AF‑Basic V2.2.4 官方文档精读总结(109987391)

 文档：Automation‑Framework‑Basic V2.2.4，TIA Portal V20，支持 S7‑1200 G2 / S7‑1500；**完整版 AF V3 仅支持 S7‑1500**西门子工业..

定位：**ISA‑88 物理模型 + OMAC PackML 状态机的工程化实现模板**，不是开箱即用项目，是一套标准化编程方法论与库集合OPC Founda...。

 一、交付组件总览

AF‑Basic 整套由 7 个子库组成，互相存在依赖链：

配套交付：

1. TIA 示例工程；

2. WinCC Unified HMI 完整模板；

3. Code2Docu 插件：从 SCL 块`REGION`注释自动生成 PDF/HTML 文档，块内`BLOCK INFO HEADER`就是给 Code2Docu 解析用的西门子工业...。

## 二、核心理论基础 ISA‑88 物理分层（非常关键，写书《PLC 干法》核心素材）

> ProcessCell（工艺单元）→ **Unit 设备单元 → EM 设备模块 → CM 控制模块**西门子工业...

1. **Unit（设备单元）**：一台整机，一台摆盘分拣机就是 1 个 Unit；**一个 Unit 同一时刻只能处理 1 批任务**；Unit 管理模式、全局安全条件、塔灯，下发任务给下属 EM。

2. **EM Equipment‑Module 设备模块**：完成一组连贯工艺动作，例如上料 EM、检测 EM、移载 EM、入库 EM；EM 内部包含 Sequencer 工艺顺控，调用多个 CM；EM 有独立的 PackML 状态子集，向 Unit 上报`StateComplete`。

   - 强制保留`EM0_General`：Unit 公共资源，总使能、急停、气源检测，不做工艺序列。

3. **CM Control‑Module 控制模块**：**最底层硬件封装**，气缸、伺服轴、模拟量输入输出；只有硬件动作，**不写工艺逻辑**；对外输出`configuration配置`、`controlNode控制节点`、`moduleInterface人机接口`三套接口（就是`LBC_AxisCtrlBasic`的三组 IN‑OUT 参数）。

> 设计原则：CM 可独立手动调试；EM 可单独仿真；Unit 负责调度协同多个 EM；故障尽量约束在 EM 内部，不要向上扩散。

## 三、PackML 状态机（LPML 库）

1. **17 个状态**：7 个 Wait 稳态（Stopped / Idle / Execute / Completed / Held / Suspended / Aborted）；10 个 ING 结尾 Acting 过渡状态（Resetting / Starting / Completing / Stopping / Holding / Unholding / Suspending / Unsuspending / Aborting / Clearing）。

2. **10 条标准命令**：Reset、Start、Stop、Hold、Unhold、Suspend、Unsuspend、Abort、Clear、Complete。

3. **SC = StateComplete**：过渡状态完成标志，当子模块全部 SC=TRUE，状态机跳转进入下一个稳态。

4. **Mode 模式**：Production 生产 / Maintenance 维护 / Manual 手动；最多支持 16 种自定义模式，不同模式启用不同子集状态和命令；手动模式下才允许点动 Jog；生产模式禁止手动干预轴。

 文档原图状态流转图，就是你学习 AF 最重要的一张图，也是你 36 库位摆盘机、《PLC 干法》的重点配图。

四、程序架构：三套文件夹组织方案

AF‑Basic 提供 3 种工程文件夹结构，按需选择：

1. **Standard 标准结构（官方推荐）**：Unit 独立文件夹，每个 EM 独立子文件夹，每个 EM 拥有自己 Startup‑OB/Main‑OB。优点边界清晰、解耦，缺点 OB 数量多。适合你的摆盘机项目。

2. **Combined 合并结构**：Unit 下面所有 EM 全部放在同一文件夹；OB 数量少；适合 EM 数量非常多。

3. **Hierarchical 分层结构**：EM 不能跨 Unit 直接访问全局 DB，强隔离，适合大型产线多 Unit 项目。

标准工程固定顶层文件夹

- `01_CentralFunctions`：全局公共逻辑，NTP 时间同步、ProDiag、HMI 多面板管理器，整机启动逻辑，**全局只一份**。

- `02_Global`：全局 DB，`Data`、`Units`、`UnitxEms`、`HmiControlInterface`，只放数据，不放程序逻辑。

- `03_Motion`：运动 OB，MC_PreInterpolator 等伺服周期 OB，所有 TO 轴在这里执行。

- `04_ObjectsOfProjectLibraryUsed`：项目用到的库块实例。

- `09_U1_Unit1`：你的 Unit 设备，下面放各个 EM 文件夹。

> OB 编号约定：`ueet`编码；Unit1‑Main‑OB = 1001；Unit1‑EM0‑Main‑OB =1006，Startup‑OB =1005，严格规范 OB 编号。

