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[摘要]：本文主要介绍采用C语言的方法实现SIMATIC TDC功能块。
[关键词]：工业自动化 C语言 SIMATIC TDC 功能块
中图分类号：TH86 文献标识码：TH 文章编号：1009-914X（2012）32- 0258-01
前言
SIMATIC TDC 是西门子公司继 SIMADYN D 之 后开发的产品， 目前已在我国冷轧和热轧等领域得 到应用， 实现了全自动轧钢， 质量指标也达到了国 际先进水平。SIMATIC TDC作为西门子控制家族的最高端的产品，具有模块化的系统结构、强大的运算能力以及多处理器同步运行的特点， SIMATIC TDC的强大不仅体现在其自身的硬件性能，灵活的可扩展性使得其相对其他控制系统具有更为显著的优势。其中，使用C语言生成特定功能的功能块，解决了一些西门子标准功能块无法实现的功能，在很大程度上提高了下位机编程人员的效率。
1、TDC 的特点
1） 由 机架和模 板组成， 机架中 可插 入所需 模 板， 多处理器运行方式可以实现性能的无限扩展；2） 硬件可扩展；3） 采样时间间隔短， 可达 100Es， 特别适用于动态控制任务；4） 中央处理器采用 64 位结构， 具有最大性能；5） 同步多处 理器运行， 每个机架 最多可有 20个 CPU ；6） 最多可同步耦合 44 个机架；7） 使用 STEP7 组态工具进行图形化组态连续功能图 CFC 和顺序功能图 SFC。
2、软件说明
2. 1 无需专门的编程知识
TDC 使用全球已经测试 过的 SIMATIC 自动化系统工具进行组态和编程。使用 STEP7 硬件组态 工具 HW Conf igure 进行组态 和参数化。使用 CFC （ 连续功能图） 用于组态循环执行的自动化功能， 例 如闭环控制任务， FB 也可在工艺图中调用， 并进行 图形化连接。
2. 2 软件使用环境
值得注意的 是， 对 TDC 的编 程需要在 SIMAT-ICPCS7 软件中装入 D7 - SYS 软件， 这是 一个丰富 的组态库软件， 它提供有大约 330 个经过严整的标 准功能块， 例如 PI 控制器、斜坡函数发生 器、定位 程序块、电子凸轮盘、齿轮和凸轮轴程序块以及相 移程序块。对于 PROFIBUS DP 的组态需要在西门子提供 的 COM PROFIBUS 软件中进行组态下载。
3、 功能块简介
在SIMATIC TDC控制系统中各种功能的标准功能块具体操作具有如下优点： ①单个功能块的创建和测试可以相互独立地进行；②通过使用参数，可将功能块设计得十分灵活； ③功能块能够被再利用； ④在预先设计的功能块库中，能够提供用于特殊任务的“可重用”块。除了使用标准功能块， SIMATIC TDC还提供两种方式创建特定功能块： CFC编程环境自带的CFC功能块库创建方式与利用西门子提供的SI2MATIC D7 Function Block Generator （以下简称为Generator）编程环境使用C语言开发的方式。
4、 SIMATIC TDC功能块的结构
功能块所实现功能虽然各异，但它们具有统一的结构，这样的结构有利于下位机编程人员快速熟悉并使用不同功能的功能块。同时，采用这种结构，有助于将功能块的模型与视图分离，在满足对界面要求的同时，使功能块模型的实现独立于界面的构成，提高模型的灵活性。
4. 1 I/O信息模块
功能块数据的表达方式以及功能块与其他功能块的数据处理主要是通过输入与输出引脚来实现。每个引脚具有独立的规格、属性以及特定的意义。I/O信息模块主要的作用就是定义这些输入、输出引脚的相關规格与属性。利用C语言开发SIMATIC TDC功能块，可以在相应的DAT文件中根据特定规则定义相关引脚。
4. 2 模型模块
功能块的核心主要是实现某种特定的算法或逻辑判断功能。在功能块的I/O信息明确的条件下，模型模块根据输入的各类数据进行处理，并按照输出数据的定义格式实现特定功能。利用C语言开发SIMATIC TDC功能块时，根据功能设计的需求，可以选择使用简单模板或复杂模板。相对于简单模板，复杂模板在提供入口函数（NRM）的基础上还提供了功能块初始化函数（ IN I） 。功能块初始化函数的主要作用在于：在系统复位或功能块的第一次加载时初始化该功能块，主要的初始化操作包括引脚的初始化、内部结构体的内存分配等操作。实际运行中，入口函数与初始化函数可直接被SIMATIC TDC操作系统调用，具体调用策略依据开发人员定义的时间周期或其他约束条件。除了使用系统预提供的入口函数及初始化函数，开发人员可根据需求定义相应的附加函数，与系统预提供的函数不同的是，这些函数无法直接被操作系统调用，只有通过入口函数进行相应的调用。使用附加函数的最大好处在于实现函数的模块化，提高函数的重用性。
