PCS7自定义功能块

PCS7 V6.1 中自定义功能库使用入门 Customized Library in PCS7 V6.1 Getting-started Getting-started Edition (2008 年－03 月) 摘 要 本文以实现简单的两个浮点数相加求和的功能为实例，分功能块编程、Block Icon 及 Faceplate 制作三个部分，描述了 PCS7 V6.1 下如何制作自定义功能库的整个过程。 关键词 SCL, Alarm_8p, Block Icon, Customized Object, Faceplate Key Words SCL, Alarm_8p, Block Icon, Customized Object, Faceplate A&D Service & Support Page 2-38 目 录 1.PCS7 功能库简介 ....................................................................................................................... 4 2.自定义功能库 .............................................................................................................................. 5 2.1 帮助信息的获取.................................................................................................................... 8 2.2 AS功能块开发 ...................................................................................................................... 8 2.2.1 分析控制功能需求 ......................................................................................................... 9 2.2.2 创建测试项目................................................................................................................. 9 2.2.3 编辑SCL源文件 ............................................................................................................. 9 2.2.3.1 插入SCL源文件....................................................................................................... 9 2.2.3.2 设置SCL编辑器并创建符号 ............................................................................... 11 2.2.3.3 定义功能块头 ........................................................................................................ 12 2.2.3.4 定义输入/输出等管脚 ............................................................................................ 12 2.2.3.5 获取当前调用功能块的OB号................................................................................. 16 2.2.3.6 根据调用OB进行相应处理动作 ............................................................................. 16 2.2.3.7 报警处理 ............................................................................................................... 18 2.2.4 编译SCL源文件 ........................................................................................................... 19 2.2.5 定义功能块报警信息.................................................................................................... 19 2.2.6 调用功能块并编译CFC................................................................................................ 20 2.2.7 测试程序 ...................................................................................................................... 21 2.3 Block Icon开发 ................................................................................................................... 21 2.3.1 另存@@PCS7Typicals.pdl ......................................................................................... 21 2.3.2 生成Block Icon ............................................................................................................ 22 2.3.2.1 拷贝生成Block Icon............................................................................................... 22 2.3.2.2 编辑Block Icon...................................................................................................... 22 2.3.2.3 添加Block Icon属性............................................................................................... 