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测量程序的运行时间
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一、测量指令概述
在STEP 7(TIA Portal)中,可以使用"RUNTIME"指令来测量S7-1200/1500 CPU中完整程序、单个块或命令序列的运行时间。使用"RT_INFO"指令,可以读取S7-1500 CPU中特定组织块、通信或用户程序运行时的统计信息。"RUNTIME"指令在"基本指令>程序控制指令>运行时控制"菜单下,"RT_INFO"指令在"扩展指令>诊断"菜单下,如下图1所示。
图1. 测量指令
二、实验环境和内容
在本应用示例中,通过以下产品进行程序运行时间的测量,实现了使用RUNTIME和RT_INFO分别测量程序的运行时间。
软件:
TIA V16 Professional
硬件:
CPU 1511-1PN V2.8
三、示例程序
1.示例1: 用"RUNTIME"R指令测量S7-1200/S7-1500程序的运行时间
使用 "RUNTIME" 指令可以测量整个程序、单个块或命令序列的运行时间。注意如果想测量单个块或命令序列的程序运行时间,为了避免被通信或其他高优先级OB中断或延迟,在允许情况下请将程序代码移动到具有更高优先级的OB中。本示例测量循环中断OB30(优先级改为了24)中一个被调用的程序块的运行时间。
- 创建循环中断 OB30;
- 在 OB30 中调用"RUNTIME"指令,创建DB1来存储指令所需变量,如图2所示;
- "RUNTIME"指令的第一次调用用来设置测量时间的起点,并将其保存在DB变量 "Memory"中来为第二次调用做参考;
- 然后调用 要测量的程序块"Test";
- 当程序块被执行后,"RUNTIME" 指令第二次调用,第二次调用来计算 "Test"程序块的运行时间并将结果(秒)写入DB变量 "Result"中。
图2. RUNTIME程序
测量结果
可使用TRACE功能创建变量"DB".Result的跟踪轨迹来记录FB1的运行时间,采样选择OB30。测得Test[FB1]程序块的运行时间在 137µs 到 154 µs之间.
图3. TRACE图表
注意: 对于测量程序运行时间,需要禁用程序状态,因为它会使测量结果失真。
上例给出了测量单个程序块的方法,测量整个程序及命令序列也是一样的,只需在想测量程序的起点调用RUNTIME指令,在程序的终点再次调用RUNTIME指令即可。
2.示例 2: 使用1500的"RT_INFO"指令进行时间测量
使用"RT_INFO"指令可以生成特定组织块、通信或用户程序运行时的统计信息。通过 "MODE"参数,你可以定义在"INFO"中读出哪种类型的运行时间 。
在下面的程序(图4)中,OB1中调用"RT_INFO"指令来输出不同模式的运行时间。
- 在 OB1 中调用 RT_INFO 指令,创建DB3来存储指令所需变量,如图4所示;
- 在 OB 参数中指定 要测量的OB 编号,本例测量OB30(OB30中运行FB1功能块);
- 在 MODE 参数中输入“1”(读取特定 OB 的运行时间);
- 在 INFO 参数中,指定 LTIME 数据类型的变量(在本示例中,为“INFO”);
- 在 RET_VAL 参数中,指定 INT 数据类型的变量,输出该指令的错误消息。
图4. RT_INFO程序
如表 1 所示,根据MODE的不同来测量S7-1500系统的几种运行时间。在S7-1500-R/H 系统中还可以使用MODE 50 到 55 测量 SYNCUP 系统状态相关的数据,详情请查看TIA Portal帮助文档。
表1.参数Mode | |||||
模式(十进制) | 说明 | 说明 | OB参数值 | INFO数据类型 | 可用CPU版本 |
1 | 指定 OB 的运行时间 | OB 的运行时间定义为 CPU 处理此 OB 的命令的时间段。因此不包含处理更高优先级 OB 和可能中断 OB 的通信任务所需的时间。因此,如果想要确定从处理 OB 的第一个命令到处理 OB 的最后一个命令(表示包括处理更高优先级 OB 和可能中断 OB 的通信任务)之间所用的完整时间段,请使用指令“RUNTIME”。 | OB 编号 | LTIME | S7-1500 V1.5 |
2 | 指定 OB 的最长运行时间 | OB 编号 | LTIME | S7-1500 V1.5 | |
3 | 指定 OB 的最短运行时间 | OB 编号 | LTIME | S7-1500 V1.5 | |
10 | 高优先级 OB 所用总运行时间的百分比平均值 输出优先级高于循环程序 OB 的用户程序中使用的所有 OB 的运行时间 (ProgramCycle)。这些通常包括除启动 OB 以外的所有 OB 类型。 CPU 确定了可以使用哪些 OB 及其优先级。这些信息包含在基本编程章节中。 | 平均时间段为 1 s。 | 不相关 | UINT | S7-1500 V1.5 |
