STEP7（TIA Portal）TRACE功能全面解析

TRACE功能概述

在TIA博途軟件中，通過軌跡功能記錄測量值變化，并通過邏輯分析器對記錄進(jìn)行評估分析。將配置好的TRACE下載到PLC中，從而根據(jù)條件采樣變量值。多個采樣值形成了以時間變化為橫坐標(biāo)的曲線，稱為記錄。可以將記錄保持至離線文件中，并支持不同離線文件的對比分析。此外記錄也可保存到存儲卡中。
S7-1200支持裝載2個TRACE配置，單個配置的最大存儲空間為512KB。每個TRACE配置最多可以組態(tài)16個信號。

支持TRACE功能的硬件：

如果設(shè)備支持軌跡和邏輯分析器功能，則可使用項目樹中設(shè)備下方的 "軌跡"進(jìn)行選擇。以下設(shè)備支持軌跡和邏輯分析器功能：

SIMATIC S7-1200 CPU（固件版本 V4.0 及以上版本）

SIMATIC S7-1500、ET 200SP、CPU 1513pro-2 PN 和 CPU 1516pro-2 PN CPU

SIMATIC S7-1500 軟件控制器

ET 200SP Open Controller

支持 Startdrive 的 SINAMICS 驅(qū)動裝置

SINAMICS V90 + HSP 0185

SIRIUS SIMOCODE pro（帶 Simocode ES）

SIRIUS 軟起動器 3RW （帶軟起動器 ES）

TRACE功能的運(yùn)行模式

圖1. 運(yùn)行模式

①?TIA Portal 中編程設(shè)備 (PG) 上的軌跡組態(tài)，可在軌跡組態(tài)過程中指定待記錄信號、記錄時長和觸發(fā)條件。

②?將軌跡組態(tài)從 PG 傳輸?shù)皆O(shè)備，當(dāng)建立在線連接時，可將整個軌跡組態(tài)傳輸?shù)皆O(shè)備中。

③?等待記錄，如果激活所記錄的軌跡組態(tài)，則記錄執(zhí)行與 PG 無關(guān)。滿足觸發(fā)器條件時，將立即進(jìn)行記錄。

④?將測量結(jié)果從設(shè)備傳輸?shù)?PG 中，保存項目中的測量存儲 TIA Portal 里已打開項目中的測量。完成記錄后可以隨時保存測量，與測量時間無關(guān)。

⑤?評估，管理和保存測量結(jié)果，通過"曲線圖"和"信號表"中的各種選項，對測量結(jié)果進(jìn)行評估。不同測量中的信號可疊加在一起作為組合測量，并進(jìn)行比較。

S7-1200 TRACE功能實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在本應(yīng)用實(shí)例中，通過以下產(chǎn)品進(jìn)行TRACE功能組態(tài)。

軟件：

TIA Professional V16

硬件：

CPU1217C DC/DC/DC V4.4

S7-1500 TRACE功能組態(tài)

1、TRACE配置介紹

1.1、新建TRACE配置
在TIA博途軟件中，雙擊項目樹相應(yīng)PLC站點(diǎn)下的“Traces”，展開后來實(shí)現(xiàn)TRACE的各項功能，TRACE在線視圖如圖2所示。

圖2. 創(chuàng)建TRACE

①點(diǎn)擊“添加新Trace”，用于新建Trace配置；
②?為目前離線文件和CPU已裝載有相同名稱的TRACE；???為目前僅存在于離線文件的TRACE；???為離線文件和CPU已裝載的TRACE配置相同；?為離線文件和CPU已裝載的TRACE配置不同；
③保存在離線測量文件夾下的記錄文件；
④保存在在線存儲卡下的記錄文件；
⑤保存在離線組合測量文件夾下的記錄文件；
新建TRACE配置后，右邊工作區(qū)將顯示TRACE組態(tài)頁面。

