1.SPCurve功能块概述

在工业控制领域，为了保证产品质量，通常需要严格控制某一控制参数按照一定的工艺曲线进行变化，例如对温度、压力、速度等的控制。以加热过程为例，温度的大小跟随设定值按时间变化，以不同的升降温速率、保温点及时间构成的设定值随时间变化的曲线，称之为温度工艺曲线，如下图所示。对工艺曲线的设定可以通过智能仪表或者PLC编写程序实现，但存在修改不灵活，编程复杂，耗费时间的问题。SIMATIC PCS 7工业库的SPCurve（设定值控制器）功能块正是针对此类应用的解决方案。

图1‑1典型的温度工艺曲线

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。SPCurve功能块支持用户按照工艺要求设置“设定值-时间”变化曲线，具有设定简单、调整灵活的特点。可以实现以下功能：

·         设定多条工艺曲线，受DB块大小限制；

·         多种设定值定义方式：

1)      通过操作员在面板上手动设定工艺曲线，写入AS；

2)      CFC程序写入DB数据块；

3)      直接写入附加DB数据块

·         手自动运行切换

·         设定点之间的连接方式：

1)      线性曲线；

2)      阶越曲线

·         灵活的曲线修改

本文以设定一条温度工艺曲线为例，如下图所示，详细介绍PCS 7 工业库SPCurve功能块的基本使用以及如何定义设定值曲线。

图1‑2  温度工艺曲线

2.SPCurve功能块组态

2.1 创建项目

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”，如下图所示。SPCurve功能块编号为FB1141，通过CFC进行调用，可以在“Industry Lib PCS 7 V80\Blocks\Blocks\Control”中找到。

更多关于IL的安装信息，可以参考如下文档：

图2‑1SPCurve功能块

SPCurve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2‑2SPCurve功能块管脚

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，最终项目结构如下图所示。

图2‑3基本项目框架

2.2 设定值控制器的停止/运行操作

创建CFC程序块，并插入SPCurve功能块FB1141。通过连接相应管脚实现设定值控制器的停止/运行操作。

在运行状态，设定值SP将会严格跟随预先设计的设定值曲线的变化而变化。

在停止状态，设定值SP的输出会保持在停止前的最后数值。操作员或程序可以修改设定值SP的输出值。注：设定值SP的输出值不能超过设定值上下限“SP_OpScale.High”以及“SP_OpScale.Low”。

SPCurve功能块中与设定值控制器运行相关的管脚有：

       2‑1设定值控制器运行相关管脚

2.2.1 操作员面板控制

操作员面板控制，即设定值控制器的运行由操作员通过上位机面板手动控制。为实现手动模式，有两种方式：

• ModLiOp=0时，OS在线激活后，打开SPCurve功能块操作面板，点击“STOP”右边的按钮，弹出命令条，控制设定值控制器的停止/运行。
• ModLiOp=1时，设置ManModLi=1，OS操作如下图，操作员面板的模式按钮选择按钮为灰色，不可操作。

图2‑4操作员面板控制

2.2.2 程序自动控制

自动模式，即设定值控制器的运行由程序来自动控制。为了实现自动模式，有两种方式：

• ModLiOp=0时，通过操作员面板的模式按钮将SPCurve功能块切换至自动模式；
• ModLiOp=1时，设置AutoModLi =1，程序中连接StartAut和StopAut实现自动模式下的运行控制。

2.3 如何创建设定值曲线

2.3.1 DB数据块创建

默认情况下，创建的设定值曲线只能保存在SPCurve功能块的背景数据块，最多 1 条设定值曲线，且仅有32个时间/设定点。实际应用中，为了满足不同的环境需求，用户往往要求对于一个控制对象可以设置多条曲线，或设定值变化精度更高，即1条曲线中包含多于32个设定点，这就需要借助额外的DB数据块来实现。该特性通过Feature.Bit2进行设置，Feature.Bit2=1，设定值曲线时间/设定点保存在额外的DB数据块中。

图2‑5设置Data Block属性

在S7程序Blocks文件夹中创建自定义DB块“SPCurveDat”，并以如下图所示的结构创建变量。

图2‑6创建DB块

在上图中，DB块定义了3条设定值曲线，每条曲线包括3个“数据块”（例如Dat_1_1/2/3），每个“数据块”的结构由结构体UDT“SPDatablock”定义，包含32个时间/设定点，如下图所示。

图2‑7 UDT 结构体“SPDatablock”定义

PCS 7 IL中提供了一个可用的UDT结构，可以在Industry Lib PCS 7 V80\ Block中找到，用户可以直接使用，如下图所示。

图2‑8 UDT8 “SPDatablock”保存位置

将功能块SPCurve的输入管脚“DBPointer”连接至自定义DB块“SPCurveDat”的参数“SeMax1”，如下图所示。

图2‑9 DBPointer连接

2.3.2 创建设定值曲线

设定值曲线的创建有以下三种方式，本文以保存设定值曲线至附加DB块为例，详细介绍三种方式的操作步骤。

1)      通过操作员面板手动设定工艺曲线，写入AS；

2)      CFC程序写入DB数据块；

3)      直接写入附加DB数据块

2.3.2.1    操作员手动设定

打开SPCurve面板，点击Parameter视图。Parameter视图打开后，OS会自动加载设定值曲线，初始状态下时间/设定值均为0，如下图所示。点击Active Curve选择相应的设定值曲线。

