEを起動します。
CODESYS=>CODESYS V3.5 SP17 Patch2を実行しましょう。

ツール=>Update Raspberry Piを押します。

すると、左下のタブにRaspberry Piというタブが新たに追加されます。

以下のように設定していってください。

Raspberry Piのデフォルトユーザネームとパスワードを使っている場合、
Usernameにpi
Passwordにraspberry
と入力してください。
IP Addressに192.168.0.120(Scanを押すと、Raspberry Piを探しに行くこともできます)
ここまで設定し、Installを押すと、CODESYSがRuntimeをRaspberry Piにインストールしにいきます。
その後ログが流れますが、流れ終わったら画面下のほうのSystemからSystem Infoを押してみてください。


Package InfoにRuntimeのver.が4.4.0になっていることが確認できれば、インストールができています。

CODESYSプロジェクトの作成

ファイル=>新規プロジェクトを選択し、任意のフォルダにプロジェクトを作成してください。
デバイスとPLC_PRGの設定は下記のように設定してください。

プロジェクトが作成されると、下記のように左側のツリーにプロジェクト内に作成されたオブジェクトが表示されるようになります。

ここで、ツリー上のDeviceをダブルクリックして、上の画面を出してください。

一番右の絵に対応するデバイスがRaspberry Piですので、設定したIPを設定します。
初回ログイン時はユーザ名とパスワードの設定が必要だと思いますので、設定してください。
接続しようとしたときにポップアップが出ます。

設定したら、下図のようにログインポップアップが出ますので、設定したものを入れてログインしてください。

証明書の発行

表示からセキュリティ画面を押してください。

InformationからDeviceを押すと、右側の画面にCerticicationが出ます。
左と右の画面の間にあるボタンの一番上のボタンを押してください。
するとCertificationが発行されます。

OPC-UAサーバの構築

OPC-UAサーバを構築はこちらの記事を参考にさせていただきました。
http://soup01.com/ja/2020/08/09/codesys-opcuaserver/

Applicationを右クリックし、オブジェクトの追加=>シンボル構成を選択してください。

設定はデフォルトで特に問題ありませんが、OPC UA機能をサポートがチェックされていることを確認してください。

シンボル構成のタブが出てきますので、とりあえずビルドボタンを押してみましょう。
すると、下のようにCODESYSで初期から定義されている変数が表示されます。

PLC_PRGの実装

特に実装ということもないですが、下のように記述してみてください。

上が、変数宣言ウィンドウで、下がプログラミングウィンドウのようです。
処理自体は単純にインクリメントしているだけです。

宣言の仕方がC言語などからすると特殊ですね。
代入演算子も=でなく、:=です。

PLC_PRG
VAR
    <変数名>:<データ型>:=<初期値>;
END_VER

データ型はBOOL, INT(1WORD), DINT(2WORD)などがあります。
おそらく他にもありますが、あまりまとまっている情報が見つけられませんでした。

CODESYSプログラムの実行

プログラムが書けたので、実行してみましょう。
実行はRaspberry Pi上に載せたRuntime上で実行されます。
ログインボタンを押してRaspberry Piにログインしてください。

ログインボタンの2つ右にある再生ボタンを押すと、下のようにPLC_PRGのタブを選択したときの画面に、icountの実行中の値がリアルタイムに表示されます。

Raspberry Pi上でプログラムが実行されていることが確認できました。

ここでシンボル構成タブを再度開き、ビルドしなおしてください。

今度は、先ほど追加したicountがPLC_PRGの中にあるかと思います。
これがOPC-UAで通信するためのデータとなります。

ここまででOPC-UAサーバの準備ができました。

OPC-UAクライアント

クライアントには前回の記事で紹介したUaExpartを利用します。

今回はRaspberry Piに接続するので、以下の画面からCustom Discoveryを選択しDouble click to Add Server...をダブルクリックしてください。
ポップアップされた画面で、Raspberry PiのURIを設定します。

opc.tcp://192.168.0.120:4840

すると、URIが表示され左側に>があるので押して中身を開いてください。

上のようにNoneを選択してください。
Noneは証明書も鍵も不要な暗号化なしの通信方式です。
下側にAuthentication Settingがあるので、CODEYSからRaspberry Pi Runtimeにログインするときに設定したユーザネームとパスワードを設定してください。
Raspberry Pi自体のユーザネームとパスワードではありません(私は面倒なのでどちらも一緒にしました)。

URIが追加出来たら、プラグマークが画面上部にあるので押してください。
最初はCertification Errorが出ると思いますが、Trustでログインまで進んでください。

左下の画面にデータの階層構造が表示されるので、
Objects=>DeviceSet=>CODESYS Control for Raspberry Pi MC SL=>Resources=>Application=>Programs=>PLC_PRG=>icount
のところまでいって、icountをドラッグアンドドロップで右側の画面まで持って行ってください。

すると、CODESYS側で定義したicountがリアルタイムで表示されます。
上のようにCODESYS上の表示と同期していることがわかりますね！

これで、Raspberry Pi上のOPC-UAサーバとWindows上のOPC-UAクライアント間での通信ができました。
お疲れさまでした。

まとめ

今回はCODESYS上のプログラムで定義した変数をOPC-UAサーバ経由で外部から読んでみました。

今回行ったことは以下です。

  • CODESYS IDEのインストール
  • CODESYS RuntimeをRaspberry Piにインストール
  • Raspberry PiにOPC-UAサーバを構築
  • OPC-UAクライアントアプリからRaspberry Pi上のOPC-UAサーバにアクセス

次はEtherCATのSlaveを動作させるための設定を行っていきたいと思います。

見ていただいたかたありがとうございました😊

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