1.2、組態(tài)記錄信號

一個TRACE配置最多記錄16個變量，支持位、位序列、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、時間（Time、Date、TOD）數(shù)據(jù)類型，支持對過程映像輸入、過程映像輸出、位存儲區(qū)以及DB塊的變量進(jìn)行記錄。工作區(qū)配置變量如圖3所示。

圖3. TRACE信號配置

1.3、設(shè)置采樣條件

工作區(qū)TRACE記錄條件如圖4所示。

圖4. 配置采樣

①采樣OB：TRACE記錄的是信號在所選采樣OB結(jié)束處的值，可以選擇以下OB作為采樣OB：循環(huán)OB，時間OB，延時OB，循環(huán)中斷OB，MC-PreServo OB，MC伺服OB，MC插補(bǔ)器 OB，MC-PostServo OB；
②采樣頻率：每隔1～231-1個采樣OB，記錄一次所有設(shè)置信號的值；
③測量點(diǎn)數(shù)量：一次采樣作為一個測量點(diǎn)，而TIA博途軟件根據(jù)TRACE配置信號的數(shù)量、數(shù)據(jù)類型以及采樣頻率計算出測量點(diǎn)的最大數(shù)量；
④如使用計算出測量點(diǎn)的最大數(shù)量，則激活選擇框；
⑤自行設(shè)置測量點(diǎn)數(shù)量，但不能超過測量點(diǎn)的最大數(shù)量。

1.4、設(shè)置觸發(fā)條件

觸發(fā)器為TRACE采樣的起始條件，工作區(qū)觸發(fā)器設(shè)置如圖5所示。

圖5. 配置觸發(fā)器

①觸發(fā)模式包括立即記錄、變量觸發(fā)和無觸發(fā)器監(jiān)視（TIA V16 及以上版本支持無觸發(fā)器監(jiān)視模式，如選擇無觸發(fā)器監(jiān)視和立即記錄模式則沒有后面的②～⑤的參數(shù)），具體區(qū)別參考表1；

表1 兩種觸發(fā)模式的區(qū)別

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②觸發(fā)變量類型包括位、位序列、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、時間（Time、Date、TOD）數(shù)據(jù)類型，支持過程映像輸入、過程映像輸出、位存儲區(qū)以及DB塊的變量，該變量和待采樣的信號無關(guān)；
③變量觸發(fā)條件參考表2；

表2 變量觸發(fā)條件匯總

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④預(yù)觸發(fā)的測量點(diǎn)個數(shù)與總的測量點(diǎn)數(shù)量的示意圖，即在總的測量點(diǎn)個數(shù)中包含若干滿足觸發(fā)條件時刻前測量點(diǎn)的記錄；
⑤預(yù)觸發(fā)的測量點(diǎn)個數(shù)設(shè)置，參考圖6-49，記錄時長（a）=1000個測量點(diǎn)，即預(yù)觸發(fā)10個測量點(diǎn)，觸發(fā)條件滿足后記錄990個測量點(diǎn)；

1.5、設(shè)置存儲卡模式

當(dāng)觸發(fā)器為變量觸發(fā)、并且CPU的存儲卡為程序卡時，可以設(shè)置將記錄存儲在存儲卡中。每次激活記錄，會在存儲卡中產(chǎn)生一個帶有時間戳的文件夾，該時間為CPU的系統(tǒng)時間，用于保存該次激活記錄下的所有TRACE條目。工作區(qū)存儲卡模式設(shè)置如圖6所示，

圖6. 設(shè)置設(shè)備上測量

①選中則激活存儲卡模式；
②設(shè)置測量數(shù)目（1-999），該數(shù)目為每個帶有時間戳文件夾內(nèi)保存的最大TRACE條目數(shù)；
③根據(jù)測量數(shù)目、測量點(diǎn)數(shù)量以及TRACE配置信號的數(shù)量、數(shù)據(jù)類型計算出的存儲空間要求，該值不能超過存儲卡的大??；
④當(dāng)達(dá)到測量數(shù)目時TRACE可以設(shè)置為以下2種響應(yīng)：
（1）禁用記錄
此時記錄自動去激活。如再次激活記錄，將產(chǎn)生新的帶有時間戳的文件夾。
（2）覆寫最早記錄
此時一旦再次滿足觸發(fā)條件并記錄完成后，將覆蓋文件夾內(nèi)最早的TRACE條目，實(shí)現(xiàn)TRACE的往復(fù)記錄，直到記錄被手動去激活。選擇該項需注意存儲卡的寫入壽命。