图2‑10 Parameter视图

操作员通过OS面板手动创建设定值曲线需要以下两步：

1)  手动输入时间/设定值，由于首次设定时，曲线的所有点的时间值默认均为0，如图2-10所示，使用时需要先设定设定值曲线的最后一个点的时间值，如下图所示，之后依次向前设置，否则不能更改之前设定点的时间。设置完成的曲线以虚线表示。

图2‑11手动设置时间/设定值

2)  执行OS写入AS。与“OS读接口”类似，OS写入AS是通过“OS写接口”实现。选择Write to AS，点击Excute，执行写入。

图2‑12  执行OS写数据至AS

图2‑13写入过程

图2‑14最终数据写入完成

除了通过OS面板手动创建曲线，也可以利用Parameter视图中的导入功能，导入CSV格式文件。点击Import按钮，选择相应文件，导入预先定义的曲线，执行OS写入AS。

图2‑15 CSV文件导入

CSV文件格式要求为每一列必须包含一个时间值（双整数）和一个设定点（实数），并且通过“；”分隔，包含的时间/设定点的数量与设定值曲线包含的点数一致，如下图所示。

图2‑16 CSV文件格式

为了保证格式正确，可以选择Export按钮，导出CSV文件，在此基础上进行修改后再导入该文件。导出文件前要创建CSV格式文件。

2.3.2.2    CFC程序设定

设置管脚DataExtLi.Value=1，选择CFC程序设置设定值曲线。通过指定相应管脚，设定读写的曲线号以及相应的“数据块”，具体管脚见下表。

表2‑2 CFC程序设置设定值曲线相关管脚

RDBINoEx / RDSeNoEx实现读出指定曲线的数据块，WDBINoEx / WDSeNoEx实现写入指定曲线的数据块。以写数据到指定数据块为例，赋值WDatTi00_Li…WDatTi31_Li/

WDatVa00_Li…WDatVa31_Li，向指定的设定值曲线2的第2个数据块中写入时间/设定值，如下图所示。AS读出数据过程与写入过程类似。

图2‑17 通过CFC创建设定值曲线

2.3.2.3    直接写入附加DB块

创建附加DB块“SPCurveDat”后，选择File à Generate Souce，选择DB1生成SCL源文件，如下图所示。

图2‑18生成SCL源文件

打开生成的源文件，手动修改Dat_1_1.SPVa00/Dat_1_1.SPTi00……的数值，完成后点击编译、保存，曲线创建完成。

图2‑19 DB块的SCL源文件

2.3 OS显示运行

完成程序以及画面组态后，编译AS和OS，运行WinCC。

标准视图用于设置操作模式，设定值控制器的运行/停止，以及SP值的显示，如下图所示。默认情况下，Next SP及PV值是不会显示在操作员面板上的。设置Feature.Bit5=1，选择在OS面板上显示下一个设定点Next_SP及其对应时间。

通过在CFC中连接PV管脚，可以在OS面板中显示过程值Process value。

图2‑20  SPCurve标准视图

2.4 附加功能

2.4.1 曲线显示方式

设定值曲线的显示方式有两种：线性曲线与阶跃曲线。线性方式，两个设定点直接连接；阶跃方式，保持设定值直到下一个设定点。设置Feature.Bit4，选择曲线设定点之间的连线方式。Feature.Bit4=0线性方式，Feature.Bit4=1阶跃方式。

2.4.2  时间选择

设定值控制器（SPCurve）可以选择不同的时间基准，以得到相对应的曲线设定值。Feature.Bit3=0，设定值控制器运行的起始时间作为时间基准，Feature.Bit3=1，AS时间作为时间基准，即当前CPU的时间。

2.4.3 修改设定值曲线

当设定值控制器处于停止模式，且多于一条的设定值曲线可用，操作员/程序可以修改曲线的时间及设定值。在操作员面板上修改完成后，需要执行写入AS的操作，如图2-12所示。修改后，当设定值控制器重新进入运行状态时，功能块会自动检查时间点设置是否合理，并进行修正。

3SPCurve功能块应用

设定值曲线SPCurve功能块在实际使用中通常结合其他功能块一起应用，本文以SPCurve与PIDConL（FB1874）为例，介绍SPCurve的应用。

3.1 CFC组态

在CFC中插入PIDConL功能块，将SPCurve引脚SP连接至PIDConL引脚SP_EXT，如下图所示。

图3‑1 SPCurve连接PIDConL

设置PIDConL功能块，选择外部设定值SP_LiOp.Value=1，SP_ExLi.Value=1。关于PIDConL功能块更多设置请参考如下文档：

设置SPCurve功能块，参考2.3章节，使用额外DB数据块设置设定值曲线。

1)      设置Feature.Bit2=1，允许通过额外DB数据块保存设定值曲线；

2)      创建DB数据块，可以直接从IL Library中拷贝，并根据实际情况，修改曲线数量、每条曲线包括的数据块的数量，设置曲线的设定值/时间；

3)      连接DBPointer至DB26.SeMax1。

设置完成的曲线如下图所示。

图3‑2设定值曲线

3.2 OS运行

OS编译运行，SPCurve功能块选择手动模式，点击运行。如下所示。

图3‑3运行设定值曲线

打开SPCurve以及PIDConL功能块的趋势视图，PIDConL设定值SP曲线完全跟随SPCurve的SP输出变化而变化，二者保持一致，如下图所示。

图3‑4 PIDConL设定值趋势曲线

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