24 2.3.2.4 修改Block Icon属性............................................................................................... 26 2.4 Faceplate开发 .................................................................................................................... 27 2.4.1 打开并创建Faceplate模板 ........................................................................................... 27 2.4.2 修改Faceplate模板 ...................................................................................................... 29 2.5 编译OS项目 ....................................................................................................................... 35 2.6 运行调试项目 ..................................................................................................................... 36 2.7 功能库的发布 ..................................................................................................................... 37 3. 总结 ......................................................................................................................................... 37 A&D Service & Support Page 3-38 1.PCS7 功能库简介 SIMATIC PCS7 即 SIMATIC Process Control System，它是西门子公司为满足市场需 求，基于全集成自动化 TIA 概念，为过程自动化应用于单一的平台而提供的统一 DCS 解决 。 基于模块化、灵活性和开放性的设计理念，针对过程控制中一些的控制要求，PCS7 系统预制集成了 PCS7 Library 功能库。此功能库包括标准的模板驱动功能块集（模拟量、数 字量输入/输出通道）、标准过程控制功能块集（PID 控制、马达控制、阀门控制、模拟量数 字量监控等）、手操控制输出功能块集、报警功能块集等。使用系统提供的标准功能块，用 户可以快速地、方便地、轻松地、从下到上一体化地组态项目中的具体控制。使用 CFC 编程工具并结合 PCS7 Library 功能库，师一次性的编程即可完成如下工作： I． AS 控制器中运行的过程控制回路控制算法； II． 针对控制回路在上位机中相关画面下对应的监视回路图标； III． 控制回路在上位机中对应的操作及参数设置子画面； IV． 控制回路对应的相关报警消息、趋势归档及用户操作记录等。 因此，使用 PCS7 提供的编程工具及功能库，用户可以非常方便地组态整个项目中对应 的各种不同控制算法及画面。同时，基于开放性的开发理念，PCS7 系统为用户还提供了相 应的功能库开发工具，用于用户自行开发适合用户或用户当前行业需求的功能库。此功能方 便了用户在基于 PCS7 所提供的功能库的基础上对整个系统的功能进行延伸扩展。使用系统 提供的功能库开发工具开发出来的功能库与 PCS7 自身所提供的功能库拥有相同的功能。 此外，为了满足某些特殊行业过程控制算法的需求，基于 PCS7 系统，西门子公司开发 了相应的一些行业库可以供客户选订，在 PCS7 的 Add-on 订货选型手册中可以查阅到相关 订货号，如下列举了一些相关行业库供参考。 ♦ PCS7 HVAC —— 加热、通风及空调控制功能库（A&D AS） ♦ PTE 400 —— 技术功能块（I&S IS KHE） ♦ Standard Chemistry —— 技术功能块（A&D SC MHM） ♦ PCS 7 PS —— 发电行业功能块（PG L6） ♦ 其他各种不同的驱动功能块 —— （I&S ITPS KHE 等） 在本文档中，我们将主要讲解 AS 控制功能块的创建、修改及上位机监控图标和面板的制 作等。 A&D Service & Support Page 4-38 2.自定义功能库 当用户使用 PCS7 系统定义一个功能块，例如一个功能块类型 Block Type，首先，在 AS 控制器侧，它是一个功能块（Function Block）；然而在 OS 侧，它却是此功能块对应的 功能块图标 Block Icon 和一套操作面板 Faceplate。 其他的功能块类型，比如功能（Function）在此将不予讨论，因为功能不具有背景数据 块 Instance Data Block，而背景数据块又是 OS 和 AS 之间进行异步处理时，OCM （Operator Control & Monitor）属性必要的前提条件。 — AS 侧 使用系统提供的相应工具，用户定义了一个功能块类型 Block Type，它必须包含如下 部分： 9 输入/输出接口； 9 通过接口与外部系统建立的连接完成控制任务的程序或算法； 9 通用属性，例如块名等； 9 作为一个 AS 功能块 FB，还需包括： ♦ 输入/输出接口和功能块的系统属性； 类型相关属性，这些属性将应用于所有与此功能块相关的实例中，不可 修改； 实例相关属性，这些属性将作为新生成实例的默认值被应用，并可以根 据用户需求针对单个实例进行定制； ♦ 报警相关的文本模板 类型相关消息，应用于所有实例，不可修改； 实例相关消息，作为新生成的实例的模板被应用，可以根据用户需求针 对单个实例进行定制。 如果用户在组态过程中，调用或嵌套使用了一个 Block Type，则对应此 Block Type， 系统会自动创建一个功能块实例。此功能块实例包含了使用此功能块的所有数据，但不会包 含代码 Code 部分。当前功能块实例被固定分配给 Block Type，所有与此 Block Type 相关的 功能块实例拥有相同的接口。每次调用功能块实例时，系统会使用该背景数据块来调用对应 的 Block Type。 在 AS 编程过程中，生成某 Block Type 对应的功能块实例的典型方法是： 9 在 CFC Chart 中，嵌套调用此 Block Type。 