自動化系統程式設計標準化帶來的好處

本文圖片來源：西門子

作者 | John DeTellem

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整合自動化套件為控制系統程式設計人員提供了標準化管理多個自動化專案的工具，使之可以在整個企業範圍內建立一致的操作體驗。

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在當今高科技裝置領域，工業裝置和機器的功能比以往任何時候都多，這樣就會造成從機器到機器、工廠到工廠的一致性問題，這對終端使用者的執行體驗至關重要，而程式設計軟體可以在這方面提供幫助。如果無法做到一致，就很難掌握諸多複雜系統介面的細微差別，從而導致執行故障和計劃外停機，甚至發生安全事故。

可程式設計邏輯控制器 (PLC) 和人機介面 (HMI) 的程式設計師，在保持操作員對系統的熟悉程度以減少不利結果方面發揮著關鍵作用。透過在整個工廠車間和整個企業的機器上實施一致的程式碼和介面，它們使裝置更易於操作，且更易於故障排除。

在過去，程式管理幾乎完全是手動的，所以程式設計師必須保持高度警惕，以保持機器與機器之間的程式一致性。然而，內建了標準程式碼庫的現代整合自動化軟體包，正在簡化這一過程，尤其是在系統診斷和報警生成領域，為程式設計師提供了標準化和改善執行人員體驗所需要的工具。

標準化機器操作程式

實現執行和維護一致性的過程，需要標準化和規劃。製造商意識到，從工程到部署實施的各階段，都需要對程式進行標準化，但實施起來通常都很困難。

為了幫助組織應對這一挑戰，現代整合自動化軟體包使機器製造商和終端使用者，能夠實現機器運營程式的標準化並保持一致。標準化簡化了業務和技術流程管理，並使執行人員能夠安全地實現生產目標。

在專案生命週期的初期，將機械、電氣和自動化工程整合在一起，對於取得有效成果也至關重要。整合自動化軟體包支援不同專業並行開展工作，以提供相應的功能（圖1）。不僅減少了總的除錯時間，同時透過跨專業質量檢查以提高產品質量，還可以透過數字模擬來進行虛擬除錯和其它任務。

▎圖 1 ：標準化可並行開展工作和多個工程學科的整合，從而提高開發速度，提高質量。

實現自動化標準化的軟體工具

在複雜的環境中，明智地使用正確的工具是整個標準化的關鍵。使用合適的軟體，使用者可以將電氣和機械圖紙直接匯入和匯出到自動化軟體包中，以自動更新系統控制，並保持所有工程專業設計的一致性（圖2）。這也節省了協調工作所花費的時間，並加快了除錯速度。

▎圖 2 ：工程團隊可以透過 Siemens 的 TIA Portal Openness API 中的 AutomationML 匯入和匯出 CAD 和 XML 檔案，無縫協調自動化專案。

整合自動化軟體包使程式設計師能夠開發和維護標準的自動化程式庫，並在硬體元件與其軟體指令集之間建立直接的聯絡（圖 3）。

▎圖 3 ：現代整合自動化軟體包，例如 Siemens 的 TIA Portal，使用庫實現 PLC 和 HMI 自動化物件的標準化和版本化，這些包可以自動生成和測試自動化專案配置。

一些自動化物件是內建在軟體套件中的，並經過預先驗證，從而減少了測試和故障排除的時間。開發人員也可以建立新的物件，然後透過虛擬除錯或數字孿生模擬測試其功能。

所有的自動化物件都可以在一個專案或多個專案中重複使用，從而減少開發時間，並可以確保使用特定硬體時，其功能保持一致。透過配置和適當的連線，還可以將自動化專案配置為基於主庫執行自動物件更新。這在開發和運營體驗過程中創造了一致性，從而節省了解決複雜問題所需的時間，並提升了產品的質量。

整合的自動化軟體包提供的另一個工具，可以幫助程式設計師自動生成 PLC 程式碼和簡單的 HMI 佈局，包括資料檢視和儀表板配置。這使得程式開發更可靠，同時為終端使用者提供操作程式和視覺化元件，以便監控生產效率。