注意：
如果TRACE設(shè)置存儲卡模式，則“自動重復(fù)記錄”?的功能將不再支持。

2、安裝軌跡配置

上述配置完成后，則可以通過點(diǎn)擊“在設(shè)備上安裝軌跡” 按鈕實(shí)現(xiàn)將TRACE配置下載至CPU如圖7所示。

圖7. 安裝配置

3、激活記錄

下載配置開始后，工作區(qū)將切換至“示意圖”頁面。下載完成后會將CPU自動轉(zhuǎn)至在線，并使得“觀察開/關(guān)”?自動激活。此時如果點(diǎn)擊“激活記錄”按鈕 ，將按照TRACE配置執(zhí)行開始記錄或等待觸發(fā)條件。當(dāng)測量點(diǎn)個數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)時，則記錄完成；如果記錄中點(diǎn)擊“禁用記錄”按鈕 ，可以結(jié)束記錄，切換為未激活狀態(tài)。如果點(diǎn)擊“自動重復(fù)”按鈕 ，則記錄完成后，將重新開始記錄或等待觸發(fā)條件。
未激活、等待觸發(fā)條件、記錄中以及記錄完成的示意顯示如圖8、9、10、11所示。

圖8. 未激活示意圖

圖9. 等待觸發(fā)條件示意圖

圖10. 記錄中示意圖

圖11. 記錄完成示意圖

注意：
TRACE的下載、上載和CPU組態(tài)程序的下載、上載無關(guān)，需要在TRACE頁面單獨(dú)執(zhí)行。

可通過工具欄中的按鈕管理軌跡，下圖12列出了各按鈕的功能：

圖12. TRACE 示意圖工具欄

4、TRACE保存及分析

TRACE結(jié)束記錄后可以在線分析該記錄，可以使用工具欄中的按鈕對曲線進(jìn)行分析，如圖13所示。

圖13測量示意圖工具欄

曲線圖展示了信號表中選定記錄信號的軌跡。顯示可以按照要求進(jìn)行縮放，還可以使用測量光標(biāo)來選擇單個數(shù)值在信號表中顯示出來等功能。曲線圖工具欄圖標(biāo)常用功能請看下表3。

表3.圖標(biāo)功能表

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圖標(biāo)	功能	說明
	縮放	選中某一縮放按鈕，拖拽鼠標(biāo)選擇相應(yīng)區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)整個選中區(qū)域的縮放或垂直水平方向的縮放
	顯示	點(diǎn)擊某一顯示按鈕，可實(shí)現(xiàn)軌跡的完整顯示或是X軸Y軸方向的整體顯示
	時間軸單位轉(zhuǎn)換	轉(zhuǎn)換X軸的單位，可以是采樣點(diǎn)、相對觸發(fā)開始時的相對時間、采樣點(diǎn)的時間戳三種單位形式
	顯示測量點(diǎn)	采樣點(diǎn)在曲線上顯示為小圈
	插值顯示	實(shí)現(xiàn)2個采樣點(diǎn)之間的線性插補(bǔ)
	顯示測量光標(biāo)	通過測量光標(biāo)可測量水平或垂直方向某點(diǎn)或兩點(diǎn)之間的差值
	更換背景顏色	切換軌跡的背景顏色

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記錄中的每個變量使用單獨(dú)的Y軸，顯示該變量的值；所有變量公用X軸，X軸單位取決于“更改X軸單位”按鈕的選擇。TRACE記錄的分析示例如圖14所示。

