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如何基于工業(yè)庫在PCS 7中集成S7-300 CPU

1、工業(yè)庫簡介
SIMATIC PCS 7工業(yè)庫（SIMATIC PCS 7 Industry Library，以下簡稱IL）為PCS 7 V8.0以上版本提供了全新的控制功能庫，是對PCS 7高級過程庫（APL）的擴(kuò)展，集成了非標(biāo)準(zhǔn)PCS 7 系統(tǒng)的工廠組件，包括S7-300控制器或者WinCC Flexible操作員面板。此外，IL中還集成了多個行業(yè)庫，例如，水、廢水處理行業(yè)庫和樓宇自動化行業(yè)庫。PCS 7 IL與PCS 7 APL一起使用，可對不同領(lǐng)域內(nèi)的控制任務(wù)實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)*的總體解決方案。

圖1-1 PCS 7工業(yè)庫

在多數(shù)PCS 7應(yīng)用場合中，除了和過程控制直接相關(guān)的核心組件之外，工廠中還廣泛存在需要獨(dú)立控制的機(jī)器和設(shè)備，這些所謂的“成套設(shè)備”都是可以實(shí)現(xiàn)特定生產(chǎn)任務(wù)的控制子單元。由于點(diǎn)數(shù)規(guī)模較小、控制任務(wù)相對單一、邏輯運(yùn)算為主等特點(diǎn)，所以，部分“成套設(shè)備”的控制都采用S7-300配合操作員面板使用。關(guān)于如何基于工業(yè)庫在PCS 7中集成操作員面板請參考如下應(yīng)用文檔：

為了實(shí)現(xiàn)在PCS 7中集成S7-300 CPU，在PCS 7 V8.0中工業(yè)庫提供了兩個子庫：IL for PCS 7和IL for S7，其中的“IL for S7”主要就是面向S7-300 CPU環(huán)境下的應(yīng)用需求。而在PCS 7中集成S7-300 CPU主要有兩個方式，一個是以S7-400 CPU為主，S7-300 CPU作為類似RTU的角色與S7-400 CPU通訊，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)；另一個方式則是S7-300 CPU獨(dú)立組態(tài)，包含OS或操作員面板等，無須額外的作為主控的S7-400 CPU站。
本文分別按照兩個不同方式介紹具體的實(shí)現(xiàn)步驟，并在此過程中重點(diǎn)介紹“IL for S7”中功能塊調(diào)用、與S7-400 CPU的通訊以及分層操作等三個方面。

2、S7-300 CPU組態(tài)工業(yè)庫
在集成S7-300 CPU的PCS 7系統(tǒng)項(xiàng)目中，S7-300 CPU及其對應(yīng)的操作員面板是一相對獨(dú)立的單項(xiàng)目，該項(xiàng)目可以在PCS 7項(xiàng)目中創(chuàng)建生成，也可以來自成套設(shè)備提供商。同時，相關(guān)的功能塊還需要在OS上產(chǎn)生圖標(biāo)和操作面板，實(shí)現(xiàn)類似于APL功能塊一樣的操作。為此，集成的S7-300 CPU的程序需要基于IL S7庫來組態(tài)。具體組態(tài)過程如下：

2.1 創(chuàng)建多項(xiàng)目框架
由于PCS 7的創(chuàng)建項(xiàng)目向?qū)е袥]有集成S7-300 CPU的選項(xiàng)，所以需要按照手動的方式床架如下圖所示框架的多項(xiàng)目。其中的“300_IL_St”單項(xiàng)目就是包含了S7-300 CPU站和操作員面板組態(tài)項(xiàng)目。
示例項(xiàng)目采用CPU 317-2DP和MP370，只見通過IE完成通訊連接。具體S7-300 CPU站點(diǎn)的組態(tài)與常規(guī)項(xiàng)目組態(tài)*。

圖2-1 基本項(xiàng)目框架

在PCS 7軟件環(huán)境中組態(tài)S7-300 CPU，還需要為其創(chuàng)建工廠層級，一方面可以和多項(xiàng)目中的其他項(xiàng)目結(jié)構(gòu)保持*，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)跨單項(xiàng)目的OS分配等功能。更多關(guān)于多項(xiàng)目的功能使用可以參考：