11 | 通信所用总运行时间的百分比平均值 将输出通信过程在用户程序总运行时间中的百分比。 | 平均时间段为 1 s。返回的通信百分比值可大于 CPU 参数“通信产生的循环负载”(Cycle load due to communication) 中指定的值。如果已指定最短循环时间且该时间并非全部由用户程序所需,则会发生该现象。之后,剩余时间可重新用于通信进程。 | 不相关 | UINT | S7-1500 V1.5 |
20 | 与 MODE 10 不同的是,其求值基于所执行的上一个程序循环。 | 如果自调用 RT_INFO 起上一循环的开始时间已超过 2 秒,则不执行计算。指令输出值 65535 (0xFFFF)。如果自调用 RT_INFO 起上一循环的开始时间已小于 1 ms,则评估已在调用 RT_INFO 前 1 ms 的时间开始。如果上一循环的持续时间不足 1 ms,则评估的执行周期会超过 1 ms,因此可跨多个循环执行。通过在 CPU 属性中分配最小循环时间,可以防止循环时间低于 1 ms。MODE 21:返回的通信百分比值可大于 CPU 参数“通信产生的循环负载”(Cycle load due to communication) 中指定的值。如果已指定最短循环时间且该时间并非全部由用户程序所需,则会发生该现象。之后,剩余时间可重新用于通信进程。 | 不相关 | UINT | S7-1500 V1.7 |
21 | 与 MODE 11 不同的是,其求值基于所执行的上一个程序循环。 | 不相关 | UINT | S7-1500 V1.7 | |
23 | 最长循环时间,自上次从 STOP 切换到 RUN 以来的最长循环的持续时间。 | 这些时间对应于 TIA Portal 的“循环时间”(Cycle time) 对话框中“测量出的循环时间”(Cycle times measured) 值。可通过“在线与诊断 > 诊断 > 循环时间”(Online & Diagnostics > Diagnostics > Cycle time),打开该对话框。 | 不相关 | LTIME | S7-1500 V1.7 |
24 | 最短循环时间,自上次从 STOP 转换到 RUN 以来的最短循环的持续时间。 | 不相关 | LTIME | S7-1500 V1.7 | |
25 | 当前/上一个循环时间,上一个循环的持续时间。 | 不相关 | LTIME | S7-1500 V1.7 | |
30 | 循环监视时间,允许的最大 CPU 程序持续时间。如果循环时间超出循环监视时间,CPU 将进入 STOP 模式或调用时间错误 OB。 | 这些时间对应于 TIA Portal 的“循环时间”(Cycle time) 对话框中“组态的循环时间”(Configured cycle time) 值。可通过“在线与诊断 > 诊断 > 循环时间”(Online & Diagnostics > Diagnostics > Cycle time),打开该对话框。 | 不相关 | LTIME | S7-1500 V1.5 |
31 | 用户程序已组态最小循环时间的输出。如果已在 CPU 属性中指定最小循环时间,操作系统会延时启动新循环,直到达到最小循环时间。 | 不相关 | LTIME | S7-1500 V1.5 | |
32 | 已组态最大通信负载的输出(以百分比形式) | 用于通信的循环负载的百分比在 CPU 属性中的“通信负载”(Communication load) 下指定。 | 不相关 | LTIME | S7-1500 V1.5 |
测量结果
可使用TRACE功能创建变量"DB".runtimeResult的跟踪轨迹来记录OB30的运行时间,采样选择OB30。
图5展示了变量的记录图表,在这个例子中TestBlock"程序块的运行时间在 144 µs到 167 µs之间。
图5.TRACE图表
注意:CPU 从启动转换为 RUN 时,将再次启动所有测量。OB 的运行时间在第一个 OB 处理完成后才可用。第一次循环完成后,循环时间才可用。
建议
运行时间的长短取决于所用的CPU.如果您需要较短的运行时间,我们建议您使用高性能的CPU。
下表概述了各CPU位和字操作的处理时间
表2.CPU处理时间 | ||||||
CPU | 1511-1 PN 1511F-1 PN 1511T-1 PN | 1513-1 PN 1513F-1 PN | 1515-2 PN 1515F-2 PN 1515T-2 PN | 1516-3 PN/DP 1516F-3 PN/DP | 1517-3 PN/DP 1517F-3 PN/DP 1517T-3 PN/DP 1517TF-3 PN/DP | 1518-4 PN/DP 1518F-4 PN/DP 1518-4PN/DP ODK 1518F-4PN/DP ODK |
位操作处理时间 | 0.06 μs | 0.04 μs | 0.03 μs | 0.01 μs | 0.002 μs | 0.001 μs |
字操作处理时间 | 0.072 μs | 0.048 μs | 0.036 μs | 0.012 μs | 0.003 μs | 0.002 μs |
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