如何基于工业库在PCS 7中集成Panel

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。
工业生产过程通常在中央控制室对现场设备进行控制和监视，除此之外，用户也要求在就地可以对设备进行简单控制，由于现场环境相对恶劣、监控要求不高等特点，系统配置中多采用操作员面板作为现场终端操作设备。
之前的PCS 7系统中，操作员面板不能提供与PCS 7 OS相同风格面板，增加了误操作的风险，开发面板则需要花费更多的时间。PCS 7 IL为操作员面板与PCS 7系统集成提供了解决方案，通过与PCS 7 APL (高级过程库) 进行交互的功能块，为操作员面板提供必要的数据，WinCC Flexible中集成了IL Flexible功能库，提供标准的块图标，实现操作员面板的可视化，同时可以实现合理地分配OS与面板之间的操作权限，防止多点操作而造成不一致。

图1.1 PCS 7工业库

本文以PCS 7 APL MotL为例，配置电机Motor1、Motor2、Motor3，详细介绍如何定义MotL功能块，如何为工业库中的接口功能块提供基本数据信息，以及在操作面板中进行组态的所需步骤。

2、基本组态设置

2.1 创建测试项目
打开PCS 7 ，创建多项目，并插入AS、OP、OS三个单项目，分别添加SIMATIC 400 Station、SIMATIC HMI-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2.1 基本项目框架

2.2 CFC组态
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”，如图2.2所示。更多关于IL的安装信息，可以参考如下文档：

通过“Panel”功能块与PCS 7 APL (高级过程库) 进行交互，为操作员面板提供必要数据。

图2.2 Industry Lib PCS 7 V80

2.2.1 定义“MotL”功能块
创建3个CFC程序块，分别命名为Motor1、Motor2、Motor3。将PCS 7 APL功能块“MotL”插入至CFC图表，命名为“Motor1”，打开功能块属性设置MsgLock、 OpSt_In及Feature引脚可见，并设置Feature.Bit25=1（激活消息抑制功能）。

图2.3 MotL功能块定义

2.2.2 连接“PMotL”
由Industry Lib PCS 7 V80中将功能块“PMotL”插入CFC，命名为“PMotL1”，如下图所示连接PMotL和MotL功能块。
• SwitchPerm_Out连接OpSt_In，设定用户操作权限，详细介绍参见第4章分层操作；
• BlockConnector连接MotL任意输出引脚，MotL的重要数据会自动地显示在操作员面板中；
• MsgLock_Out连接MsgLock，PCS 7 标准系统通过调用“Alarm_8P”在OS画面中生成报警消息，而操作员面板并不支持Alarm_8P，为了OS及操作员面板上均显示消息并可确认，PMotL中使用“Alarm_DQ”生成消息。由于PMotL和MotL都会发送消息到OS画面，为避免同一报警信息生成两条消息，需要将MsgLock_Out连接MsgLock，并设置Feature.Bit25=1，抑制来自APL功能块的消息。

图2.4 PMotL与MotL连接

2.2.3 创建DB块
在S7程序Blocks文件夹中创建自定义DB块“OP_DB”，并创建数据类型为INT的参数“DB_Motor1”，用于连接PMotL接口功能块。若存在多个MotL块分别为每一个功能块创建一个INT类型的参数。

图2.5 创建DB块

将功能块PMotL的输出“IDBNo”连接至自定义数据块“OP_DB”的参数“DB_Motor1”。

图2.6 PMotL与DB块连接

2.3 操作员面板组态
成功安装PCS 7工业库后就包含了WinCC Flexible库“IL_PCS_7_Flex_V80”，存储路径为STEP7安装目录中（\Program files \SIEMENS\STEP7\S7LIBS）。该库集成了标准的面板和块图标，在画面中添加面板和块图标时会自动创建变量、连接、文本列表等，用户只需要根据项目情况做适当调整即可。
2.3.1 插入IL Flexible面板库
首次打开WinCC Flexible需要加载IL Flexible面板库，在Tools中选择Library，右键选择Library  Open，加载IL_PCS_7_Flex_V80。

图2.7插入IL Flexible面板库

2.3.2 面板组态
PCS 7系统中，典型应用为多个同类型的块图标对应同一个面板，同一时刻仅有一个块图标能够打开面板。若希望不同的块图标同时都能打开面板，必须为每个块图标创建独立的面板，这种应用将增加更多的变量。下面将详细介绍两种不同应用情况的组态方法。

2.3.2.1 多个同类型块图标调用一个面板
从库中将MotL对应的面板添加到画面中，系统会自动创建变量文件夹 “ IL FaceplateMotFaceplateMot_1”，及一个与AS的连接。为了保证多个块图标对应同一个面板，面板创建后不能更改变量文件夹名“FaceplateMot_1”。

