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運行時組態技術探討

未知 2019-07-16 10:53

運行時組態技術探討

——在專用人機界麵實現自由工藝編程

一,問題的提出

運行時組態是組態軟件技術近些年提出的新概念。運行時組態是指在運行環境下編輯工程,或對已有工程進行修改,添加新的功能。也就是說運行時組態是在組態軟件運行環境中直接修改工程。運行時組態改變了已往必須進入複雜的組態及控製環境修改工程應用的曆史,給組態軟件帶來了新的活力,並預示著組態軟件新的發展方向。

先以開發注塑機械手實際應用為例來說明什麽是運行時組態,為甚麽需要應用運行時組態的技術。

注塑機械手是專應用於配合注塑機成型工藝而進行取放料等處理的自動化設備,工作環境要求苛刻,需要長時間高精,高速運行。更主要的是,相對於一般自動化設備按固定工藝模式一步步運行的方式,注塑機械手其生產工藝過程變化多端。如果按傳統固定工藝模式編程,一旦需要修改或添加新的工藝流程,就必須對工程及控製係統進行修改。對於簡單工藝的設備來說這也許可行,但對於像注塑機械手這類工藝複雜多變的設備就很費時力,而且極易出錯。

傳統的組態過程是這樣的,工程組態好並交付用戶使用後,工程中包括的功能就固定不變了。如果要擴充,修改工程的功能,就必須請熟悉該工程的工程師進入組態或控製環境進行修改。

如果菠菜娛樂換一種編程方式呢?比如提供這樣一個工程環境:工程師有預見的設計好該工程所有最基本功能(基本動作),實際應用時由現場工藝人員根據實際需要來自由組合生產工藝以達到最終控製的目的。

如果真的的實現這種方式,這確實比靠工程師預先編好工藝的方式靈活,簡單的多。這種由固定工藝轉換到自由工藝編程的模式就是運行時組態技術所要解決的。

必須說明的是,這種運行時組態技術雖說在一些通用型人機界麵上已有或多或少的應用,但這些都是基於像Microsoft windows這種高級編程環境的組態軟件,如紫金橋監控組態,昆侖通態等。但一些設備常用的人機接口如got,preface等畢竟是專用人機操作接口,它們不像那些高級組態環境的人機接口那樣有豐富的軟件接口、鏈接庫或數據庫來支持。

因而,本文所要解決的就是應用運行時組態的思路、方法、技術來實現在傳統人機接口由固定工藝到自由工藝編程模式的轉變。

二,運行時組態的優點

1,減少編程工作量。對於一具體工程項目,如果能將項目中用到的功能(或動作)歸納出來做成模塊,那麽菠菜娛樂無須等到了解整個工程應用並做完才可以將其投入運行了。即隻要把工程中需要的模塊準備好,你就可以讓最終用戶(如工藝人員,設備操作員等)在現場應用時自己增加、編輯模塊了,讓用戶在運行環境中修改和完善,滿足實際工藝需求。該工作模式充分發揮了組態工程師和工藝人員自身的優勢,快速完成工程項目。

2,解決了動作及運行參數不確定問題。有些工程本來就存在這樣的不確定性,菠菜娛樂不可能用常規的辦法將各種情況事先窮舉出來,也不可能每次改變都要求技術人員進入複雜的開發環境進行修改,運行時組態思路對此是非常適用的。

3,維護方便。傳統意義的組態是在工程組態完成後,應用程序的功能已經固化好了。如果需要修改或增加新功能,還必須進入開發環境重新配置。這一般需要精通開發環境,並且熟悉該工程的工程師來完成。如果工程不是本單位完成的,還要涉及到升級改造,甚至另立項目的費用。采用運行中組態技術後就可以由工廠的一般技術人員來完成。

4,實現軟件標準化。自動化控製軟件標準化是管理階層、開發人員、維護保養甚至應用人員所不斷追求的目標。組態過程中建立的各個模塊就是實現軟件開發標準化的基礎。

三,安全性問題

其實運行中組態技術一個最需要解決的問題就是安全,在運行時可以隨便增加、修改、刪除工程中的模塊或參數,確實是很危險的。如果沒有保護措施,運行時就會帶來很多的麻煩。菠菜娛樂可以通過以下兩項安全措施來保護運行時的工程。

1,控製係統保護。在控製係統層麵對一些相互會產生危險的動作作屏蔽,甚至排他性處理。做好基本安全保護,如軟、硬件上的互鎖。

2,工藝組態保護。由於運行時的模塊都是是由組態工程師生成的,因此運行時組態的自由度完全由組態工程師掌握。這就要求組態工程師對運行時提供的手段要加以限製,不要提供過多的,不必要的靈活性。同時對編輯過程提供必要的保護措施,如錯誤提示,組態後工藝無法保存等。