圖14 TRACE記錄的分析示例

①指定變量及顯示格式；
②選擇“顯示垂直測量光標(biāo)”；
③顯示①變量在光標(biāo)處的實(shí)時值以及Y軸差值（ΔY）X軸時間差（Δt）；
④顯示所有信號在光標(biāo)處的實(shí)時值以及Y軸差值；
⑤設(shè)置X軸為采樣的時間戳；
⑥時間戳為CPU的本地時間；
通過示意圖下方的信號表，可以自定義信號組編號，然后將非位信號編入一個信號組，此時該信號組將使用相同的Y軸，便于整體觀察該信號組的數(shù)值，比較大小關(guān)系，如圖15所示。

圖15 TRACE信號組

信號表列出了所選測量的信號，以及某些屬性的設(shè)置選項，如圖16所示。在線模式下，可更改設(shè)備中的軌跡設(shè)置。單擊"上傳"按鈕，可應(yīng)用顯示方式的更改；否則在切換為離線模式時，系統(tǒng)將丟棄這些更改。
當(dāng)把設(shè)備中軌跡添加到測量時，信號表的當(dāng)前設(shè)置將在測量中保存。可通過拖放操作對信號進(jìn)行排序，在信號內(nèi)可以重新排序信號位。常用功能請查看表4。

圖16 信號表

表4.信號表功能

功能	說明
打開位選項?	可以把以下數(shù)據(jù)類型的變量拆分成位信號，通過單擊圖標(biāo)??，使拆分后的信號顯示在軌跡曲線中：Byte、Word、DWord、SInt、USInt、Int、UInt、DInt、UDInt Byte數(shù)據(jù)類型已打開位選項示例圖：

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顯示格式	可以切換信號在軌跡中的顯示格式，比如十六進(jìn)制、十進(jìn)制、八進(jìn)制、二進(jìn)制等
顏色	可以切換信號在軌跡中顯示的顏色
信號組	單擊鏈形圖標(biāo)或在輸入欄中輸入信號組名稱可創(chuàng)建新的一個信號組并把該信號添加到信號組，添加到信號組中后圖標(biāo)變?yōu)?img src="https://file1.elecfans.com/web2/M00/C4/43/wKgaomXqsRqAUO3zAAAB5IsPRHE920.jpg" alt="056def9c-dc8e-11ee-a297-92fbcf53809c.jpg" />，單擊圖標(biāo)可將信號移除該信號組，注意二進(jìn)制信號無法加入信號組。同一信號組的信號可以顯示在一個坐標(biāo)系中，這樣更容易分析比較，如圖15所示。在測量軌跡中可以對創(chuàng)建的信號組通過單擊“使用當(dāng)前視圖為記錄的標(biāo)準(zhǔn)視圖”按鈕進(jìn)行保存，方便下次打開分析使用。 創(chuàng)建信號組示例圖：

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如果沒有新的TRACE記錄產(chǎn)生且CPU不斷電的情況下，此記錄將一直保存；CPU在線后，選擇配置的TRACE，點(diǎn)擊“觀察開/關(guān)”按鈕 后即可看到在線的TRACE記錄。
該TRACE記錄可以通過點(diǎn)擊“導(dǎo)出軌跡配置”按鈕 ，將記錄以TRACE格式或以*.csv格式導(dǎo)出，前者可以在其它TIA博途項目“Traces>測量”右鍵菜單中選擇“導(dǎo)入軌跡”進(jìn)行軌跡的導(dǎo)入，而后者則可以以excel表格形式保存所有測量點(diǎn)的數(shù)值。

5、測量和組合測量

可把獲取到的軌跡信息通過“添加到測量”按鈕保存到測量軌跡中，在測量軌跡中對信號進(jìn)行分組、顯示格式、顏色等分析，為了日后再次查看測量軌跡，可通過測量視圖右下方“創(chuàng)建當(dāng)前視圖的快照”按鈕對此次操作進(jìn)行保存，方便下次分析使用，如圖17所示。