2.2 用戶程序組態(tài)
針對S7-300 CPU進(jìn)行編程，所使用的功能塊必須要從“Industry Lib S7 V80”庫中拖拽。在庫中提供了通訊、控制、監(jiān)控等常用功能，還包含了與操作員面板的接口功能塊（“PANEL”）。
需要注意的是，由于PCS 7軟件中不能提供基于S7-300 CPU的模塊驅(qū)動，所以該庫中無APL庫類似的“Channel”功能塊。

圖2-2 Industry Lib PCS 7 V80

2.2.1 電機(jī)控制
在層級文件夾下創(chuàng)建CFC，雙擊打開，從“Industry Lib S7 V80”庫中分別拖拽“S7Mot”（來自DRIVES）和“S7PMot”（來自PANEL），并按照如下圖所示連接：

圖2-3 S7PMot與S7Mot連接

CFC中功能塊之間的連線過程較為簡單，只需要將S7PMot的輸出管腳“QOP_ACTIVE”、“QOP_RESET”“QOP_AUT_ON”、“QOP_MAN_ON”和“MSG_FILTER”分別連接到S7Mot塊的同名輸入管腳即可。
需要注意的是，為了實(shí)現(xiàn)在操作員面板上的指針連接，在S7程序Blocks文件夾中要新建一個自定義共享DB塊，其中創(chuàng)建數(shù)據(jù)類型為INT的參數(shù)“Motor”，用于連接S7PMot接口功能塊。對于需要操作員面板上顯示的對象，據(jù)需要在該共享DB塊中定義一個INT類型的變量。將“S7PMot”功能塊的輸出“IDBNR”連接到共享DB的“Motor”即可。

圖2-4 創(chuàng)建共享DB

2.2.2 閥門控制
與電機(jī)控制一樣，分別從庫中拖放“S7Vlv”和“S7PVlv”兩個功能塊到CFC中，完成連線即可：

圖2-5 S7Vlv和S7PVlv之間的連接

閥門的其他過程輸入輸出與常規(guī)編程*，只是不再使用驅(qū)動功能塊而已。

2.2.2 PID控制
“IL for S7”庫中還提供了PID控制功能塊“S7PIDCon”，同時也提供了在操作員面板上使用的“S7PPID”接口功能塊。具體連接更為簡單：

圖2-6 S7PIDCon和S7PPID之間的連接

“S7PPID”功能塊要獲取PID功能塊的狀態(tài)，只需要將“BlockCon”管腳與PID的任何一輸出相連接即可，這一點(diǎn)與其他類型的功能塊連接略有不同。

2.3 操作員面板組態(tài)
“IL for S7”成功安裝完成之后，會在WinCCFlexible中集成一個“IL_S7_Flex_80”庫文件（Program files SIEMENSSTEP7S7LIBS），其中包含了針對各類對象的塊圖標(biāo)和面板，當(dāng)在畫面中添加面板和塊圖標(biāo)時會自動創(chuàng)建變量、連接、文本列表等，用戶只需要根據(jù)項(xiàng)目情況做適當(dāng)調(diào)整即可。

