Technische Information SIMATIC ODK 1500S. Industrie Workshop PC-based Automation Nov. 2015

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1 Technische Information SIMATIC ODK 1500S siemens.com/answers

2 SIMATIC ODK 1500S Seite 2

3 SIMATIC ODK 1500S Highlights Engineering Unterstützung Robustheit & Echtzeit Entkopplung von Windows Anwendungen über asynchrone Ausführung Unterbrechbarkeit von Echtzeit- Anwendungen durch höherpriore OBs Usability Intuitive Verwendung von S7 FB für den Aufruf von C-Funktionen ODK PLC- Programm Windows Apps: Visual Studio Realtime Apps: Eclipse (im Lieferumfang) OB 1 KOP, FUP, AWL Graph7 SCL C++ Security Sandbox Ausführung für ODK RT Anwendungen Schutz von Know How und Kopierschutz in der CPU Funktionen Ausführung von Echtzeitalgorithmen Ausführen von Code in Windows-DLLs Seite 3

4 SIMATIC ODK 1500S C/C++ in einem S Software Controller PC Windows dll ODK- Anwendung Fct2 Software Controller SPS- Programm FB Fct1 FB Fct2 Siemens-Hypervisor PC-Hardware ODK- Anwendung Fct1 so S Software Controller Unterstützung dynamisch ladbarer Bibliotheken Mehrere Funktionen in einer ODK Anwendung Mehrere ODK Anwendungen gleichzeitig Sowohl Windows- als auch Echtzeittreiber Entwicklung in C/C++ Windows: DLL (Dynamic Link Library) Entwicklung mit Visual Studio C++ (Express möglich) Asynchroner Funktionsaufruf zur Vermeidung von Echtzeiteinflüssen Volle Windows-Funktionalität nutzbar Real-time: SO (Shared Object) Entwicklung mit Eclipse Synchroner Funktionsaufruf (Algorithmen, Regler) Das ODK 1500S ermöglicht die Entwicklung solcher Anwendungen Seite 4

5 SIMATIC ODK 1500S Einfacher Aufruf von C Funktionen durch PLC Programm Automatische Generierung der Funktionsbausteine für die Verwendung von ODK-Anwendungen: Real-time ODK-Anwendungen haben ein synchrones Interface Windows ODK-Anwendungen haben ein asynchrones Interface Import der Funktionsbausteine über Externe Quellen Seite 5

6 SIMATIC ODK 1500S Ausführung von Funktionen Asynchrone Ausführung von Windows Funktionen: Keine Echtzeiteinflüsse durch die Ausführung von Windows Funktionen First call first service, unabhängig von der Priorität des Aufrufers: Jede Funktion wird in einem eigenen Thread ausgeführt; Alle Threads haben die gleiche Priorität Windows übernimmt das Scheduling zwischen diesen Threads, eine parallele oder geschachtelte Ausführung ist möglich; keine Einflussnahme durch die Steuerung möglich; Synchrone Ausführung von Real-time Funktionen: : Synchroner Aufruf von real-time Funktionen Ausführung der Funktion auf der gleichen Prioritätsebene wie der aufrufende OB C Funktionen können durch höherpriorisierte FB unterbrochen werden priority level C OB priority level C ODK OB priority level B OB priority level B ODK OB priority level A OB priority level A ODK OB Windows ODK Windows Seite 6

7 SIMATIC ODK 1500S Windows Development Seite 8

8 SIMATIC ODK 1500S Windows ODK-Anwendung Asynchroner Ablauf 1500S OB, FB, FC SIMATIC S Software Controller CALL FB Nnn_Load() Load and initialize DLL Windows C++ initialize execute CALL FB Nnn_MyFunc() Par1 Par2 Par3 Execute MyFunc( &Par1, &Par2, &Par3) {... polling Busy Error Done Status } Return ODK_SUCCESS; Seite 9

