编程实例 | 一个案例聊聊S7-1200 PLC配方功能

显示全部楼层 · 2024-4-26 08:08:45

配方功能介绍
PART 01
在日常的非标自动化项目中，经常会遇到，一台非标设备会生产多种规格的产品，而不同的产品对应的生产参数是不同的(如：压力，移动位置等）；这种情况下，我们就会用到配方的概念。

通常这些配方的参数数据存放在CPU工作存储器的DB块或M区，但是很多时候这些数据的数据量特别大，数值却是固定不变的，或者只是偶尔在需要的时候小做改动。

而对于S7-1200来说，工作存储器最大也只有150kB（S7-1217C），所以可以考虑将这些数据，放入更大的装载存储器。对于S7-1200，内置装载存储器有1MB（S7-1211C、S7-1212C）、2MB（S7-1214C V3.0以下）和4MB（S7-1214C V3.0以上、S7-1215C、S7-1217C）三种，如果通过存储卡扩展，理论上可以最多到32GB。

从 TIA PORTAL STEP 7 V11 SP2 开始，S7-1200 固件版本 V2.0 开始，S7-1200支持将DB块仅存储在装载内存中。并且提供指令READ_DBL将仅存储在装载存储器的数据复制到工作存储器，WRIT_DBL将工作存储器的数据复制到仅存储在装载存储器的数据块。这样就可以在需要时获取配方数据与修改配方数据。但是这时通常只能在TIA PORTAL软件的DB块中编辑配方数据，不是很方便。

从 TIA PORTAL STEP 7 V13 开始，S7-1200 CPU 固件版本 V4.0 开始，又提供了两条配方函数指令，使得配方数据可以导入、导出，得以在PC上使用EXCEL等软件更方便的编辑。

其中RecipeExport指令将完整的配方数据块导出，存储在 CPU 装载存储器的永久性配方数据文件中。配方数据文件按照标准 CSV 格式存储在 S7-1200 CPU 装载存储器中。

而RecipeImport指令将配方数据从装载存储器上的 CSV 文件导入到装载存储器上的配方数据块中。此过程会覆盖之前数据块中的值。
注意：以上四个指令都不支持使用PLCSIM进行仿真，只能使用真实CPU。

配方相关指令
PART 02
配方相关指令位于以下路径：扩展指令—>配方和数据记录—>配方函数以及扩展指令—>数据块控制，具体位置参见图 1 红框。

▲ 图1.配方相关指令

配方功能快速入门
PART 03
配方数据文件按照标准 CSV 格式存储在 S7-1200 CPU 装载存储器或 S7-1200 SIMATIC 存储卡“程序卡”中。分别可通过 PLC Web 服务器或对于存储卡文件操作，将数据文件传送到 PC 进行管理和查看。也可将修改过后的配方数据文件上传至PLC，再通过“RecipeImport”配方导入指令更新PLC装载存储器中配方数据块的数值。

测试实例
PART 04
SIMATIC S7-1200 系列 CPU 使用配方数据功能，需要注意以下几两点：

程序中创建一个配方数据块，此 DB 块必须存储在 CPU 装载存储器中，可以使用 CPU 内部装载存储器或程序卡
程序中创建一个活动配方数据块，此 DB 块必须在 CPU 工作存储器中，使用程序逻辑读取或写入一个活动配方记录

下面，举例说明用 S7-1200 实现配方的写入和读取功能。为方便配方数据操作，按照下图思路进行项目编程：

▲ 图1.配方项目框图

测试环境：

操作系统：Win 10 64bit Pro 1703
软件：TIA PORTAL V15 Update 4
测试软件：Notepad++ V7.5.8
硬件：S7-1215C DC/DC/DC V4.2.3
订货号：6ES7215-1AG40-0XB0

实现步骤
PART 05
1.定义一个 PLC 数据类型（UDT）

配方数据块必须包含数组，可以是一维的也可以是多维的，数组元素是 PLC 数据类型或结构。在这个配方实例中使用 PLC 数据类型创建配方数据块。

在此，创建一个 PLC 数据类型，以定义一个配方记录中的所有组成，以制造蛋糕为例，建立UDT过程参见链接，建好后如图2所示。

▲ 图2.定义 PLC 数据类型

数据类型是一个数据模板，它在每个配方数据块以及活动配方数据块中重复使用。输入所有实例配方共用的成分名称和数据类型，根据分配给配方成分的数值不同而产生不同的产品配方。