4. 3 图形模块
CFC作为一个开放的编程平台，将详细的程序算法进行封装，预制成标准的功能块。用户程序则是由这些标准功能块连接组合而成[ 1 ]81。功能块在CFC中具体表现为具有若干个不同功能引脚的图形。
在ORZ2块中，由于其实现的功能不复杂，具体的逻辑实现只需使用入口函数即可。该功能块在实际运行过程中将根据系统设定，由SIMATICTDC操作系统在相应的采样时间内进行调用。
功能块的生成分为：模块编写、模块转换、模块编译与模块打包4个过程，具体生成流程详见图4。库相当于一个集合，即L ibrary = { 0. . n }。每个库由0个或n个功能块组成。编写完成的功能块并不能被直接引用或编译， Generator首先必须将相应的文件转换成可编译或可引用的文件。根据图4， I/O 信息模块与图形模块被集合在一起，转换成MASK文件（以msk结尾的文件） 。为了使C代码文件能被SDE的GCC和AR工具正确地编译， Generator将C代码文件转换成对应名称的C代码文件与包含功能块定义及功能块结构的头文件。转换好的C代码文件与原来的代码文件不同之处在于， Generator利用宏替换的功能，将NRM、IN I等系统定义好的函数转换成与特定功能块相关的函数，如将功能块ORZ2的NRM函数转换为FBA0ORZ2。转换完成的C代码文件经过GCC编译成对象文件（以o结尾的文件） ，再通过AR将n个对象文件打包成可以使用的库文件（以a结尾的文件） 。库文件与MASK文件形成一个可以被使用的模块集合，导入该模块集合，CFC就可以使用根据特定功能开发的功能块。
5、 结束语
在使用SIMATIC TDC的工业控制系统中，功能块起到至关重要的作用。与使用CFC创建自定义功能块的方法相比，使用基于C语言的方法具有编写简单、可读性强、封装容易、复用性高的特点。同时，基于C语言的方法使用指针方式可以很灵活地对硬件地址进行操作，这是使用CFC创建方式所不能相比的。随着西门子的PLC控制系统的使用范围越来越广泛，使用领域越来越多样，开发高度灵活性的功能块越发显得重要。
参考文献：
[ 1 ] 鲍伯祥， 陆章杰， 王世宁. 西门子TDC编程及应用指南[M ]. 北京：北京航空航天大学出版社， 2007.
[关键词]：工业自动化 C语言 SIMATIC TDC 功能块
中图分类号：TH86 文献标识码：TH 文章编号：1009-914X（2012）32- 0258-01
前言
SIMATIC TDC 是西门子公司继 SIMADYN D 之 后开发的产品， 目前已在我国冷轧和热轧等领域得 到应用， 实现了全自动轧钢， 质量指标也达到了国 际先进水平。SIMATIC TDC作为西门子控制家族的最高端的产品，具有模块化的系统结构、强大的运算能力以及多处理器同步运行的特点， SIMATIC TDC的强大不仅体现在其自身的硬件性能，灵活的可扩展性使得其相对其他控制系统具有更为显著的优势。其中，使用C语言生成特定功能的功能块，解决了一些西门子标准功能块无法实现的功能，在很大程度上提高了下位机编程人员的效率。
1、TDC 的特点
1） 由 机架和模 板组成， 机架中 可插 入所需 模 板， 多处理器运行方式可以实现性能的无限扩展；2） 硬件可扩展；3） 采样时间间隔短， 可达 100Es， 特别适用于动态控制任务；4） 中央处理器采用 64 位结构， 具有最大性能；5） 同步多处 理器运行， 每个机架 最多可有 20个 CPU ；6） 最多可同步耦合 44 个机架；7） 使用 STEP7 组态工具进行图形化组态连续功能图 CFC 和顺序功能图 SFC。
2、软件说明
2. 1 无需专门的编程知识
TDC 使用全球已经测试 过的 SIMATIC 自动化系统工具进行组态和编程。使用 STEP7 硬件组态 工具 HW Conf igure 进行组态 和参数化。使用 CFC （ 连续功能图） 用于组态循环执行的自动化功能， 例 如闭环控制任务， FB 也可在工艺图中调用， 并进行 图形化连接。
2. 2 软件使用环境
值得注意的 是， 对 TDC 的编 程需要在 SIMAT-ICPCS7 软件中装入 D7 - SYS 软件， 这是 一个丰富 的组态库软件， 它提供有大约 330 个经过严整的标 准功能块， 例如 PI 控制器、斜坡函数发生 器、定位 程序块、电子凸轮盘、齿轮和凸轮轴程序块以及相 移程序块。对于 PROFIBUS DP 的组态需要在西门子提供 的 COM PROFIBUS 软件中进行组态下载。