圖2-7 S7PIDCon和S7PPID之間的連接

在WinCCFlexible中的具體組態(tài)過程可以參考《如何基于工業(yè)庫在PCS 7中集成Panel》應(yīng)用文檔。

3、S7-300 CPU作為RTU組態(tài)
在多數(shù)情況下，S7-300 CPU控制的設(shè)備需要集成到現(xiàn)有的PCS 7整體體系中。而對于一個典型的PCS 7系統(tǒng)而言，OS服務(wù)器/單站都是和S7-400 CPU的AS站通訊獲取數(shù)據(jù)，不會直接和S7-300 CPU這樣的RTU通訊。為此，S7-300 CPU站點(diǎn)作為RTU角色，除了基本控制程序組態(tài)之外，還需要考慮和S7-400 CPU的AS站點(diǎn)的通訊問題。
在S7-400 CPU配合S7-300 CPU完成控制的架構(gòu)中，需要對S7-400 CPU和S7-300 CPU的角色和功能有明確的定義。一般而言，S7-300 CPU控制器負(fù)責(zé)具體控制實(shí)現(xiàn)，而S7-400 CPU作為OS獲取S7-300數(shù)據(jù)的渠道——當(dāng)然，如果有需要，也可以在S7-400中完成一些在設(shè)備控制之上的連鎖、復(fù)雜算法等等。
更具體實(shí)現(xiàn)過程而言，S7-300 CPU中的編程方式與上一章節(jié)的描述無異，但在S7-400 CPU中，如何利用S7-300 CPU通訊傳輸過來的數(shù)據(jù)，并采用和其他功能塊類似的ICON/操作面板風(fēng)格在OS上體現(xiàn)，則是需要重點(diǎn)考慮的。針對這個需求通常有兩個方案：
- 自定義功能塊/ICON/操作面板
創(chuàng)建一個新的功能塊，定義相應(yīng)的管腳連接通訊過來的數(shù)據(jù)。同時定義功能塊及相關(guān)管腳的屬性，同時在其中可以調(diào)用SFB35（“Alarm_8P”）產(chǎn)生相應(yīng)的消息。在OS上，可以參照系統(tǒng)集成的ICON和面板來制作針對新功能塊的圖標(biāo)和操作面板。
更多關(guān)于自定義功能塊/圖標(biāo)/面板的信息可以參考：
《PCS 7 - Programming Instructions for Blocks》
PCS 7安裝目錄STEP7S7MANUALpcs7librarys7jpa70b.pdf - 利用現(xiàn)有的控制功能塊
在S7-400 CPU的編程中，可以利用PCS 7中現(xiàn)有的功能塊，例如標(biāo)準(zhǔn)庫下的Motor/Valve等。將S7-300 CPU中的相關(guān)數(shù)據(jù)與功能塊連接即可。
這種方案無需人為定義程序、面板等，而且由于可以采用和其他程序一樣的功能塊，所以編程、OS操作方式等都較為方便。但是，利用這種方法需要注意上下兩層控制的協(xié)調(diào)問題，典型情形就是OS和S7-300 CPU站本身的操作員面板之間的協(xié)調(diào)問題，為此，IL中還提供了相應(yīng)的功能塊來解決分層操作的問題。
另外，由于S7-300 CPU和S7-400 CPU中的功能塊不同，可能存在數(shù)據(jù)無法*對應(yīng)的問題。更為重要的是，OS上的信息并不能全部通過輸出管腳傳送到S7-300 CPU中。例如S7-400 CPU中采用標(biāo)準(zhǔn)塊Motor，而S7-300 CPU站點(diǎn)中采用S7Mot，而Motor塊操作面板上的“Reset”就無法通過輸出管腳下達(dá)到S7Mot中。
這兩個方案可以根據(jù)實(shí)際情況選擇使用，在此就不贅述。以下就重點(diǎn)介紹如何實(shí)現(xiàn)S7-300 CPU和S7-400 CPU站點(diǎn)的通訊。

3.1 與單S7-400 CPU通訊

3.1.1 組態(tài)S7連接
在S7-400 CPU的AS所在的單項(xiàng)目中點(diǎn)擊工具欄上的按鈕 ，打開網(wǎng)絡(luò)組態(tài)NetPro。在CPU上右鍵菜單中選擇“Insert New Connection”創(chuàng)建新的連接：

圖3-1 打開NetPro

在彈出的新窗口中選擇連接伙伴方。如果S7-300 CPU和S7-400 CPU處在同一個項(xiàng)目中，則可以直接選擇；如果處在不同的項(xiàng)目中，則需要選擇一個“Unspecified”（未），點(diǎn)擊“Apply”應(yīng)用即可。