2.使用 PLC 数据类型创建配方数据块
创建一个配方数据块，为全局数据块，并启用数据块属性"仅存储在装载内存中"，如图3红圈所示。本例中，配方数据 DB 块名称为 "DB1_蛋糕配方”，如图4所示，插入一个数组类型变量，数组元素的数据类型为"蛋糕配方"，本例中设置数组限值0..7，即可创建8个配方，可根据实际情况调整。

注意，如果需要使用RecipeExport和RecipeImport导入导出，配方DB块的名称中尽量不出现中文字符，否则在WEB页面操作会略微麻烦一些，具体详见配方数据的管理。本例为显示直观，所以使用了“DB1_蛋糕配方”的名字。

▲ 图3.定义数据块属性

▲ 图4.创建配方数据块

对于图3的优化的块访问选项，一般默认激活，因为从S7-1200 V4.2起，对于仅存储于装载存储器的优化块的大小限制为256kB，而仅存储于装载存储器的非优化块仅有64kB，显然优化块可以存储更多的配方记录，如果单个配方数据太多，需要放在多个DB中，也可以减少DB块个数。

3.在工作存储器中创建活动配方 DB，并通过“READ_DBL”和“WRIT_DBL”指令实现对装载存储区配方数据块的读写操作

在工作存储器中准备一个活动配方数据块，用于配方数据的写入和读取。在本例中，在工作存储器中创建了一个全局数据块，名称为 "DB2_活动配方”，类型为“蛋糕配方”，如图5所示。

▲ 图5.添加活动配方块

确定后，就可以得到活动配方数据块，该块只由一组配方组成，如图6所示。

▲ 图6.活动配方数据块

注意，因为指令“READ_DBL”和“WRIT_DBL”的缘故，要求活动配方数据块与配方数据块的优化属性必须相同，即都同时是优化数据块，或者同时是非优化数据块。

将这个 DB 块作为与装载存储器中配方数据块的接口，分别通过指令“WRIT_DBL”能实时将存于工作存储器的活动配方数据写入至装载存储器的配方数据块，或者通过指令“READ_DBL”实时读取装载存储器的配方数据块到工作存储区中活动配方数据。

4.导出配方数据块
对于S7-1200 V4.0及其以后版本的CPU，可以使用指令RecipeExport和RecipeImport对配方数据块进行导入和导出，在电脑上使用EXCEL、ASCII编辑器等工具编辑。

对于S7-1200 V4.0以前的版本，一般建议直接在配方数据块的起始值输入配方，这一部分用户可以直接跳过下面4-6步，直接看第7步。

在本例中，直接在OB1使用LAD语言调用RecipeExport和后面的RecipeImport块，实际使用时可以在FC/FB，或者FB的多重背景中使用，语言也可以使用FBD、SCL。

首先新建DB块，用于调用块的请求与状态位等，名称为"DB3_操作"，建立结构体"Export"，以及相关变量，如图7所示。

▲ 图7. 建立结构体

在 OB1 调用RecipeExport，以及捕捉是否完成及错误代码等程序，如图8所示。

▲ 图8.调用RecipeExport指令

5.配方csv文件的导入和导出
可以使用Web服务器或者存储卡的方式对csv文件进行导入和导出，在电脑上的Excel等软件上进行配方数据的编辑，具体操作详见配方数据的管理。

6.导入配方数据块
当配方文件通过WEB上载完成，或通过存储卡重新导入文件后，就可以导入配方数据块。和第4步类似，在DB块"DB3操作"，中建立结构体"Import"，以及相关变量，结构同"Export"，如图9所示，用于RecipeImport的请求与状态位。