規劃自動化程式架構

規劃的質量既可以成就專案，也可以拖累專案。PLC 程式設計也是如此。在開始程式設計的時候必須做出決定，以確保未來的標準化（圖4）。

▎圖 4 ：建立和使用自動化物件庫的過程。透過使用駐留在硬體配置工具中的 TIA Portal 自動系統診斷和報警生成工具，OEM 將程式設計時間減少了 30%，並在 HMI 上為使用者增加了故障排除功能。

第一個重要主題是可讀性。開發人員必須為標籤識別符號和企業範圍的資產標識術語定義一個方案，以保持裝置的有序性。

開發人員還必須考慮程式設計和裝置維護要求，然後建立庫，以使用者友好的方式進行版本控制，並提供裝置模板，以幫助執行和維護人員解決現場問題。程式語言也應該在這個階段確定。梯形圖、功能塊、結構化文字 (ST) 和順序功能圖 (SFC)，在程式碼建立、擴充套件和故障排除等方面各有優缺點，在程式設計時可以使用這些語言中的一種或多種。

一旦確定了程式設計基礎，開發人員接下來必須定義人機互動介面，包括 HMI 圖形、報警以及歷史資料視覺化和分析。這裡也是定義裝置間通訊方案，以在工廠車間周圍傳輸資料的地方。

開發人員必須制定自動化物件複用計劃，確保實現物件的模組化，可以無縫在多個程式中應用。良好的標準化實踐還需要在此階段進行全面的文件記錄，以便隨著時間的推移標準庫仍具有價值，並在人員流動時確保不變。

系統診斷：自動化庫標準化的基準

程式設計標準必須能夠有效地處理系統診斷。這是指示 PLC 和聯網裝置的控制系統執行狀況的通用指標。當基本裝置和裝置功能因通訊故障、模組故障、電源和安全等問題而出現故障時，這些指示燈會通知執行人員。

儘管板載部件出現問題時，大多數聯網裝置都能自動提醒使用者，但在更大的自動化系統中，將這些問題轉換為報警通常需要額外的手動工作。

在工廠或整個企業中連線多臺機器和裝置時，確保統一的系統診斷和報警管理，對於高效執行至關重要。然而，通常情況下，在機器與機器之間，並沒有對這些基本方面進行一致的處理，從而造成誤解、延遲和計劃外停機。

這種一致性的缺乏，通常是工程和程式設計標準化的缺陷造成的。一臺機器可以使用特定的聯鎖檢查方案和標記基本故障的方法，但另一臺機器可能使用不同的方法。仔細規劃和程式設計，可以在多臺機器上實施一致的機器診斷和報警。

為了保持機器之間的一致性，整合自動化軟體包會根據硬體配置，自動生成系統診斷和報警方案，從而減少耗時且容易出錯的程式宣告。透過雲，在 PLC、HMI、邊緣裝置、工廠工作站、網路伺服器和遠端會話之間，提供一致的報警讀數。

藉助整合的自動化軟體包自動生成報警，從而能夠快速識別錯誤並顯示帶有位置和原因的故障訊息。

由於這些診斷是自動而不是手動程式設計實現的，因此硬體配置的更改，會自動更新整個互聯企業的系統診斷基礎設施。在整個企業中一致地處理系統診斷，為所有程式設計標準化奠定了基礎。

大幅節省程式設計時間

一家電鋸原始裝置製造商 (OEM)，透過對來自自動化供應商的 PLC、HMI 和驅動器進行標準化，將開發和運營置於一個整合自動化軟體包之下，從而改進了其生產系統並增強了全球客戶服務業務。在硬體配置工具中，使用自動系統診斷和報警生成，OEM 廠商將程式設計時間減少了30%。除了自動化硬體的內在可靠性之外，還能透過 HMI 為終端使用者提供深入的故障排除。

使用整合的系統診斷檢視，終端使用者可以自助解決許多問題，當問題上報給 OEM 廠商時，HMI 可以清晰的顯示系統報警情況，從而可以更快地解決終端使用者的問題。這會減少終端使用者的停機時間並減少對 OEM 支援的需求。

由於有了中央自動化物件庫，程式設計師更易於進行版本控制。當更新程式碼塊時，開發人員可以根據所用的自動化物件版本，輕鬆識別哪些專案包含更新，哪些不包含，然後就可以自動更新所有現有例項。