A&D Service & Support Page 5-38 在 CFC 中，PCS7 用户应当使用预制功能块，只有功能块/功能库创建者才可以在一个 Block 中调用多个其他 Blocks（多实例方式）。 对应每个 AS 功能块实例，用户可以单独组态的内容有： 9 实例名； 9 实例相关的系统属性； 9 实例相关的消息文本等； — OS 侧 在 PCS7 OS 侧图形组态中，用户生成面板实例 Faceplate Instance 的典型方法有： 9 在过程流程图形中嵌套面板类型 Faceplate Type； 9 在其他 Faceplate Type 中嵌套面板类型； 对每个面板实例，用户能可以单独组态的内容有： 9 与 AS 功能块的连接，也可以通过动态的方式建立； 9 组显示 Group Display 中包含的内容； 一个典型的 PCS7 功能块需要包含如下部分： ‰ 功能及操作模式：功能的基本描述、输入/输出的详细信息、操作模式及执行的时间 顺序等； ‰ 调用 OB： 嵌套 OB 块的申明。当在 CFC 中调用此功能块时，此功能块除了 将会在循环 OB（OB30－38）中被调用外，在任务列表中定义的 OB 也会调用此功能块（例如，用于热启动初始化的 OB100 等）。CFC 编辑器将会在编译过程中，自动创建这些必须的 OB 块； ‰ 容错处理： 功能块的布尔输出端口 ENO 将会指示该功能块的执行情况。在 FB 的情况下，背景数据块的输出端 QERR（ENO 取反）同样也 会被存储。用户可以利用此端口来评估功能块的运行情况，例 如，在错误情况下产生相应的报警消息或采用替换值等处理机制 来加强程序的容错性能； ‰ 启动特性： 分两中情况，如下 初始化启动－Initial Startup 功能块在相应嵌套的 OB 中第一次被调用，一般情况下这些 OB 是一 些过程相关的 OB（例如，循环中断 OB）。此时，功能块采用系统默 认的变量或预制的一些参数； A&D Service & Support Page 6-38 启动－Startup 功能块在 CPU 启动时，第一次被调用。在此情况下，需要确保功能 块被启动 OB 调用（PCS7 中，默认为 OB100）。此时，需要在“启动 特性”中对预制的处理进行描述； ‰ 时间响应： 带有时间响应的功能块必须在循环 OB 中调用。这样，功能块可 以通过它的采样时间（前后两次连续的执行之间的中断时间）来 计算它的时间常量或参数； 当编译 CFC 并激活 Update Sampling Time 选项后，系统会自动采集 当前循环 OB 的执行时间并置于 SAMPLE_T 端口。（一般情况下， 在 CFC 中此端口被设为不可见 Invisible）。 ‰ 信号传输特性： 带有信号传输特性的功能块可以将过程值结合报警传输到 OS 进 行显示； 图 2.1：PCS7 功能块概念 在本文中，将以实现一个简单的两数相加求和的功能，来演示 PCS7 下如何自定义功能 库的整个过程（AS 算法及上位显示画面等）。 A&D Service & Support Page 7-38 2.1 帮助信息的获取 安装完成 PCS7 后，系统提供了相应的 PDF 文档。通过如下操作可以查看 PCS7 下的 相关文档： 图 2.2 获取帮助文档 关于功能库的开发，请参考 PCS7－Programming Instructions for Blocks。 图 2.3 功能库参考文档 任何情况下，如果需要获得相关操作的帮助信息，请使用F1 键或者访问西门子技术支 持网站：http://www.ad.siemens.com.cn/Service/获得更多详细信息。 2.2 AS 功能块开发 PCS7 下通常使用 SCL 语言来进行功能块的开发，请参考如下文档： 图 2.4 SCL 参考文档 A&D Service & Support Page 8-38 2.2.1 分析控制功能需求 在本例中，需要实现两个浮点数相加求和的功能，并设置一定的报警限位，当求和值大 于某个设定值后，OS 系统触发相应的报警信息。 由功能分析来确定输入/输出管脚及相关属性： 9 输入管脚——IN1（加数 1），IN2（加数 2），HLIMIT（报警上限），HYS（报警 阈值）； 9 输出管脚——OUT1（求和），QH_ALM（报警上限）； 2.2.2 创建测试项目 打开 PCS7，创建项目并加入 SIMATIC Station 和 PC Station，并进行相应的硬件组 态，最终项目结构如下所示： 图 2.5 基本项目框架 2.2.3 编辑 SCL 源文件 2.2.3.1 插入 SCL 源文件 右键点击 Sources 文件加，插入 SCL Source 文件，或使用 External Source...导入磁盘 上已有的源文件（可通过该操作将附录提供的 SCL Template 模板文件加入到项目中），同 时还可以使用”Export Source…”菜单将源文件导出到磁盘上，具体操作如下： A&D Service & Support Page 9-38 图 2.6 插入新的源文件 图 2.7 导入已有源文件 A&D Service & Support Page 10-38 图 2.8 导出源文件 2.2.3.2 设置 SCL 编辑器并创建符号表 双击打开 SCL 源文件，点击 Options Æ Customize…进行 SCL 编辑器设置，激活 Create Debug Info 选项，具体操作如下： 图 2.9 Options 菜单 图 2.10 激活 Create Debug info 选项 注：激活该选项，主要用于 SCL 编辑器下程序的调试，会占用额外的存储空间；功能 块开发完成通过测试后，最好将其关闭，并重新生成功能块。 A&D Service & Support Page 11-38 通过菜单 OptionsÆ Symbol table 为将要创建的功能块分配符号名，如下所示： 图 2.11 加入符号名 注：PCS7 下创建的功能块均为 FB 块，且为了避免和系统提供的 FB 块号冲突，通常 定义 500 以后的块号，一般不定义 FC 块（无背景 DB）； 2.2.3.3 定义功能块头 定义功能块头如下所示，其中 FUNCTION_BLOCK、TITLE 和 NAME 需要和上述符号 名相同。