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    自動化系統編程標準化帶來的好處!

    發表時間::2022-10-08

    本文圖片來源 :西門子


    作者 | John DeTellem


     

    集成自動化套件為控制系統編程人員提供了標準化管理多個自動化項目的工具,使之可以在整個企業范圍內創建一致的操作體驗。


    在當今高科技設備領域,工業設備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,這對最終用戶的運行體驗至關重要,而編程軟件可以在這方面提供幫助。如果無法做到一致,就很難掌握諸多復雜系統接口的細微差別,從而導致運行故障和計劃外停機,甚至發生安全事故。


    可編程邏輯控制器 (PLC) 和人機界面 (HMI) 的程序員,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。通過在整個工廠車間和整個企業的機器上實施一致的代碼和接口,它們使設備更易于操作,且更易于故障排除。


    在過去,程序管理幾乎完全是手動的,所以程序員必須保持高度警惕,以保持機器與機器之間的程序一致性。然而,內置了標準代碼庫的現代集成自動化軟件包,正在簡化這一過程,尤其是在系統診斷和報警生成領域,為程序員提供了標準化和改善運行人員體驗所需要的工具。


    標準化機器操作程序


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


    為了幫助組織應對這一挑戰,現代集成自動化軟件包使機器制造商和最終用戶,能夠實現機器運營程序的標準化并保持一致。標準化簡化了業務和技術流程管理,并使運行人員能夠安全地實現生產目標。 


    在項目生命周期的初期,將機械、電氣和自動化工程整合在一起,對于取得有效成果也至關重要。集成自動化軟件包支持不同專業并行開展工作,以提供相應的功能(圖1)。不僅減少了總的調試時間,同時通過跨專業質量檢查以提高產品質量,還可以通過數字模擬來進行虛擬調試和其它任務。


    圖 1 :標準化可并行開展工作和多個工程學科的集成,從而提高開發速度,提高質量。


     實現自動化標準化的軟件工具 


    在復雜的環境中,明智地使用正確的工具是整個標準化的關鍵。使用合適的軟件,用戶可以將電氣和機械圖紙直接導入和導出到自動化軟件包中,以自動更新系統控制,并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,并加快了調試速度。


    圖 2 :工程團隊可以通過 Siemens 的 TIA Portal Openness API 中的 AutomationML 導入和導出 CAD 和 XML 文件,無縫協調自動化項目。


    集成自動化軟件包使程序員能夠開發和維護標準的自動化程序庫,并在硬件組件與其軟件指令集之間建立直接的聯系(圖 3)。 


    圖 3 :現代集成自動化軟件包, 例如 Siemens 的 TIA  Portal,使用庫實現 PLC 和 HMI 自動化對象的標準化和版本化,這些包可以自動生成和測試自動化項目配置。


    一些自動化對象是內置在軟件套件中的,并經過預先驗證,從而減少了測試和故障排除的時間。開發人員也可以創建新的對象,然后通過虛擬調試或數字孿生模擬測試其功能。


    所有的自動化對象都可以在一個項目或多個項目中重復使用,從而減少開發時間,并可以確保使用特定硬件時,其功能保持一致。通過配置和適當的連接,還可以將自動化項目配置為基于主庫執行自動對象更新。這在開發和運營體驗過程中創造了一致性,從而節省了解決復雜問題所需的時間,并提升了產品的質量。 


    集成的自動化軟件包提供的另一個工具,可以幫助程序員自動生成 PLC 代碼和簡單的 HMI 布局,包括數據視圖和儀表板配置。這使得程序開發更可靠,同時為最終用戶提供操作程序和可視化組件,以便監控生產效率。


     規劃自動化程序架構 


    規劃的質量既可以成就項目,也可以拖累項目。PLC 編程也是如此。在開始編程的時候必須做出決定,以確保未來的標準化(圖4)。


    圖 4 :創建和使用自動化對象庫的過程。通過使用駐留在硬件配置工具中的 TIA  Portal 自 動 系 統診斷和報警生成工具,OEM 將編程時間減少了 30%,并在 HMI 上為用戶增加了故障排除功能。


    第一個重要主題是可讀性。開發人員必須為標簽標識符和企業范圍的資產標識術語定義 一個方案,以保持設備的有序性。


    開發人員還必須考慮編程和設備維護要求,然后創建庫,以用戶友好的方式進行版本控制,并提供設備模板,以幫助運行和維護人員解決現場問題。編程語言也應該在這個階段確定。梯形圖、功能塊、結構化文本 (ST) 和順序功能圖 (SFC),在代碼創建、擴展和故障排除等方面各有優缺點,在編程時可以使用這些語言中的一種或多種。 


