如何使用PCS 7工业库的Aggregate功能

1、工业库简介
SIMATIC PCS 7工业库（SIMATIC PCS 7 Industry Library，以下简称IL）为PCS 7 V8.0以上版本提供了全新的控制功能库，是对PCS 7高级过程库（APL）的扩展，集成了非标准PCS 7 系统的工厂组件，包括S7-300控制器或者WinCC Flexible操作员面板。此外，IL中还集成了多个行业库，例如，水、废水处理行业库和楼宇自动化行业库。PCS 7 IL与PCS 7 APL一起使用，可对不同领域内的控制任务实现协调一致的总体解决方案。
工业生产过程中通常有这样一种需求：若干个相同设备（如泵等）构成一个运行组，通过一定的程序控制组内各设备的起停切换，从而实现组内各设备的运行时间和/或运行负荷的均衡（也就是通常说的泵的几用几备）。例如，根据当前生产过程中的运行负荷大小变化，实时的调整组内起动的设备数目，避免设备过载。又如，为了避免组内一两台设备长期运行而其它设备空闲导致的设备疲劳程度不一，可以定时的切换运行的设备，保证组内各设备的总运行时间均等。
工业库的Aggregate聚合功能块正是针对此类应用的解决方案。PCS 7工业库可以实现8/16个设备组的聚合应用，而S7工业库也可以实现8个设备组的聚合应用。以下仅对PCS 7 工业库Aggregate聚合功能块进行介绍， S7工业库与之类似。

图1.1 PCS 7工业库

2、Aggregate功能块基本特性介绍
PCS 7工业库Aggregate块主要用于一个运行组内设备的起停切换（以下称之为聚合）。Aggr08可实现最多包括8个设备的运行组聚合，Aggr16可实现最多包括16个设备的运行组聚合。

2.1 Aggregate功能块调用及基本管脚介绍
PCS 7工业库Aggregate功能块的编号是FB1114(Aggr08)和FB1113（Aggr16），在CFC编程窗口左侧的Libraries结构中“Industry Lib PCS 7 V80\”Blocks\Blocks”\ Operate”可以找到，如下图所示。

图2.1 Industry Lib PCS 7 V80

Aggregate功能块的基本管脚如下图所示，关于功能块或者全部管脚的相关信息可以查看在线帮助：

图2.2 Aggr08功能块管脚

2.2 Aggregate功能块的聚合方式
有两种类型的聚合方式（通过功能块参数OPTimeSwMode进行选择），以实现运行组内指定数目的设备聚合：
• 基于主设备单元（Master Unit）的聚合（功能块参数OPTimeSwMode=0）：该模式下设备组内将指定一个主设备单元（由OS面板选择或由AS程序连接指定），每次指定完主设备单元，并已指定需起动的设备数目后，设备组内以主设备单元序号为首，序号依次排列的指定数目的设备将会被起动并始终投入运行；直至主设备单元序号发生切换或者需起动的设备数目被更改。
注：主设备单元有三种切换方式可供选择：内给定切换、外给定切换、定时切换，将在2.4.2章节详细介绍。
• 基于运行时间的聚合（功能块OPTimeSwMode=1）：该模式下，系统将根据设备组内各设备的已运行时间来起停设备。每次起动设备时将会起动设备组内已运行时间最短的设备，而每次停止设备时将停止设备组内已运行时间最长的设备。所有设备的已投运时间需要在输入参数RunTi01-RunTi08/RunTi16中设定。这种模式下聚合块不会主动去切换组内设备，仅在需起动设备数目被更改或者组内有设备状态发生变化（如本来已运行的设备突然故障停止）时，才会进行设备的切换。
注：无论哪种方式的聚合，都只能切换处于自动模式下的设备。如果运行组内有设备处于手动模式或其它模式，聚合功能虽然不能控制该设备的起停，但该设备的运行状态仍然计入运行组的统计范围内，例如，运行组内有3个自动模式电机、1个手动模式电机正在运行，那么整个运行组内运行的电机数目为4个。

2.3 Aggregate的操作模式
PCS 7 工业库Aggregate块有3种操作模式，介绍如下：
• 自动模式：此操作模式下，聚合由程序功能块的输出来自动控制
• 手动模式：此操作模式下，聚合由操作员通过上位机面板手动控制
• 停止运行：“停止运行”操作模式适用于所有带操作模式切换的功能块，该操作模式适用于维护和维修阶段（例如，更换设备）。进入此模式后，功能块将被禁用，上位机面板、程序自动控制命令等都不能控制聚合功能块，也不会生成任何报警消息。在此操作模式下，所有受聚合块控制的设备输出将设置到安全位置。
Aggregate功能块的模式设定方式及模式切换原则与APL库类似，这里不再进行详细介绍，用户可以参考工业库在线帮助或者以下APL库功能文档：