9 SIMATIC ODK 1500S Windows ODK-Anwendung Laden der ODK-DLL Windows ODK DLL ODK Host ODK DLL CPU 150xS S7-150xS läuft in eigener Umgebung ohne direkten Zugriff auf Windows Auf der Windows-Seite ist ODK Host installiert ODK Host unterstützt: 32/64 Bit Treiber User / Service Anwendungen Managed / Unmanaged Code PC Siemens Hypervisor Seite 10

10 SIMATIC ODK 1500S Workflow Windows ODK-Entwicklung Runtime Engineering odk cpp Interface.odk <ProjektName>.cpp Build DLL scl Target PC Seite 11 CPU 150xS Workflow 1. Erstellen der Anwendung in MS Visual Studio: Interface.odk: Definition der Funktionen <ProjektName>.cpp: Implementierung der Funktionen 2. Übertragen der DLL auf Zielsystem (USB-Stick, Netzwerklaufwerk, etc.) 3. SCL-Sourcen für ODK Funktionen in TIA Portal Projekt importieren 4. Erstellen des PLC Programms mit ODK Funktionsaufrufen 5. Download und Ausführen des PLC Programms

11 SIMATIC ODK 1500S Windows ODK-Anwendung PC-Anlauf Die Einstellung User / Service beeinflusst den Zeitpunkt des möglichen Ladens der ODK DLL. ACHTUNG! Man muss eine ODK-DLL verzögert laden (siehe nächste Folie) Source: S7-1500S ODK Operator Manual Seite 12

12 SIMATIC ODK 1500S Windows ODK-Anwendung PC-Anlauf Wenn Laden der ODK-DLL fehlschlägt (Windows noch nicht bereit), dann erneut versuchen, bis es klappt. SCL Code, TIA Portal Seite 13

13 SIMATIC ODK 1500S Windows ODK-Anwendung.NET Support ODK Host der S7-150xS kann direkt Managed Code laden è Aufruf von.net Klassen und Methoden aus Managed C++ Code ODK DLL möglich! Siehe Beispiele auf SIOS: S7-150xS FB ODK_nnn ODK DLL (Managed C/C++).NET DLL (C#, VB.NET, managed C++) Seite 14

14 SIMATIC ODK 1500S Windows ODK-Anwendung Remote Debugging Remote Debugging Tools von MS Visual Studio können verwendet werden. MS Visual Studio Attach to Running Process Menu >> Debug >> Attach to Process: ODK_Host_x86.exe à 32 bit DLL ODK_Host_x64.exe à 64 bit DLL Seite 15

15 Live Demo S7-1500S Open Development Kit - Windows Erstellen und Aufrufen einer C/C++ Funktion in der Software Controller Applikation als Windows-Treiber Erstellen des Visual Studio Projektes Laden der DLL auf das Runtime System Asynchroner Aufruf einer langsamen Funktion (z.b. MessageBox) ACHTUNG! Für Message-Box aus ODK-DLL muss man den Context=user belassen. (Context=sytem läuft in session 0 à keine grafischen Elemente!) Seite 16

16 SIMATIC ODK 1500S Real-time Development Seite 17

17 SIMATIC ODK 1500S Realtime ODK-Anwendung Synchroner Ablauf 1500S OB, FB, FC SIMATIC S Software Controller CALL FB Nnn_Load() Load and initialize SO Realtime Side C++ Initialize Execute CALL FB Nnn_MyFunc() Par1 Par2 Par3 Execute MyFunc( &Par1, &Par2, &Par3) {... Status } Return ODK_SUCCESS; Seite 18

18 SIMATIC ODK 1500S Realtime ODK-Anwendung Ausführung in Sandbox PC Software Controller Real-time Anwendungen laufen in einer Sandbox OB ODK Host (Sandbox) Kapselung des ODK Codes FB Load FB Fct1 copy in ODK application Fct1 Kein Zugriff aus SPS Speicher (Security!) Im Moment kein Zugriff auf Hardware copy out Verfügbare Bibliothek: FB Fct2 Fct2 NewLib (außer Abhängigkeiten von Betriebssystem API) FB Unload Kein Ausspähen des Software Controller und Anwendungs-Know-How möglich! Seite 19