## 五、数据流向（文档 Figure6‑17 数据流图）

完整链路 HMI → CentralFunctions → Unit → EM → CM → TO 轴 / IO 硬件，反向硬件→CM→EM→Unit→HMI 回传状态。

1. HMI 操作写入`HmiControlInterface`全局 DB。

2. `LAF_HmiHeaderMultiUnitManager`解析 HMI 指令，分发给对应 Unit。

3. Unit 的`CallUnit`（FB）：LPML 状态机接收命令，校验全局条件，向各个 EM 下发 Job 任务。

4. EM 层`CallEquipment`（FB）：接收 Unit 任务，运行 EM 内部 Sequencer 顺控，调用 CM 块。

5. CM 层（LBC 块，例如`LBC_AxisCtrlBasic`）执行硬件动作，硬件状态回写到三套接口：

   - `configuration`：CM 静态参数（速度、限位，配方）

   - `controlNode`：**给上层 EM‑SC 状态机用，自动任务命令 + 状态反馈**

   - `moduleInterface`：给 HMI 人机交互用，手动命令 + HMI 监控显示

6. EM 完成任务后回写`emFeedback.StateComplete`给到 Unit；Unit 收集所有 EM 的 SC，完成 Unit 状态跳转。

> 两套编程范式：

> ① 方案 1：**接口传参**：FB 全部通过 IN/OUT 参数传递，完全不碰全局 DB，高可复用，但调试不方便；

> ② 方案 2（AF‑Basic 默认）：**CallUnit/CallEquipment 只顶层做接口传递，EM 内部直接访问本地 DB**，兼顾调试与模块化；文档明确说明：AF 没有追求 100% 纯接口传递，是工程妥协。

## 六、库版本管理（非常重要，写书知识点）

1. **Type（类型） vs Master Copy（主副本）**

   - **Type 类型**：保留与库源版本关联，支持批量升级、版本管理；修改 Type 必须 Duplicate 复制出新 Type，禁止直接修改原厂 Type，否则升级库会被覆盖。

   - **Master Copy 副本**：一次性拷贝，和源库无关联，无法批量升级。

> 开发自定义 CM/FB，正确流程：`Duplicate type`复制官方 Type，改名 OEM_xxx，在副本上修改，保留原版不动。

2. 库不一致（黄色警告）：Library‑Management 工具，Fix inconsistencies，设置 Default 默认版本。

3. 更新库：Global‑Library → Update types，勾选`Delete unused versions`清理旧版本。

## 七、HMI 架构（WinCC Unified）

1. 布局五分区：Header 头部、AlarmLine 报警栏、MainNavigation 主导航、SubNavigation 子导航、ThirdNavigation 三级导航、Application 应用画面区。

2. Header 头部是整机核心：电源状态、Mode 模式、PackML 状态、Start/Stop/Reset/Clear/Ack 全局按钮，多 HMI 面板支持。

3. 命令握手：AF‑Basic 默认用**OnPressed 模式**（按钮按下有效，PLC 不复位 bit），而不是 Set‑Reset 置位复位模式；文档分析两者优缺点：