2.4 Aggregate的聚合参数给定

2.4.1 聚合设备数目给定
PCS 7工业库Aggregate块的聚合设备数目（运行组内同时运行的设备数目）可以通过内部设定值或外部设定值两套独立的参数进行设定。运行过程中选择哪套参数的数据可以在程序中配置，也可以在操作面板上来选择。设定值源选择的方式由功能块管脚NoLiOp决定。
当NoLiOp=0时，由操作员在标准面板中选择使用内部设定值还是外部设定值，如图所示。

图2.3 面板选择聚合设备数目

当NoLiOp=1时，由用户程序来切换内部/外部设定值，会使用到下表中的功能块管脚：

如果ExtNoLi和IntNoLi都被设备为1,那么内部设定值会有更高的优先级，即系统将使用内部设定值，此时回路不会产生错误信息。

2.4.2 Master Unit的切换方式
基于主设备单元（Master Unit）聚合时可以通过内给定切换、外给定切换、定时切换三种方式切换主单元。
• 内给定切换：由操作员面板上设定Master Unit序号
• 外给定切换：由功能块引脚参数ExtSw的上升沿触发Master Unit的切换
• 定时切换：通过功能块引脚参数ChangeTime(最大24天)设定自动切换Master Unit的时间间隔

注：外给定切换和定时切换均以序号大小切换Mater Unit，默认从1开始依次进行。也可以通过设置Feature bit 6=1，来定义第一个运行的设备作为Master Unit进行依次切换。

运行过程中选择哪种切换方式可以在程序中配置，也可以在操作面板上来选择。设定值源选择的方式由功能块管脚SwLiOp决定。
当SwLiOp=0时，由操作员在标准面板中选择Master Unit 切换模式，如图所示。

图2.4 面板选择主设备单元切换方式

当SwLiOp=1时，由用户程序来切换Master Unit 切换模式，会使用到下表中的功能块管脚：

外给定和内给定切换方式比定时切换有更高的优先级。内给定的优先级高于外给定，例如ExtSwLi和IntSwLi不小心同时被设置为1，则系统将优先使用内部设定值，但会在面板上产生错误信息，如图所示。
注：实际操作中应避免出现此类情况。

图2.5 同时激活内给定切换和外给定切换会报错

本文以PCS 7工业库的聚合功能块Aggr08(可以实现8个设备的聚合)，配置8个 APL MotL电机Motor1-8为例，详细介绍如何设计一个聚合的电机运行组的组态步骤。通过此例用户可以了解Aggregate的功能，模块接口的具体组态，以及如何在OS侧通过面板进行聚合控制。

3、基本组态设置

3.1 创建测试项目
打开PCS 7 ，创建多项目，并插入AS、OS两个单项目，分别添加SIMATIC 400 Station和SIMATIC PC Station，进行相应硬件及网络组态，最终项目结构如下所示：

图3.1 基本项目框架

3.2 CFC组态

3.2.1 定义“MotL”功能块
创建8个CFC程序块，分别命名为Motor1、Motor2、Motor3…Motor8，与Aggregate程序块构成一个电机运行组。

图3.2 插入CFC程序

将PCS 7 APL功能块“MotL”插入至CFC图表，构建基本电机控制回路，如图所示

图3.3 MotL基本控制回路

3.2.2 计算电机运行时间
调用APL 库Count功能块CountOh（FB1864）计算电机的已投运时间。该功能块可进行加计时或减计时。此处选择加计时，将电机的运行状态RUN引脚连接到CountOh的In引脚，做为CountOh的计时输入信号。

图3.4 计算电机的运行时间

注：使用S7工业库时，将调用电机功能块S7Mot，由于S7Mot提供运行时间计算功能，可以省去这一步。

3.2.3 定义Aggregate功能块及其与Motor程序的互连参数
安装PCS 7 Industry Library后系统会自动在CFC中添加功能库“Industry Lib PCS 7 V80”。创建CFC程序块Aggregate，调用工业库的Aggr08(FB114)功能块。
运行组的设备总数由MaxAggr引脚设置，将MaxAggr设置为8。
完成以下功能块间的连接，将运行组各电机的准备状态、运行状态、运行时间参数传递到Aggr08中：

• Motor1-8的RdyToStart输出引脚连接至Aggr08的Aggr1Rdy-Aggr8Rdy输入引脚
• Motor1-8的Run输出引脚连接至Aggr08的Aggr1Started-Aggr8Started输入引脚
• CountOh1-8的TotalTime(默认为隐藏输出引脚) 连接至Aggr08的RunTi01-RunTi08输入引脚