19 SIMATIC ODK 1500S Workflow Real-time ODK Entwicklung Runtime Engineering odk cpp Interface.odk <ProjektName>.cpp Build SO scl Target PC Seite 20 CPU 150xS Workflow 1. Erstellen der Anwendung in Eclipse: Interface.ODK: Definition der Funktionen <ProjektName>.cpp: Implementierung der Funktionen 2. Übertragen der ausführbaren Datei in den Ladespeicher der CPU per Webserver 3. Übertragen der SCL-Sourcen für die ODK Funktionen in das TIA Portal Projekt 4. Erstellen des PLC Programms mit ODK Funktionsaufrufen 5. Download und Ausführen des PLC Programms

20 SIMATIC ODK 1500S Real-time ODK-Anwendung PC-Anlauf Im Vergleich zu Windows ODK Treibern, sind Real-time Funktionen sehr früh verfügbar. ACHTUNG! Das Laden von Real-time SOs braucht einige Zeit. Bitte in Startup OB100 ausführen! Source: S7-1500S ODK Operator Manual Seite 21

21 SIMATIC ODK 1500S Testen von Real-time Applikationen Debugging (breakpoints, single steps) mit Windows Test-App. TRACE auf dem Zielsystem odk On Build Enthlät #ifdef Debug: Main single step breakpoint exe MyProject.exe Target Einstellung debug Implementierung der Testumgebung in Main Der nächste Build erzeugt eine ausführbare Windows Date (exe) mit einer DLL anstelle eines SO. Die Exe kann unter Windows ausgeführt und vollständig debugged werden. #include ODK_Functions.h // #define TRACE_OFF ODK_RESULT SampleFunction(ODK_INT32 myint, ODK_BOOL mybool, ODK_DOUBLE myreal) { ODK_RESULT MyResult; /* here comes the user code MyResult = ODK_SUCCESS; ODK_TRACE ( return value: %d, (int) MyResult); return MyResult }; Jede ODK RT Applikation hat einen Trace Puffer Traces Einträge können mit dem ODK_TRACE Macro eingetragen werden Trace Puffer kann mit der Funktion GetTrace () ausgelesen werden Und z.b. in einer Variablen Tabelle dargestellt werden. Seite 22

22 SIMATIC ODK 1500S Allgemeine Tipps & Tricks Seite 24

23 Schnittstelle von ODK Funktionen Einzel-Parameter vs. Klassik-DB Verständlichkeit Komplexität Handling auf C Seite Optimierte DBs Einzel-Parameter Jeder einzelne Parameter ist als einzelnes Argument sichtbar. Viele Parameter führen zu großen Blöcken Einfach Funktionsparameter nutzen Voll unterstützt Klassik-DB Nur ein Argument für einen ganzen Block Auch große Datenmengen mit nur einem Argument Zugriff auf alle einzelnen Werte über Adress- Offsets (CODK_CpuReadData::ReadS7REAL() etc.) Nur Klassik-DBs Param1 Param2 Param3 Param4 Seite 25 Output1 Output2 Output3 Output4 ParamStruct OutputStruct

24 Datenkonsistenz? Sowohl Windows-ODK-DLLs als auch Real-time Shared Objects: Aufruf ODK FB à Kopieren der INPUT und INOUT Parameters in den ODK-Speicher ODK Funktion arbeitet mit Kopie der SPS Daten Beenden der ODK Funktion à Kopieren von OUTPUT und INOUT zurück in SPS-Speicher Seite 26

25 Verarbeiten von S7-STRINGs Unterschied S7 String und C/C++ String: Zwei Byte Header (max./akt. Länge) S7 String 'H' 'e' 'l' 'l' 'o' C/C++ String 'H' 'e' 'l' 'l' 'o' '\0' Null-Terminiert Funktionsparameter Typ String ODK_StringHelper für Konvertierung Zeichenketten Klassik-DB Hilfs-Klassen: ODK_CpuReadData / ODK_CpuReadWriteData CODK_CpuReadData::ReadS7STRING() liefern Null-terminierte Zeichenkette Seite 27

