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潯之漫智控技術(shù)有限公司  上海詩(shī)慕自動(dòng)化設(shè)備有限公司

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SIMATIC PCS 7工業(yè)庫(kù)（SIMATIC PCS 7 Industry Library，以下簡(jiǎn)稱IL）為PCS 7 V8.0以上版本提供了全新的控制功能庫(kù)，是對(duì)PCS 7高級(jí)過(guò)程庫(kù)（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(gè)行業(yè)庫(kù)，例如，水、廢水處理行業(yè)庫(kù)和樓宇自動(dòng)化行業(yè)庫(kù)。PCS 7 IL與PCS 7 APL一起使用，可對(duì)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。
工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程通常在中央控制室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制和，除此之外，用戶也要求在就地可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單控制，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)惡劣、監(jiān)控要求不高等特點(diǎn)，系統(tǒng)配置中多采用操作員面板作為現(xiàn)場(chǎng)終端操作設(shè)備。
之前的PCS 7系統(tǒng)中，操作員面板不能提供與PCS 7 OS相同風(fēng)格面板，增加了誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)發(fā)面板則需要花費(fèi)更多的時(shí)間。PCS 7 IL為操作員面板與PCS 7系統(tǒng)集成提供了解決方案，通過(guò)與PCS 7 APL (高級(jí)過(guò)程庫(kù)) 進(jìn)行交互的功能塊，為操作員面板提供必要的數(shù)據(jù)，WinCC Flexible中集成了IL Flexible功能庫(kù)，提供標(biāo)準(zhǔn)的塊圖標(biāo)，實(shí)現(xiàn)操作員面板的可視化，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)合理地分配OS與面板之間的操作權(quán)限，防止多點(diǎn)操作而造成不*。

圖1.1 PCS 7工業(yè)庫(kù)

本文以PCS 7 APL MotL為例，配置電機(jī)Motor1、Motor2、Motor3，詳細(xì)介紹如何定義MotL功能塊，如何為工業(yè)庫(kù)中的接口功能塊提供基本數(shù)據(jù)信息，以及在操作面板中進(jìn)行組態(tài)的所需步驟。

2、基本組態(tài)設(shè)置

2.1 創(chuàng)建測(cè)試項(xiàng)目
打開(kāi)PCS 7 ，創(chuàng)建多項(xiàng)目，并插入AS、OP、OS三個(gè)單項(xiàng)目，分別添加SIMATIC 400 Station、SIMATIC HMI-Station和SIMATIC PC Station，進(jìn)行相應(yīng)硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，終項(xiàng)目結(jié)構(gòu)如下所示：

圖2.1 基本項(xiàng)目框架

2.2 CFC組態(tài)
安裝PCS 7 Industry Library后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在CFC中添加功能庫(kù)“Industry Lib PCS 7 V80”，如圖2.2所示。更多關(guān)于IL的安裝信息，可以參考如下文檔：

通過(guò)“Panel”功能塊與PCS 7 APL (高級(jí)過(guò)程庫(kù)) 進(jìn)行交互，為操作員面板提供必要數(shù)據(jù)。

圖2.2 Industry Lib PCS 7 V80

2.2.1 定義“MotL”功能塊
創(chuàng)建3個(gè)CFC程序塊，分別命名為Motor1、Motor2、Motor3。將PCS 7 APL功能塊“MotL”插入至CFC圖表，命名為“Motor1”，打開(kāi)功能塊屬性設(shè)置MsgLock、 OpSt_In及Feature引腳可見(jiàn)，并設(shè)置Feature.Bit25=1（激活消息抑制功能）。

圖2.3 MotL功能塊定義

2.2.2 連接“PMotL”
由Industry Lib PCS 7 V80中將功能塊“PMotL”插入CFC，命名為“PMotL1”，如下圖所示連接PMotL和MotL功能塊。
? SwitchPerm_Out連接OpSt_In，設(shè)定用戶操作權(quán)限，詳細(xì)介紹參見(jiàn)第4章分層操作；
? BlockConnector連接MotL任意輸出引腳，MotL的重要數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)地顯示在操作員面板中；
? MsgLock_Out連接MsgLock，PCS 7 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用“Alarm_8P”在OS畫(huà)面中生成報(bào)警消息，而操作員面板并不支持Alarm_8P，為了OS及操作員面板上均顯示消息并可確認(rèn)，PMotL中使用“Alarm_DQ”生成消息。由于PMotL和MotL都會(huì)發(fā)送消息到OS畫(huà)面，為避免同一報(bào)警信息生成兩條消息，需要將MsgLock_Out連接MsgLock，并設(shè)置Feature.Bit25=1，抑制來(lái)自APL功能塊的消息。

圖2.4 PMotL與MotL連接

2.2.3 創(chuàng)建DB塊
在S7程序Blocks文件夾中創(chuàng)建自定義DB塊“OP_DB”，并創(chuàng)建數(shù)據(jù)類型為INT的參數(shù)“DB_Motor1”，用于連接PMotL接口功能塊。若存在多個(gè)MotL塊分別為每一個(gè)功能塊創(chuàng)建一個(gè)INT類型的參數(shù)。