图2.8 添加MotL的Faceplate

添加MotL对应的块图标，自动生成“MotL_1”变量文件夹，修改MotL_1名为“Motor1”。重复该步骤，添加块图标Motor2、Motor3。每次添加块图标或面板都会自动创建一个新的连接，手动删除多余连接，仅保存一条连接即可。

图2.9 添加MotL块图标

打开块图标的属性对话框，编辑“General（常规）”属性中的“Block name（块名称）”参数，输入块名称“Motor1”，建议输入一个有意义的名称，如过程标签名称。

图2.10 设置块图标名称

为了确保面板上显示与块图标一致，须将面板中的“Blockname”设置同块图标的“Blockname”。利用块图标中的Click事件设置面板的Blockname。

图2.11 设置Faceplate名称

2.3.2.2 每一个块图标调用一个面板
为了实现每个块图标都能显示独立的面板，分别从库中添加MotL对应的块图标及面板后，再修改生成的变量文件夹名MotL_1改为Motor1，FaceplateMotL_1改为FaceplateMotor1。面板可以放置与块图标同一个画面中，或是不同画面中。如图2.11所示。

图2.12 每一个块图标调用一个面板

重复上述过程，添加Motor2、Motor3。如图2.12所示。为块图标及面板设置合理的Blockname，设置过程如图2.9、2.10所示。

图2.13 修改变量文件夹名称

2.3.3 建立连接
为了建立S7-400与操作员面板的连接，打开WinCC FlexibleCommunicationConnections，每次添加块图标或面板时都会创建一个连接，因此仅保留一条链接“Connection_1”，手动删除多余连接 。

图2.14 删除无用连接

双击打开块图标变量文件夹“Motor1”，将无效的连接更改为Connection_1，使其建立与S7-400的连接。修改Pointer变量地址为在程序中创建的DB块地址“OP_DB”.DB_Motor1。对Motor2、Motor3依次修改并连接相应DB块地址。请注意，对于块图标及面板仅Pointer参数需要连接实际地址，其他参数都是通过Pointer变量间接寻址。因此必须正确的设置Pointer变量地址，才能保证块图标及面板与CPU的正常连接。

图2.15 修改块图标连接

打开面板变量文件夹“FaceplateMotor1”，将变量的无效连接更改为Connection_1。对于每个块图标调用一个面板的情况，分别修改Motor2、Motor3对应的变量连接。

图2.16 修改面板连接

2.3.5运行
面板组态完成后，需要向Panel中进行下载。本文不介绍WinCC Flexible的基本使用和HMI画面的组态下载过程。详细可以参考下面链接。

下载组态运行后，运行OS操作站以及操作员面板。在OS运行操作界面中（图2.17），除了“MotL”生成的面板及块图标外，“PMotL”功能块也创建了相应的块图标及面板，可以显示现场设备所处的操作层级以及相关的报警信息。

图2.17 OS运行操作

图2.18 操作员面板运行操作

3、时间同步
PCS 7系统基于TIA的方式构建，整个系统包括不同的组件，有服务器、客户端、AS自动化系统，ET200远程站等。为了确保生成信息时间的准确性，变量归档、报警归档具有可比性，要求PCS 7系统必须实现时间同步。
PCS 7系统时间同步主要通过以下两种方法实现：
• SIMATIC Mode方式：该方式为西门子系统时间同步方式，仅西门子相关产品支持；
• NTP方式：网络时间协议，自动化系统中带有集成以太网口的控制器或CP卡均支持该方式，Windows系统也支持该方式。
关于时间同步的详细信息，请参考“西门子过程控制系统-PCS 7时间同步”手册：
http://www.ad.siemens.com.cn/download/docMessage.aspx?id=6769

对于PCS 7集成Panel，为了保证时间一致，操作员面板也必须进行时间同步。但Panel不支持上述两种时间同步方式，需借助区域指针将当前系统时间与所连接的AS控制器进行同步。
典型的PCS 7系统设置OS服务器为时间主站，客户端及AS控制器为时间从站，操作员面板通过区域指针与AS同步，具体设置步骤如下。

3.1 PCS 7系统时间同步设置

3.1.1 设置OS服务器时间主站
• 打开OS硬件组态，双击CP1623卡打开属性设置对话框，切换至Options选项卡，激活Time of day功能，如图3.1所示。请注意，若网卡为IE General则无需此步骤。

图3.1 CP1623时间同步激活

• 使用WinCC Explorer打开OS项目，双击Time Synchronization选项，激活Synchronization via system bus，选择CP1623网卡，作为时间主站。如图3.2所示。

图3.2 服务器设置时间

3.1.2 设置OS客户端时间从站
• 使用WinCC Explorer打开OS客户端项目，双击Time Synchronization选项，激活Synchronization via terminal bus，如图3.3所示。