▲ 图9. 建立结构体

在 OB1 调用RecipeImport，以及捕捉是否完成及错误代码等程序，如图10所示。思路同第4步。

▲ 图10.调用RecipeImport指令

7.读取配方数据
经过使用配方指令或者直接在配方数据块的编辑，此时配方数据已经保存在PLC的装载存储器中，需要使用READ_DBL指令读取出来。可以在DB块"DB3操作"，建立一个Int类型变量Index用作配方编号。对于本例，配方数组限值为0-7，所以该配方编号变量取值范围也是0-7，可以在HMI画面上设置该值，也可以在程序中设置该值。此外同样在DB块"DB3_操作"，建立结构体"Read"，以及相关变量，用于READ_DBL的请求与状态位，如图11所示。

▲ 图11.建立Index变量及结构体

然后利用数组的索引寻址功能，将配方数组指定索引的变量读取到活动配方，即如果需要配方0送到活动配方数据块，则Index赋值为0，需要配方1送到活动配方数据块，则Index赋值为1，......，具体程序如图12所示。

▲ 图12.读配方

然后就可以直接使用活动配方了，不论是程序中，还是HMI画面中。例如本例中，当Index=0时，读出的活动配方DB，如图13所示。

▲ 图13.活动配方数据

8.在线修改配方
通常配方功能使用到第7步就可以结束了，如果需要偶尔小范围修改配方数据，不想大规模导入导出，或者不想打开程序修改配方数据起始值，可以使用WRIT_DBL指令实现该功能。

对于本例依然利用DB块"DB3_操作"的变量Index，确定需要修改的配方编号，实际编程可以根据需要使用和读配方不一样的配方编号变量。

通常在HMI画面上指定需要修改的配方编号，并且将活动配方的变量与HMI的IO域关联，使用一个按钮触发READ_DBL的REQ将该配方编号对应的参数都读取到活动配方，即映射到了IO域，然后再修改其中需要修改的变量，最后再使用另外一个按钮触发WRIT_DBL的REQ实现将改后的活动配方写入该指定配方编号对应的配方，参考画面如图14。

▲ 图14.HMI画面

同样在DB块"DB3_操作"，建立结构体"Write"，以及相关变量，结构同"Read"，用于WRIT_DBL的请求与状态位，如图15所示。

▲ 图15.建立结构体

最后同样，利用数组的索引寻址功能，将活动配方写入到配方数组指定索引的变量，即如果需要修改配方0，则将Index赋值为0，修改活动配方数据块后写入，需要修改配方1，则将Index赋值为1，修改活动配方数据块后写入，......，具体程序如图16所示。

▲ 图16.写配方

本例如图17所示，读出Index为0的配方，然后修改黄油数据为2.0，点击“写入配方”按钮即可修改配方DB的值。

▲ 图17.HMI修改数据

配方数据的管理
PART 06
配方数据文件以 CSV 格式存储在永久性存储器中。可以使用以下两种方法查看、管理配方数据：

1. 通过内置的 PLC Web 服务器功能；
2. 通过电脑查看 PLC 存储卡中的配方文件；

S7-1200 SIMATIC 存储卡订货号如下：
订货号
容量


6ES7954-8LC03-0AA0	4MB
6ES7954-8LE03-0AA0	12MB
6ES7954-8LF03-0AA0	24MB
6ES7954-8LL03-0AA0	256MB
6ES7954-8LP03-0AA0	2GB
6ES7954-8LT03-0AA0	32GB

使用 PLC Web 服务器查看配方数据
PART 07
激活CPU的Web服务器功能，则可以使用电脑网口连接CPU的PROFINET接口或者扩展CP1243-1的网口，然后使用电脑的IE浏览器访问 PLC 内置的 Web 服务器。

1.启用 Web 服务器
在目标 CPU 的设备配置中启用 Web 服务器，具体参考Web服务器配置。使用配方功能，需要具有“读取文件”和“写入/删除文件”功能。若要求更多访问功能，可以勾选相应权限。本例中只用默认用户，实际可以根据需要设置用户及权限，如图 1 所示：

▲ 图1.定义 Web 服务器的用户权限

2. 通过 PROFINET 网络将 PC 连接到 PLC
通常情况下，电脑网口网线或通过交换机连接CPU的PROFINET接口或者扩展CP1243-1的网口。

3. 登录内置 Web 服务器
在 IE 浏览器地址栏中，本例中输入 192.168.1.3 或者输入 CP1243-1的 192.168.1.28。通过 Web 服务器的文件浏览器页面来读取配方数据文件，浏览器操作界面如图 2 所示：