关于功能块头各项参数定义的具体意义，请参考上述图 2.3 所示文档中相关内容； //******************************************************************************************** FUNCTION_BLOCK "ADD_FB" TITLE = 'ADD_FB' { // List of system attributes S7_tasklist:= 'OB100'; // Block is called if there is in a warm restart S7_m_c:= 'true'; // Block can be controlled and monitored S7_alarm_ui:= '1' // Setting “1” for PCS 7 message dialog ('0' for standard message dialog) } AUTHOR: ABC NAME: ADD_FB VERSION: '0.01' FAMILY: XYZ KNOW_HOW_PROTECT //******************************************************************************************** 2.2.3.4 定义输入/输出等管脚 根据上述功能分析中所需的管脚，定义输入输出等管脚，具体定义如下： 9 输入管脚 VAR_INPUT EV_ID { S7_visible:='false'; S7_link:='false'; S7_param :='false'; // Parameter cannot be set in CFC S7_server:='alarm_archiv'; // Message no. assigned by server S7_a_type:='alarm_8p' // Block signals with ALARM_8P A&D Service & Support Page 12-38 }:DWORD := 0; // Message ID RUNUPCYC{ S7_visible:='false'; S7_link:='false' } :INT := 3; // Number of run up cycles MSG_LOCK { S7_visible:='false'; S7_dynamic:='true'; S7_m_c:='true' } : BOOL := 0; // Enable 1=Messages locked IN1 { //加数 1 S7_shortcut:='addend1'; S7_unit:=''; S7_m_c:='true'; S7_dynamic:='true'; S7_archive:='shortterm' } :REAL :=0.0; //input value 1 IN2 { //加数 2 S7_shortcut:='addend2'; S7_unit:=''; S7_m_c:='true'; S7_dynamic:='true'; S7_archive:='shortterm' } :REAL :=0.0; //input value 2 HLIMIT { //限幅值 S7_shortcut:='limit value'; S7_unit:=''; S7_m_c:='true'; S7_dynamic:='true'; S7_archive:='shortterm' } :REAL :=100.0; //limit value for output HYS { //报警阈值 S7_shortcut:='HYS'; S7_unit:=''; S7_m_c:='true' } :REAL :=1.0; //Hysteresis settings END_VAR 注： ♦ EV_ID 主要用于报警触发，所有需要定义报警的功能块，必须定义该类型管脚，注 意它的 S7_server 和 S7_a_type 属性； ♦ RUNUPCYC 管脚用于功能块启动时前几个周期内的报警抑制，防止 CPU 启动时通 讯负荷过大； ♦ MSG_LOCK 用于报警锁定； A&D Service & Support Page 13-38 ♦ 管脚相关属性在 SCL 的编程中非常重要，把握了这些属性并能灵活的引用是整个 PCS7 下自定义编程的关键，其具体意义请参考系统的在线帮助信息； 9 输出管脚 VAR_OUTPUT OUT1 { //求和值 S7_shortcut:='sum'; S7_unit:=''; S7_m_c:='true'; S7_dynamic:='true'; S7_archive:='shortterm' } :REAL :=0.0; //output value 1 QH_ALM { //报警输出 S7_dynamic:='true'} : BOOL := 0; // 1=H-Alarm active QMSG_ERR { S7_visible:='false'; S7_dynamic:='true'} : BOOL := 0; // ALARM_8P: Error output QMSG_SUP { S7_visible:='false'; S7_dynamic:='true'; S7_m_c:='true'} : BOOL := 0; // 1=Message Suppression Active MSG_STAT { S7_visible:='false'; S7_dynamic:='true'} : WORD := 0; // Message: STATUS output MSG_ACK { S7_visible:='false'; S7_dynamic:='true'} : WORD := 0; // Message: ACK_STATE output END_VAR 注： ♦ QMSG_ERR 用于输出报警错误； ♦ QMSG_SUP 用于指示报警抑制； ♦ MSG_STAT 用于指示报警状态； ♦ MSG_ACK 用于指示报警确认状态； 9 静态变量 VAR sbRESTART :BOOL := TRUE; // Initial start memory bit A&D Service & Support Page 14-38 siRUNUPCNT :INT := 0; // Counter for RUNUPCYC execution sb_SIG_1: BOOL := FALSE; //Merker ALARM_8P Signal 1 sb_SIG_2: BOOL := FALSE; //Merker ALARM_8P Signal 2 sb_SIG_3: BOOL := FALSE; //Merker ALARM_8P Signal 3 sb_SIG_4: BOOL := FALSE; //Merker ALARM_8P Signal 4 sb_SIG_5: BOOL := FALSE; //Merker ALARM_8P Signal 5 sb_SIG_6: BOOL := FALSE; //Merker ALARM_8P Signal 6 sb_SIG_7: BOOL := FALSE; //Merker ALARM_8P Signal 7 sb_SIG_8: BOOL := FALSE; //Merker ALARM_8P Signal 8 //************************************************************************************** // Declaration Section Multiple Instances(SFB/FB), remember to copy the FB/FC blocks into your projects manually! //************************************************************************************** ALARM_8P_1: ALARM_8P; // Generation of max. 8 messages with max. 10 auxiliary values END_VAR 注： ♦ 静态变量能保持上次运算的值，常用于保存数据； ♦ 如果需要在程序中调用其他的 FB 块，则需要为这些调用的 