   - Set‑Reset：指令一定被 PLC 捕获，但是存在死锁风险；

   - OnPressed：简单不会死锁，但需要操作员按键时长大于 PLC 周期。

> 

> 注意：AF 模板 HMI 是参考，**量产项目不能直接拿来用，需要裁剪**。

## 八、硬件与 CPU 约束（对应你 1211G2）

1. AF‑Basic 官方支持 S7‑1200G2 固件 V1.0 以上，TIA V20，WinCC Unified。

2. **1211G2 限制：工作存储区很小，TO 工艺轴数量少**：

✅ PLCSIM 仿真、学习、写书、做你的 36 库位摆盘机 Demo 完全没问题；

⚠️ **实机量产不推荐 1211G2，建议 1214G2**，内存、TO 资源更宽裕。

3. ProDiag 诊断：S7‑1200G2 支持有限，1211G2 项目建议裁剪 ProDiag，自己做简单报警。

4. 时间同步 LSNTP 库：PLC 可作为 SNTP 服务器，给 HMI、驱动器同步时间戳，报警时间统一。

## 九、`LBC_AxisCtrlBasic`轻量轴控块（你深度阅读的源码）

定位：CM 层伺服控制块，**轻量化，不内置凸轮、电子齿轮；凸轮 / 齿轮 MC_GearIn/MC_CamIn 需要自己外部写**。

三套 IN‑OUT 接口（AF CM 标志性设计）：

1. `configuration`：配置参数（速度、加减速、回零模式、限位，配方来源）；

2. `controlNode`：**上层 EM‑SC 状态机自动任务接口，自动定位 / 回零任务，Done/Busy/Error 反馈**；

3. `moduleInterface`：HMI 人机接口，点动、手动回零，HMI 读取位置、故障字。

关键引脚`enableManualCmds`：**手动权限闸门**。

- TRUE：HMI（moduleInterface）和上层程序（controlNode）都可以下发命令；

- FALSE：**HMI 侧的手动命令直接在 FB 内部清零屏蔽，只接受 controlNode 自动命令**，实现自动模式锁死手动，防止撞机。

内部逻辑要点：

1. First‑Call 首次调用自动识别 TO 类型（SpeedAxis / PositioningAxis / SynchronousAxis），读取轴单位（mm、m/s）；

2. 内部封装 MC_Power、MC_Reset、MC_Halt、MC_MoveVelocity、MC_MoveJog；定位轴额外封装 MC_Home、MC_MoveAbsolute、MC_MoveRelative；Speed 轴收到定位命令会报非法命令故障；

3. 状态字 StatusWord**强制每周期读取**；警告字 WarningWord、ErrorWord、ErrorDetail、跟随误差**可选读取，需要命令 bit 触发才读，用来降低 CPU 负载（S7‑1200G2 性能优化点）**；

4. 分级故障诊断：轴类型错误→命令不匹配→TO 本身报错→各个 MC 子指令独立 ErrorId，status/substatus 输出给报警。

> 

> 注意：**该 FB 只负责执行 MC 指令，任务互斥逻辑（例如定位执行中禁止点动）不在这个块，互斥逻辑交给上层 EM 的 Sequencer/SC 状态机，严格 AF 分层思想：底层只管执行，调度交给上层。**

## 十、对你《PLC 干法》写书可直接摘抄的核心思想（原文提炼）

1. AF 不是拿来直接下载跑项目的成品，是一套 ISA‑88+PackML 标准化**工程模板与设计范式**；用户必须做设备业务开发。

2. 分层思想：CM 只管硬件；EM 做设备子功能工艺；Unit 做整机协同调度；故障尽可能限制在下层模块，向上只上报状态。

3. CM 三接口范式：`configuration配置` / `controlNode自动任务` / `moduleInterface人机交互`，人机、自动程序、配方参数三者解耦。

4. 库开发原则：不修改官方 Type；需要修改就 Duplicate 复制出新 OEM 自定义 Type，保证后续库升级。

5. PackML：Mode 模式（手动 / 生产 / 维护） + State 状态机，SC（StateComplete）状态完成作为状态跳转的核心触发条件。

6. 两种数据访问范式：纯接口传递（高复用，调试难） vs 局部直接访问 DB（AF 默认，工程实用，牺牲部分可移植）。

## 十一、对你 36 库位摆盘机项目落地要点

1. Unit：整机 1 个 Unit；`EM0_General`处理整机安全条件；

2. EM 拆分：上料 EM、检测 EM、移载 EM、入库 EM；每个 EM 内部 Sequencer 顺控；

3. CM：气缸 CM、伺服轴 CM（使用LBC_AxisCtrlBasic`）；

4. 36 库位数据：放在 Unit 层 Global‑DB，LGF‑FIFO 实现工件队列；

5. 仿真优先 PLCSIM 完成整机闭环；

6. 如果你后续实机硬件：仿真用 1211G2 没问题；量产硬件升级 S7‑1214G2。