圖3-2 選擇通訊伙伴方

在如下所示的S7連接屬性設(shè)置窗口中填寫通訊伙伴方的IP地址，然后點(diǎn)擊“Address Details…”按鈕：

圖3-3 配置連接參數(shù)一

在詳細(xì)信息中修改伙伴方的槽位為2，點(diǎn)擊OK確認(rèn)。

圖3-4 配置連接參數(shù)二

將建立好的連接下載到S7-400站即可。

3.1.2 通訊程序調(diào)用
在通訊功能塊調(diào)用之前，需要在S7-300 CPU中準(zhǔn)備和S7-400 CPU通訊用的共享DB塊。示例中創(chuàng)建DB50和DB51，分別對應(yīng)“輸出”和“輸入”數(shù)據(jù)。
在S7-400 CPU側(cè)調(diào)用“S7Put”完成向S7-300 CPU寫入數(shù)據(jù)，調(diào)用“S7Get”從S7-300 CPU側(cè)讀出數(shù)據(jù)：

圖3-5 功能塊調(diào)用

在上圖左側(cè)“S7Get”的功能塊中，S7-300 CPU站側(cè)的DB50里從DBB0開始的10個字節(jié)會被讀取到S7-400 CPU側(cè)的DB10里DBB18開始的10個字節(jié)區(qū)域中；
在上圖右側(cè)“S7Put”的功能塊中，S7-400 CPU站側(cè)的DB11里從DBB52開始的10個字節(jié)會寫入到S7-300 CPU側(cè)的DB51里從DBB0開始的10個字節(jié)區(qū)域中。

3.2 與S7-400 HCPU通訊

3.1.1 組態(tài)S7連接
由于S7-300 CPU和S7-400H CPU之間無法建立S7容錯連接，所以在連接創(chuàng)建的時候，需要分別從S7-400H CPU的兩個CPU分別建立到S7-300 CPU（或者Unspecified）的連接：

圖3-6 HCPU中0機(jī)架上的連接

圖3-7 HCPU中1機(jī)架上的連接

從S7-400H CPU的兩個CPU分別創(chuàng)建一個到“Unspecified”的S7連接，可以看到，這兩個連接的ID號是不同的。參照前文所述修改連接參數(shù)之后將連接下載到S7-400 CPU中。
HCPU到S7-300 CPU站點(diǎn)的通訊鏈路由兩個S7連接實(shí)現(xiàn)，如何基于這兩個連接可靠地完成數(shù)據(jù)交換則是需要考慮的重點(diǎn)。具體的方案較多，可以采用兩個連接同時工作，接受方通過判斷連接狀態(tài)來選擇數(shù)據(jù)的方式，也可以采用“心跳信號”的方式判斷出可用的連接之后再完成傳輸?shù)取?br />在下載中心網(wǎng)頁上提供了一個“H_Status”的功能塊（下載地址：，可以方便地顯示HCPU的冗余狀態(tài)?；?ldquo;H_Status”提供的冗余狀態(tài)來選擇具體的通訊連接，具體編程如下：

圖3-8 HCPU下的通訊程序組態(tài)

上圖中，“H_Status”功能塊讀取0機(jī)架和1機(jī)架上CPU的主備狀態(tài)，通過管腳“R0_MSTR”/“R1_MSTR”輸出。這兩個輸出連接到負(fù)責(zé)通訊讀寫的“S7Put”和“S7Get”功能塊的使能管腳，這樣，當(dāng)機(jī)架0為主CPU時，“R0_MSTR”為1，其所連接的通訊功能塊被使能，通訊從S7連接1中進(jìn)行，反之亦然。