圖2.5 創(chuàng)建DB塊

將功能塊PMotL的輸出“IDBNo”連接至自定義數(shù)據(jù)塊“OP_DB”的參數(shù)“DB_Motor1”。

圖2.6 PMotL與DB塊連接

2.3 操作員面板組態(tài)
成功安裝PCS 7工業(yè)庫(kù)后就包含了WinCC Flexible庫(kù)“IL_PCS_7_Flex_V80”，存儲(chǔ)路徑為STEP7安裝目錄中（Program files SIEMENSSTEP7S7LIBS）。該庫(kù)集成了標(biāo)準(zhǔn)的面板和塊圖標(biāo)，在畫(huà)面中添加面板和塊圖標(biāo)時(shí)會(huì)自動(dòng)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。
2.3.1 插入IL Flexible面板庫(kù)
*打開(kāi)WinCC Flexible需要加載IL Flexible面板庫(kù)，在Tools中選擇Library，右鍵選擇Library ? Open，加載IL_PCS_7_Flex_V80。

圖2.7插入IL Flexible面板庫(kù)

2.3.2 面板組態(tài)
PCS 7系統(tǒng)中，典型應(yīng)用為多個(gè)同類型的塊圖標(biāo)對(duì)應(yīng)同一個(gè)面板，同一時(shí)刻僅有一個(gè)塊圖標(biāo)能夠打開(kāi)面板。若希望不同的塊圖標(biāo)同時(shí)都能打開(kāi)面板，必須為每個(gè)塊圖標(biāo)創(chuàng)建獨(dú)立的面板，這種應(yīng)用將增加更多的變量。下面將詳細(xì)介紹兩種不同應(yīng)用情況的組態(tài)方法。

可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Coer）簡(jiǎn)要介紹

可編程控制器是60年代末在美國(guó)首先出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Coer），目的是用來(lái)取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能。PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，控制器的硬件是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編成軟件寫(xiě)入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)。控制器和被控對(duì)象連接方便。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)，尤其是微處理器和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到70年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC已不再是邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。

可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)。

可編程控制器對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過(guò)程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門(mén)設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。

可編程控制器的結(jié)構(gòu)多種多樣，但其組成的一般原理基本相同，都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)。通常由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾個(gè)部分組成。

1．中央處理單元（CPU） 

CPU作為整個(gè)PLC的核心，起著總指揮的作用。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個(gè)集成電路的芯片上。CPU通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入輸出接口電路連接。CPU的功能有以下一些：從存儲(chǔ)器中讀取指令，執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中斷。 

2．存儲(chǔ)器（RAM、ROM）

 存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器;存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器；存放工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。常用的存儲(chǔ)器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一種可進(jìn)行讀寫(xiě)操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器存放用戶程序，生成用戶數(shù)據(jù)區(qū)，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。RAM存儲(chǔ)器是一種高密度、低功耗、價(jià)格便宜的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，可用鋰電池做備用電源。掉電時(shí)，可有效地保持存儲(chǔ)的信息。EPROM、EEPROM都是只讀存儲(chǔ)器。用這些類型存儲(chǔ)器固化系統(tǒng)管理程序和應(yīng)用程序。

 3．輸入輸出單元（I/O單元） 

I/O單元實(shí)際上是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等。PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。  

4．電源  

PLC電源單元包括系統(tǒng)的電源及備用電池，電源單元的作用是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓。PLC內(nèi)有一個(gè)穩(wěn)壓電源用于對(duì)PLC的CPU單元和I/O單元供電。 

5．編程器  

編程器是PLC的重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序，修改程序，監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。除此以外，在個(gè)人計(jì)算機(jī)上添加適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)PLC編程。利用微機(jī)作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。

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PLC的工作的三個(gè)基本過(guò)程內(nèi)容

  PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過(guò)程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個(gè)階段。全過(guò)程掃描一次所需的時(shí)間稱為掃描周期。當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時(shí)，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。

      1．輸入處理

      輸入處理也叫輸入采樣。在此階段，順序讀入所有輸入端子的通端狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存中所對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在此輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行時(shí)，輸入映象寄存器與外界隔離，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，其映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)發(fā)生變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被讀入信息。

        2．程序執(zhí)行

        根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，按先左后右先上后下的步序，逐句掃描，執(zhí)行程序。遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。從用戶程序涉及到輸入輸出狀態(tài)時(shí)，PLC從輸入映象寄存器中讀出上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映象寄存器讀出對(duì)應(yīng)映象寄存器，根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，存入有關(guān)器件寄存器中。對(duì)每個(gè)器件來(lái)說(shuō)，器件映象寄存器中所寄存的內(nèi)容，會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程而變化。 

       3．輸出處理 

      程序執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的狀態(tài)，在輸出處理階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，通過(guò)隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大電路，使輸出端子向外界輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。