26 Migration von WinAC ODK Anwendungen Seite 28

27 WinAC RTX (F) 2010 vs. S SW-Controller Architekturen ODK Schnittstellen WinAC RTX SIMATIC WinAC ODK V4.2 Windows (VS 2010) oder Echtzeit (IntervalZero s SDK + VS 2010) Applikationen möglich: C/C++ (Windows & Echtzeit ) C# (Windows) VisualBasic (Windows) Controller Management Interface (CMI) PC with Windows CMI App. STOP RUN CMI WinAC Custom Code Extension Interface (CCX) OB 1 WinAC program CCX LAB, FBD, STL CFC Graph7, Higraph SCL C++ Shared Memory Extension Interface (SMX) PC with Windows C/C++ App. SMX OB FB FC WinAC CPU 150xS SIMATIC ODK 1500S V1 Windows (VS 2010 SP1, VS2012 oder VS 2013) oder Echtzeit (Eclipse) Applikationen möglich: C/C++ DLLs (Windows).NET (Windows) C/C++ SOs (Realtime) PC Windows dll ODKapplication Fct 1 Fct 2 X Software Controller (Realtime) OB FB Load FB Fct1 FB Fct2 FB Unload Siemens Hypervisor PC Hardware ODKapplicatio n Fct1 Fct2 X so Seite 29

28 Übersicht der verfügbaren APIs WinAC ODK V4.2 ODK 1500S V1.0 RT Win RT Win Custom Code Extension (CCX) ü ü ü *1) ü *1) Shared Memory Extension (SMX) ü ü û û *2) Controller Management Interface (CMI) û ü û û *3) *1) Reduzierte Funktionalität (siehe nächste Seite) *2) Auf Anfrage *3) Teilweise durch spezielle Tools ersetzt (siehe nächste Seite) Seite 30

29 Details zum CCX Interface WinAC ODK V4.2 ODK 1500S V1.0 RT Win RT Win Direkter Zugriff auf FB-Parameter im C Code û û ü ü Synchrone Aufrufe ü ü ü û Unterbrechbarkeit von synchronen Aufrufen û û ü û Asynchrone Aufrufe ü ü û ü SFB zum Entladen der ODK Funktion û û ü ü Betriebssystem API (IPC, Threads, etc.) ü ü û ü Debugging ü ü û ü OB-Aufruf aus C Code ü ü û û Kommunikation zwischen RT und Windows in C- Anwendungen Größe der FB Schnittstelle Seite 31 ü ü û û INPUT max. 64 Kbyte, OUTPUT max 64 Kbyte IN, OUT und INOUT Summe max. 64 Kbyte max. 32 KByte Beliebiger Zugriff auf jegliche SPS-Daten ü ü û û

30 Ersatz CMI Interface für S Software Controller WinAC RTX Funktion von CMI Start / Stopp PLC Alternative S Software Controller CPU_Control.exe / PowerOnCPU CPU_Control.exe / PowerOffCPU Diagnosepuffer lesen (alternativ: Web Server) SPS Betriebszustand ermitteln (alternativ: Web Server) Laden SPS Programm ohne SIMATIC Engineering (geplant) SIMATIC Automation Tool Unterstützt S7-150xS noch nicht URL: Seite 33

31 Zusammenfassung ODK für SIMATIC S Software Controller mit Windowsund Echtzeiterweiterungen Kein separates SDK für Echtzeiterweiterungen mehr nötig Sehr einfacher Einstieg in Entwicklung durch verbesserte Integration in Visual Studio (Windows) und Eclipse (Echtzeit) Durch Sandbox Konzept für Echtzeiterweiterungen höhere Robustheit, aber auch funktionelle Einschränkungen (kein Hardwarezugriff, kein Threading, etc.) Seite 34