3、 功能块简介
在SIMATIC TDC控制系统中各种功能的标准功能块具体操作具有如下优点： ①单个功能块的创建和测试可以相互独立地进行；②通过使用参数，可将功能块设计得十分灵活； ③功能块能够被再利用； ④在预先设计的功能块库中，能够提供用于特殊任务的“可重用”块。除了使用标准功能块， SIMATIC TDC还提供两种方式创建特定功能块： CFC编程环境自带的CFC功能块库创建方式与利用西门子提供的SI2MATIC D7 Function Block Generator （以下简称为Generator）编程环境使用C语言开发的方式。
4、 SIMATIC TDC功能块的结构
功能块所实现功能虽然各异，但它们具有统一的结构，这样的结构有利于下位机编程人员快速熟悉并使用不同功能的功能块。同时，采用这种结构，有助于将功能块的模型与视图分离，在满足对界面要求的同时，使功能块模型的实现独立于界面的构成，提高模型的灵活性。
4. 1 I/O信息模块
功能块数据的表达方式以及功能块与其他功能块的数据处理主要是通过输入与输出引脚来实现。每个引脚具有独立的规格、属性以及特定的意义。I/O信息模块主要的作用就是定义这些输入、输出引脚的相關规格与属性。利用C语言开发SIMATIC TDC功能块，可以在相应的DAT文件中根据特定规则定义相关引脚。
4. 2 模型模块
功能块的核心主要是实现某种特定的算法或逻辑判断功能。在功能块的I/O信息明确的条件下，模型模块根据输入的各类数据进行处理，并按照输出数据的定义格式实现特定功能。利用C语言开发SIMATIC TDC功能块时，根据功能设计的需求，可以选择使用简单模板或复杂模板。相对于简单模板，复杂模板在提供入口函数（NRM）的基础上还提供了功能块初始化函数（ IN I） 。功能块初始化函数的主要作用在于：在系统复位或功能块的第一次加载时初始化该功能块，主要的初始化操作包括引脚的初始化、内部结构体的内存分配等操作。实际运行中，入口函数与初始化函数可直接被SIMATIC TDC操作系统调用，具体调用策略依据开发人员定义的时间周期或其他约束条件。除了使用系统预提供的入口函数及初始化函数，开发人员可根据需求定义相应的附加函数，与系统预提供的函数不同的是，这些函数无法直接被操作系统调用，只有通过入口函数进行相应的调用。使用附加函数的最大好处在于实现函数的模块化，提高函数的重用性。
4. 3 图形模块
CFC作为一个开放的编程平台，将详细的程序算法进行封装，预制成标准的功能块。用户程序则是由这些标准功能块连接组合而成[ 1 ]81。功能块在CFC中具体表现为具有若干个不同功能引脚的图形。
在ORZ2块中，由于其实现的功能不复杂，具体的逻辑实现只需使用入口函数即可。该功能块在实际运行过程中将根据系统设定，由SIMATICTDC操作系统在相应的采样时间内进行调用。
功能块的生成分为：模块编写、模块转换、模块编译与模块打包4个过程，具体生成流程详见图4。库相当于一个集合，即L ibrary = { 0. . n }。每个库由0个或n个功能块组成。编写完成的功能块并不能被直接引用或编译， Generator首先必须将相应的文件转换成可编译或可引用的文件。根据图4， I/O 信息模块与图形模块被集合在一起，转换成MASK文件（以msk结尾的文件） 。为了使C代码文件能被SDE的GCC和AR工具正确地编译， Generator将C代码文件转换成对应名称的C代码文件与包含功能块定义及功能块结构的头文件。转换好的C代码文件与原来的代码文件不同之处在于， Generator利用宏替换的功能，将NRM、IN I等系统定义好的函数转换成与特定功能块相关的函数，如将功能块ORZ2的NRM函数转换为FBA0ORZ2。转换完成的C代码文件经过GCC编译成对象文件（以o结尾的文件） ，再通过AR将n个对象文件打包成可以使用的库文件（以a结尾的文件） 。库文件与MASK文件形成一个可以被使用的模块集合，导入该模块集合，CFC就可以使用根据特定功能开发的功能块。
5、 结束语
在使用SIMATIC TDC的工业控制系统中，功能块起到至关重要的作用。与使用CFC创建自定义功能块的方法相比，使用基于C语言的方法具有编写简单、可读性强、封装容易、复用性高的特点。同时，基于C语言的方法使用指针方式可以很灵活地对硬件地址进行操作，这是使用CFC创建方式所不能相比的。随着西门子的PLC控制系统的使用范围越来越广泛，使用领域越来越多样，开发高度灵活性的功能块越发显得重要。
参考文献：
[ 1 ] 鲍伯祥， 陆章杰， 王世宁. 西门子TDC编程及应用指南[M ]. 北京：北京航空航天大学出版社， 2007.