图3.5 单个设备对聚合块的状态反馈信号

Aggregate功能块的控制信号将做为各电机的自动模式起停信号，将Aggr08的Start01-Start08输出引脚分别连接至Motor1-8的StartAut/StopAut输入引脚。如图所示。

图3.6 聚合块对组内设备的控制输出

3.3 画面图标与面板
编译AS与OS程序，将在画面中生成Aggr08、Motor1-8、CountOh1-8的OS图标，如图所示。

图3.7 OS画面

3.3.1 Aggregate功能块图标
Aggregate功能块图标中会显示运行组中的如下基本信息：

表1 聚合块图标的状态显示

3.3.2 Aggregate面板视图
Aggregate功能块提供以下视图：
• 标准视图：显示功能块当前运行的模式、设定值、组内设备的基本信息等

图3.8 标准视图

• 报警视图：显示功能块报警信息

图3.9 报警视图

• 参数视图：详细显示设备组运行状态和组内各设备的运行信息

图3.10 参数视图

• 预览视图：如果设定了操作站的分层控制，此处显示拥有控制权限的操作层级

图3.11 预览视图

• Memo视图：提供运行过程中的记事板功能

图3.12 Memo视图

• Batch视图：如果使用了Batch功能，此处显示Batch功能

4操作与运行
以下介绍在面板上进行聚合参数的设置。首先激活Aggregate功能，如图所示。

图4.1 启动聚合功能

4.1 设定聚合设备数目
设备运行组内同时运行的设备数目（聚合设备数目）可通过面板或者在程序中设置。

4.1.1 内给定方式
通过面板（NoLiOp=0）或者AS程序(NoLiOp=1且IntNoLi=1)选择内给定方式后，聚合设备数目由操作员在面板中设置，如图所示。

图4.2 在面板上设定聚合设备数目

4.1.2 外给定方式
通过面板（NoLiOp=0）或者AS程序(NoLiOp=1且ExtNoLi=1)选择外给定方式后，聚合设备数目由AS程序进行调节，如图所示。

图4.3外给定时通过参数UnitReqL设定聚合设备数目

4.2 基于主设备单元（Master Unit）的聚合
设置功能块参数OPTimeSwMode=0，功能块将基于主设备单元进行聚合。

图4.4 设置聚合方式

操作面板中将显示聚合方式为Master Aggregate方式。

图4.5 Master Unit 模式的面板显示

此时可以通过面板（SwLiOp=0）或者AS程序(SwLiOp=1)选择主设备单元的切换方式。

4.2.1 内给定切换方式
通过面板（SwLiOp=0）或者AS程序(SwLiOp=1且IntSwLi=1)选择内给定切换方式后，主设备单元序号由操作员在面板上设置。每次操作员修改主设备单元序号后立刻执行组内运行设备的切换。

图4.6 内给定时通过面板设置Master Unit

4.2.2 外给定切换方式
通过面板（SwLiOp=0）或者AS程序(SwLiOp=1且ExtSwLi=1)选择外给定切换方式后，主设备单元的切换由来自Aggregate功能块引脚ExtSw的上升沿触发。可以将该引脚连接到现场的切换开关或程序中相应的切换逻辑输出上以实现切换。切换顺序按设备组的序号顺序由小到大依次切换。

图4.7 外给定时Master Unit的切换

4.2.3 定时切换方式
通过面板（SwLiOp=0）或者AS程序(SwLiOp=1且TimeSwLi=1)选择定时切换方式后，主设备单元序号将定时切换。定时时间在Aggregate功能块引脚ChangeTime设定（设定范围0－24天）。切换顺序按设备组的序号顺序由小到大依次切换。

图4.8 定时切换时Master Unit的切换

4.3 基于运行时间（Operating Hour）的聚合
设置功能块参数OPTimeSwMode=1，功能块将基于运行时间进行聚合。
该运行方式下，设备的起停切换决定于组内设备运行状态，因此无需设置聚合的切换方式或者切换条件。仍然可以设置运行组内设备的聚合数目。
如果由于组内设备状态变化（例如单个电机发生故障、运行的电机被操作员手动停止等），或者聚合设备数目发生变化，运行组内设备将会被程序控制自动执行切换，每次起动设备时将起动总运行时间最短的设备，每次停止设备时将停止总运行时间最长的设备。

图4.9 Operating Hour方式的面板显示

关键词
PCS 7 工业库，Aggregate功能，聚合

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