图3.3 客户端设置时间同步

3.1.3 设置AS时间从站
• 双击打开CPU属性，切换到Diagnostics/Clock选项卡，如下图所示，设置CPU时钟属性。

图3.4 AS站设置时间同步

• 双击CP443-1以太网卡，切换至Time-of-Day Synchronization选项卡，激活时钟同步功能，如图3.5所示。

图3.5 CP443-1设置时间同步

3.2 操作员面板时间同步
• 创建DB块，为操作员面板提供时间信号。由于操作面板要求区域指针长度为12个字节，而AS中的时间日期数据只有8个字节，因此必须创建4个保留字节，以确保与区域指针长度匹配。

图3.6 创建DB块

• 使用系统功能块SFC1（READ_CLK）函数块读取时钟时间并存入DB参数“OP_TIME”中。

图3.7 读取CPU系统时间

• 打开WinCC FlexibleCommunicationArea pointer，为区域指针Date/time PLC设定连接及地址。

图3.8 连接区域指针

• 时间同步设置完成。

4、分层操作
PCS 7系统一般可以划分多个操作层级，如中央控制室、区域控制室、就地控制室、就地操作等等，每个层级都可以对同一现场设备进行操作。有些情况，用户希望只是位于就地的操作员面板可以操作设备，而位于中控室的计算机禁止操作，或者要求不能同时操作设备，防止多点操作造成设备的误动作，保证人身安全、设备可靠稳定运行，因此分层操作控制是必不可少的。分层操作可以在工厂范围内协调各个层级的操作，提高工作效率、优化人员调配。
PCS 7 APL功能库OpStations可以实现基于操作站的分层控制，而操作员面板与操作站OS之间权限控制的功能，可以通过PCS 7工业库的UsrM功能块来实现。组态步骤如下：
关于APL库“OpStations”功能块的使用请参考下面文档。

4.1 建立枚举变量
为了能够在程序块图标上显示现场设备所属的操作层级，需要创建枚举变量“IL_OpLong”和“IL_OpShort”。如图4.1所示，新建“Shared Declarations”，在“Shared Declarations”—“Enumerations”中新建两个枚举变量，命名为“IL_OpLong” 和“IL_OpShort”。
由于IL FOR PCS 7和APL中的功能块采用位编码的操作层级，如2#1层级1、2#32层级5等。因此定义数值0的枚举对象，并设置名称“NoOperation”。数值1、2、4、8、16、32、64、128为8个层级创建枚举对象，并将其命名为与相应控制层级的名称。“Display name”最终将显示到OS上。

图4.1 创建“IL_OpLong”

图4.2创建“IL_OpShort”

4.2 组态UsrM
将功能块“UsrM”添加至新的或者先前的CFC中。“Dev01Act-Dev08Act”指定8个层级是否可用。“KeySwitch”定义操作层级是否可以在OS中手动选择，或通过KeySwitch与KeySwLvl配合可以通过程序定义选择的操作层级。“MaxLevel”定义在OS中显示的最大操作层级数量。

图4.3 UsrM组态

连接UsrM至PMotL1，如图4.4所示。

图4.4 UsrM与PMotL连接

选择需要连接的设备功能块（此例为Motor1），在其Feature变量中设置Feature.Bit24=1（激活本地用户权限）。

图4.4 激活本地用户权限

4.3 操作层级权限组态

4.3.1 OS组态
在WinCC Explorer打开操作站的OS项目，在Tag Management  Internal tags  Split Screen Manager中找到内部变量@APLOpStation，右键属性中选择Limits/Reporting，StartValue定义为操作层级的起始值。若MotL参数“OpSt_In”值与@APLOpStation相等，则可以在OS中对设备进行操作。

图4.5 OS操作层级组态

4.3.2 操作员面板组态
在接口功能块“PMotL”中设置参数“PanelPerm”，用于操作面板指定的操作层级。只有当PanelPerm值等于SwitchPerm参数值时才可能在操作员面板中对设备进行操作。

图4.6 接口功能块操作层级组态

当WinCC Flexible中添加面板“Faceplate_1”时，会自动创建文本列表，用于面板操作层级的显示。修改“Permission_PCS 7”文本列表，使其与枚举变量”IL_OpLong”一致。

图4.7 WinCC Flexible文本列表

4.4 操作运行
通过UsrM选择ControlRoom控制，OS操作站上可以实现对电机Motor1的操作，而操作员面板不可操作，并显示设备当前的操作层级。

图4.8 UsrM操作运行效果

5、 S7-400H CPU与操作员面板的组态
对于配置S7-400H的操作员面板组态过程与标准CPU的组态过程基本相同，不同的是操作员面板需要分别与冗余CPU建立连接，此外需要在WinCC Flexible中组态虚拟连接，以确保操作员面板可以在冗余CPU之间切换。
关于400H系统如何与操作员面板建立S7容错连接，请参考下面链接。

关键词
PCS 7 工业库，操作员面板，时间同步，多用户操作

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