4、分層操作
PCS 7系統(tǒng)一般可以劃分多個操作層級，如*控制室、區(qū)域控制室、就地控制室、就地操作等等，每個層級都可以對同一現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行操作。例如，現(xiàn)場控制站S7-300 CPU會配合一個操作員面板實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地監(jiān)控，而控制室的PCS 7 OS負(fù)責(zé)整體的監(jiān)控。有些情況，用戶希望只是位于就地的操作員面板可以操作設(shè)備，而位于中控室的計(jì)算機(jī)禁止操作，或者要求不能同時操作設(shè)備，防止多點(diǎn)操作造成設(shè)備的誤動作，保證人身安全、設(shè)備可靠穩(wěn)定運(yùn)行，因此分層操作控制是*的。分層操作可以在工廠范圍內(nèi)協(xié)調(diào)各個層級的操作，提高工作效率、優(yōu)化人員調(diào)配。
PCS 7 APL功能庫OpStations可以實(shí)現(xiàn)基于操作站的分層控制，而操作員面板與操作站OS之間權(quán)限控制的功能，可以通過PCS 7工業(yè)庫的S7UsrM功能塊來實(shí)現(xiàn)。組態(tài)步驟如下：
關(guān)于APL庫“OpStations”功能塊的使用請參考下面文檔：

4.1 建立枚舉變量
為了能夠在程序塊圖標(biāo)上顯示現(xiàn)場設(shè)備所屬的操作層級，需要創(chuàng)建枚舉變量“OP_Conf1”。如下圖所示，新建“Shared Declarations”，在“Shared Declarations”—“Enumerations”中新建枚舉變量，命名為“OP_Conf1”。
在其中創(chuàng)建需要的操作層級，對應(yīng)的值依次從1到8，例如本地OS為1，控制室為2，*塊操作員界面為3等等。同時還定義數(shù)值0為“NoOperation”，以表示當(dāng)前操作層級。

圖4-1 創(chuàng)建“OP_Conf1”

4.2 組態(tài)S7UsrM
將功能塊“S7UsrM”添加至新的或者先前的CFC中。“OPDEAV_1~8”8個層級是否可用。“KeySwitch”定義操作層級是否可以在OS中手動選擇，或當(dāng)KeySwitch為1時通過程序設(shè)置KS_Device值來操作層級。“MaxLevel”定義在OS中顯示的大操作層級數(shù)量。連接S7UsrM至S7Mot和S7PMot，將輸出“QPERMIS”分別連接到兩個功能塊的“PERMIS”管腳，如下圖所示。

圖4-2 S7UsrM連接

為了讓S7Mot能夠從操作員面板上控制，可以將S7PMot的輸出管腳“QOP_ACTIVE”和“OP_ACTIVE”相連接。這樣在操作員面板獲得操作權(quán)限之后，可以對S7Mot塊進(jìn)行手自動切換、復(fù)位等操作。

4.3 操作層級權(quán)限組態(tài)

4.3.1 OS組態(tài)
在WinCC Explorer打開操作站的OS項(xiàng)目，在Tag Management ® Internal tags ® Split Screen Manager中找到內(nèi)部變量@Permission，其屬性StartValue定義為操作層級的起始值。若S7Mot參數(shù)“PERMIS”值與@Permission相等，則表示可以在OS中對設(shè)備進(jìn)行操作。

圖4-3 @Permission默認(rèn)值設(shè)置

4.3.2 操作員面板組態(tài)
在接口功能塊“S7PMot”中設(shè)置參數(shù)“PanelPerm”，用于操作面板的操作層級。只有當(dāng)PanelPerm值等于S7PMot功能塊的OP_PERMIS參數(shù)值時才可能在操作員面板中對設(shè)備進(jìn)行操作。

圖4-4 S7PMot的操作層級設(shè)置

當(dāng)WinCC Flexible中添加面板時，會自動創(chuàng)建文本列表，用于面板操作層級的顯示。修改“Permission_S7”文本列表，使其與枚舉變量“OP_Conf1”*。

圖4-5 WinCC Flexible文本列表

4.4 操作運(yùn)行
通過S7UsrM選擇LocalOS控制（因?yàn)锧Permission設(shè)置為1），OS操作站上可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的操作，而操作員面板不可操作，但顯示設(shè)備當(dāng)前的操作層級。切換到Panel1，操作員面板上即可使能操作。

圖4-6 S7UsrM操作運(yùn)行效果

關(guān)鍵詞
PCS 7 工業(yè)庫，S7-300 CPU，操作員面板，時間同步，多用戶操作