圖17.快照

組合測量可應(yīng)用于項目中，實(shí)現(xiàn)對不同測量進(jìn)行比較的功能。下文說明了如何在"組合測量"系統(tǒng)文件夾下創(chuàng)建組合測量，如圖18所示。
(1) 在 "測量" 系統(tǒng)文件夾下選擇一個或多個測量。
(2) 將測量拖拽到 "組合測量"系統(tǒng)文件夾中后一個新的組合測量將被創(chuàng)建?；蛘咄ㄟ^快捷菜單命令"導(dǎo)入軌跡"導(dǎo)入已保存的測量。

圖18 組合測量創(chuàng)建

不僅可以同時分析多個記錄，還可以將多個TRACE記錄的時間軸重新校準(zhǔn)后分析。如圖19所示。

圖19 組合測量

①軌跡的導(dǎo)入和導(dǎo)出

②選擇測量的校準(zhǔn)方式：觸發(fā)/采樣與時間戳（絕對時間），觸發(fā)/采樣的校準(zhǔn)是由校準(zhǔn)方式與偏移量共同決定，而時間戳（絕對時間）的校準(zhǔn)只是由偏移量決定，具體區(qū)別參考表5；

表5 校準(zhǔn)方式區(qū)別

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③設(shè)置X軸時間單位，此處設(shè)置為時間；
④選擇校準(zhǔn)方法：觸發(fā)、觸發(fā)事件后首次采樣、首次采樣、上次采樣（最后一次采樣）；
⑤當(dāng)不考慮偏移設(shè)置時，應(yīng)該是根據(jù)Trace的最后一次采樣與Trace_1的滿足觸發(fā)事件時的采樣的時間實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)；
⑥設(shè)置精確到納秒偏移時間；
⑦設(shè)置Trace的時間偏移，時間為正為時間軸向后偏移，時間為負(fù)為時間軸向前偏移。此處根據(jù)Trace設(shè)置的偏移5s，實(shí)現(xiàn)Trace的最后一次采樣后的5s與Trace_1的滿足觸發(fā)事件時的采樣的校準(zhǔn)；

6、打印軌跡

在曲線圖中，右鍵軌跡圖可將顯示屏保存為圖片并將顯示屏復(fù)制到剪貼板后進(jìn)行打印，如圖20所示。

圖20. 打印軌跡

5、相關(guān)文檔

SIMATIC/SINAMICS S7-1500/1200使用軌跡和邏輯分析器功能鏈接：https://support.industry.siemens.com/cs/cn/zh/view/64897128

常見問題

1. S7-1200 和 S7-1500 有多少個測量點(diǎn)能夠存儲在軌跡記錄中？

在配置軌跡記錄的條件時，STEP 7 (TIA Portal) 軟件會計算出記錄的最大持續(xù)時間和顯示最大的測量點(diǎn)數(shù)目。測量點(diǎn)數(shù)量跟CPU中用于存儲軌跡記錄的內(nèi)存大小和記錄PLC變量需要的內(nèi)存大小有關(guān)。

用于軌跡記錄功能的存儲空間大小

S7-1200 和 S7-1500 的 CPU 提供 512 KB (512 x 1024 字節(jié) = 524288 字節(jié))用于軌跡記錄功能。因?yàn)轭^部需要 32 字節(jié)，所以實(shí)際上用于測點(diǎn)記錄的存儲空間僅有 524256 字節(jié) (524288 字節(jié) - 32 字節(jié) = 524256 字節(jié))。

軌跡中測量點(diǎn)的內(nèi)存需求

單個測量點(diǎn)的存儲空間需求是所有 PLC 變量記錄所占用的存儲空間加上用于記錄時間戳的 8 個字節(jié)。

按照下面的公式可以計算出一個 S7-1200 或者 S7-1500 的 PLC 中用于每一個軌跡可記錄的最大測量點(diǎn)數(shù)：每個軌跡的測量點(diǎn)數(shù)=用于測點(diǎn)記錄的存儲空間有 (524256 字節(jié))/（PLC 變量所需要的存儲空間 + 8 個字節(jié)用于記錄時間戳 ）

審核編輯：黃飛

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