    一旦確定了編程基礎,開發人員接下來必須定義人機交互界面,包括 HMI 圖形、報警 以及歷史數據可視化和分析。這里也是定義設備間通信方案,以在工廠車間周圍傳輸數據的 地方。 


    開發人員必須制定自動化對象復用計劃,確保實現對象的模塊化,可以無縫在多個程序中應用。良好的標準化實踐還需要在此階段進行全面的文檔記錄,以便隨著時間的推 移標準庫仍具有價值,并在人員流動時確保不變。


     系統診斷 :自動化庫標準化的基準 


    編程標準必須能夠有效地處理系統診斷。這是指示 PLC 和聯網設備的控制系統運行狀況的通用指標。當基本設備和設備功能因通信故障、模塊故障、電源和安全等問題而出現故障時,這些指示燈會通知運行人員。 


    盡管板載部件出現問題時,大多數聯網設備都能自動提醒用戶,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接多臺機器和設備時,確保統一的系統診斷和報警管理,對于高效運行至關重要。然而,通常情況下,在機器與機器之間,并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,通常是工程和編程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。仔細規劃和編程,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,集成自動化軟件包會根據硬件配置,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序聲明。通過云,在 PLC、HMI、邊緣設備、工廠工作站、網絡服務器和遠程會話之間,提供一致的報警讀數。 


    借助集成的自動化軟件包自動生成報警,從而能夠快速識別錯誤并顯示帶有位置和原因的故障消息。 


    由于這些診斷是自動而不是手動編程實現的,因此硬件配置的更改,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,為所有編程標準化奠定了基礎。


     大幅節省編程時間 


    一家電鋸原始設備制造商 (OEM),通過對來自自動化供應商的 PLC、HMI 和驅動器進行標準化,將開發和運營置于一個集成自動化軟件包之下,從而改進了其生產系統并增強了全球客戶服務業務。在硬件配置工具中,使用自動系統診斷和報警生成,OEM 廠商將編程時間減少了30%。除了自動化硬件的內在可靠性之外,還能通過 HMI 為最終用戶提供深入的故障排除。 


    使用集成的系統診斷視圖,最終用戶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最終用戶的問題。這會減少最終用戶的停機時間并減少對 OEM 支持的需求。 


    由于有了中央自動化對象庫,程序員更易于進行版本控制。當更新代碼塊時,開發人員可以根據所用的自動化對象版本,輕松識別哪些項目包含更新,哪些不包含,然后就可以自動更新所有現有實例。


     集成自動化和標準化的優勢 


    在對自動化系統進行編程時,最佳實踐要求在深入研究代碼之前,仔細考慮應用和所需的結果。通過這種審查,標準化可以改善項目開發和運營的生命周期。為制造商提供標準化的集成自動化軟件包的優勢包括 :

    1、軟件對用戶更透明,簡化開發工作。 

    2、提高軟件質量,改善可靠性和可維護性。

    3、由于自動化程序使用全廠范圍的程序組件,在調試之前經過驗證,因此可以顯著減少錯誤。 

    4、服務和維護費用減少。 

    5、簡化診斷和故障排除。 

    6、培訓要求最小化。 

    7、機器之間的數據交換簡單且定義明確。 

    8、文檔可管理,并且明確定義了自動化組件的行為。 

    9、PLC 從一個集中管理的對象庫中創建程序,不同機器的編程保持一致。 

    10、整個工廠的 HMI 使用一致的圖形、符號和術語,這樣可以改善操作員的體驗。


    機器制造商和集成商可以通過標準化自動化程序庫來幫助他們的最終客戶。使用集成的自動化軟件包,意味著開發人員可以減少為低級設備診斷和報警創建解決方案的時間。這為通過跨專業優化工作,改善操作員體驗和改進機器功能提供了更多機會。


    關鍵概念: 

    ■ 軟件工具可以提高效率,這是標準化帶來的好處。 

    ■ 編程結構和庫,使那些設置、使用和維護帶有控制系統的工業設備的人的工作變得更輕松。 

    ■ 使用集成自動化軟件包可節省 30% 的編程時間。 


    思考一下: 

    您的編程限制是存在于幾個區域還是遍布在整個生產制造應用中?

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