FB 声明静态变量； ♦ 实现报警功能，需要定义 ALARM_8p 的静态变量； 9 临时变量 VAR_TEMP pbALARM: BOOL; // Call up ALARM_8P pbM_SUP: BOOL; // Message suppression pb_SIG_1,pb_SIG_2,pb_SIG_3,pb_SIG_4,pb_SIG_5,pb_SIG_6,pb_SIG_7,pb_SIG_8 :BOOL; // temp variable for alarm function // Start info: Structure with info for the OB that has just called the block TOP_SI: STRUCT EV_CLASS :BYTE; EV_NUM :BYTE; PRIORITY :BYTE; NUM :BYTE; TYP2_3 :BYTE; TYP1 :BYTE; ZI1 :WORD; ZI2_3 :DWORD; END_STRUCT; // Start info: Structure with info for the last called startup OB START_UP_SI: STRUCT EV_CLASS :BYTE; EV_NUM :BYTE; PRIORITY :BYTE; A&D Service & Support Page 15-38 NUM :BYTE; TYP2_3 :BYTE; TYP1 :BYTE; ZI1 :WORD; ZI2_3 :DWORD; END_STRUCT; DUMMY :INT; // Auxiliary variable END_VAR 2.2.3.5 获取当前调用功能块的 OB 号 //************************************************************************************* // Dependence on Calling OB //************************************************************************************* // Read out start info with SFC6 (RD_SINFO) DUMMY := RD_SINFO (TOP_SI := TOP_SI, START_UP_SI := START_UP_SI); pbM_SUP := MSG_LOCK; IF sbRESTART THEN // Initial start TOP_SI.NUM := 100; // Execute initial start as warm restart sbRESTART := FALSE; // Reset initial start END_IF; 使用 RD_SINFO 获取当前调用该功能块的 OB，通过评估 TOP_SI.NUM 即可判断该 OB 的 OB 号，并在下续程序中做相应处理，例如 OB100 中的初始化处理。注意需要将需要 定义处理动作的 OB 加入功能块头的 S7_tasklist 属性中（见上述功能块头的定义）。 注：当 CPU 在运行状态下，下载该功能块，该功能块第一次在控制器中运行，则此时 系统并不会运行 OB100，因此，初时化动作需要通过判断功能块中的静态变量 sbRESTART 为 true 来进行相应处理； 2.2.3.6 根据调用 OB 进行相应处理动作 // In which OB was the block called ? CASE WORD_TO_INT(BYTE_TO_WORD(TOP_SI.NUM)) OF //************************************************************************************ // Startup //************************************************************************************ // OB100: Warm restart 100: QH_ALM := 0; OUT1:=0; A&D Service & Support Page 16-38 //default reset commands QMSG_ERR := 0; QMSG_SUP := 0; MSG_STAT := 0; MSG_ACK :=0; pb_SIG_1:= 0; pb_SIG_2:= 0; pb_SIG_3:= 0; pb_SIG_4:= 0; pb_SIG_5:= 0; pb_SIG_6:= 0; pb_SIG_7:= 0; pb_SIG_8:= 0; siRUNUPCNT := RUNUPCYC; // Save RUNUPCYC value ELSE //********************************************************************************** // Technological Section //********************************************************************************** OUT1:=IN1+IN2; IF OUT1>HLIMIT THEN QH_ALM:=true; ELSIF OUT1pb_SIG_1; ELSE siRUNUPCNT := siRUNUPCNT - 1; pbALARM :=FALSE; // Initialization no ALARM pbM_SUP := TRUE; END_IF; END_CASE; 使用 CASE 语句来评估 TOP_SI.NUM 号，并进行相应处理动作： 9 当 OB100 调用该功能块时，即进行相应的初始化动作； 9 当其他 OB 调用该功能块时，即进行相应的的控制任务； 9 判断 siRUNUPCNT 是否为 0，来进行启动前几个周期内的报警抑制功能； A&D Service & Support Page 17-38 2.2.3.7 报警处理 //************************************************************************************** // Messages with ALARM_8P //************************************************************************************** // STRING variables must not be linked to ALARM8_P as auxiliary values // so transfer in array of bytes IF pbALARM THEN ALARM_8P_1 (EN_R := TRUE, // Update output ACK_STATE ID := 16#EEEE, // Data channel for messages (always 16#EEEE) EV_ID:= EV_ID, // Message number > 0 SIG_1:= pb_SIG_1,