▲ 图2.Web 服务器的用户界面首页

在左侧项目栏中，选择"文件浏览器"，如图 3 所示：

▲ 图3.Web 服务器的文件浏览器页面

进入"Recipes"文件夹后，即看到与 PLC 设置的配方数据块名称相同的配方数据文件，如图 4 所示：

▲ 图4.配方数据文件名称

此时左键单击csv文件即可以下载，下载后记得点击删除按钮，将该配方文件删除。

注意：如果配方DB名称含有中文字符，例如本例的"DB1_蛋糕配方"，如果TIA PORTAL版本在V14以前，则无法下载，可以通过右边重命名为只有字母和数字的名称后下载，修改后上传文件前，需要将文件名改为原来正确的名字。

TIA PORTAL版本V14及其以后，中文名称的文件可以下载，但是下载的文件名将为乱码，本例中如图5所示。保存至本地前将文件名改为正确的名字。

正因如此，建议配方DB名称最好不出现中文。

▲ 图5.下载乱码文件名

4.编辑配方文件
配方条目名称的编码，String，WString数据类型的编码各有不同，如果需要导出变量到CSV文件编辑会带来以下问题，注意：

1. 不要在配方中使用WChar与WString数据类型。
2. 如果配方条目名称中出现中文，或果配方条目的String类型出现中文，都不要使用Excel进行编辑，例如本例。
3. 配方条目名称中出现中文，与配方条目的String类型出现中文，不要同时出现。

所以最好在配方中不出现任何中文，这样导入导出不会出现任何问题，还可以使用Excel进行编辑。否则就需要使用ASCII编辑器，例如Windows自带的文本文档，或者本例中使用的Notepad++。

编辑好的CSV如图6所示：

▲ 图6.CSV文件

在修改时需要注意：

1. 配方DB包含的条目数不能再增加，数组的限值限制了配方的条目数。
2. 只能修改配方内容，不要修改第一行的配方条目名称以及第一列的索引。
3. 使用ASCII编辑器容易数据错位，所以最好配方全部内容使用英文字母+数字，然后使用EXCEL等工具编辑。
5.上载配方文件

编辑好配方文件，即可以上载该文件，如图7所示。

▲ 图7.上载修改的CSV文件

查看 PLC 存储卡中的配方
PART 08
如果 S7-1200 CPU 中插入了存储卡，则可以取出该存储卡，然后将该卡插入 PG/PC 上的标准 SD 卡槽或 MMC 卡槽中。在 Windows 资源管理器中导航至存储卡中的 \Recipes 目录，复制配方文件到PC的本地驱动器中，使用ASCII编辑器或者Excel 打开即可。

操作步骤如下：
1. 将插好 S7-1200 存储卡的读卡器插入 PC，以U盘形式打开该卡，全选删除所有文件。
2. 在 TIA PORTAL 软件中按照以下路径和方法打开存储卡：“项目树”→“读卡器/USB 存储器”→“鼠标选中需要打开的存储卡盘符”（如下图所示的 I:）→“鼠标右键”→属性”，如图 8所示：

▲ 图8.打开读卡器

3. 鼠标选中“属性”后打开存储卡，设置卡类型：程序。如图9 所示：

▲ 图9.设置“程序卡”

4. 将该卡插入S7-1200卡槽，下载程序后，程序即保存到程序卡中。

5. 配方数据块使用指令导出后，会在存储卡中生成对应的配方文件，例如本例中的“DB1_蛋糕配方.csv”。

6. CPU断电，将存储卡取出，将插好 S7-1200 存储卡的读卡器插入 PC，以U盘形式打开该卡，打开 \Recipes 目录，找到配方文件。本例中和图6问题相同，中文名称出现乱码，如图 10 所示。但是这里注意，不要修改该名称。

▲ 图10.程序卡文件夹

7. 此时即可以对该配方文件进行编辑，编辑文件注意事项参见通过Web导出的步骤4，编辑后重新拷贝回\Recipes文件夹，执行配方导入指令。

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