總之,組態人員既要給用戶提供擴展功能的手段,又要對其加以足夠的限製,以保證係統安全運行。

四,運行時組態的實現

應用於自動化中的人機界麵是最基本,最常用的組態技術。它雖不像那些專門的組態環境軟件那樣功能豐富,應用範圍廣;但它以高穩定性,強適應性,低價格在自動化領域仍具有不可動搖的地位。好的、貴的並不一定是最有用的或最有效的。正於無論計算技術(特別是軟件技術)怎麽發展,PLC技術平台在自動化領域永遠也不會過時一樣。

雖說技術、理念在不但發展,但這並不就意味著舊的技術平台需要淘汰。其實菠菜娛樂要做的是用哪些新的理念、技術來改造、提升這些舊平台。因而這些工作需要自動化工程師自己去做,人機接口組態環境並沒有提供現成的模版來實現運行時組態的應用,這種改造當然是很費時力的工作。

菠菜娛樂知道人機接口是實現現場操作人員操作,控製設備的電子接口。它主要提供虛擬的按鈕控製、數據輸入、狀態監控等功能。雖說人機接口也提供一些數據處理功能,但它畢竟沒有個人計算器那樣強大的數據處理能力。因此人機接口僅能看作是一種靜態處理技術,還不能完全算得上是動態處理技術。

好在一般人機接口都提供有二次係統開發接口,如腳本語言(有的稱作宏指令)。這些二次開發接口提供類似高級編程語言的編程環境,看到那些熟悉的變量、數組、函數、語句甚至指針,菠菜娛樂是否看到勝利的曙光?

是的,菠菜娛樂有理由相信菠菜娛樂最起碼也成功了一半。有了這些“指令”菠菜娛樂就可實現人機接口對象後台處理能力;實現各種接口編輯(如插入,刪除等),邏輯判斷,數據計算,狀態提醒等功能。也就能實現運行中組態所必有的一些基本處理能力。

更一步的,要實現友好,簡潔的組態界麵,菠菜娛樂還要充分應用人機接口組態環境本身亦提供的變址(或索引)功能,配方功能等等。

所有這些技術和功能的結合應用,加上運行中組態這類新的理念,菠菜娛樂有理由相信:在傳統人機接口上也能(最起碼也是近似)實現運行中組態的最終目的。
必須補充說明的是,運用配方功能實現數據的管理是菠菜娛樂常用到的技術或方法,如保存各個工藝配方數據。但這些處理是靜態的而不是動態的,這與運行中組態的思路還是不一樣。但,事實上也正是因為這種配方處理功能讓菠菜娛樂找到一個邁向成功的窗口。

下麵的注塑機械手案例就基本上實現或應用了前麵所闡述的一些技術、理念。

五,自由工藝編程模式在注塑機械手上的應用

下麵就是在注塑機械手控製係統中實現自由工藝編程模式這種運行時組態技術應用的主要編輯畫麵。

運行時組態技術探討

工藝程序編輯畫麵由四個區域組成:工藝代碼選取區(右邊),工藝程序顯示區(左邊),工藝編輯功能區(下邊),編輯錯誤顯示區(上邊)。代碼選取區可以前後翻頁,選擇其它工藝代碼,如下圖右邊不同於上圖所示的代碼選取區顯示。

運行時組態技術探討

從右邊“代碼選取區”選取的工藝代碼會一個個順序顯示在左邊的工藝程序顯示區中,這裏顯示的就是你所編輯的工藝程序。紅色光標閃現之處就是你目前編輯的地方,編入一個工藝代碼,就進入下一個編輯步,同時光標也自動下移一步。當觸摸某一工藝步或者通過畫麵下麵的編輯鍵“+”,“-”可以移動到你需要編輯的地方,同時光標也移到此處。上圖示例為5.7吋觸摸屏,一個畫麵最多可以顯示12個工藝代碼,通過移動光標可以顯示或查看其它編輯後的工藝代碼。

工藝編輯畫麵的下邊區域是供工藝編輯用的幾個“編輯鍵”,通過它們可以方便的編輯,修改或儲存當前工藝。如上圖紅色光標顯示處,按“插入”功能鍵後出現空格,就可以插入一個新代碼。按“刪除”鍵可以刪除光標處的代碼,按“返回”鍵就可返回“工藝編輯”主畫麵。按“另存”鍵就可進入“保存工藝”畫麵等等。

正於前麵所說過的那樣,儲存工藝時編輯環境會自動檢查目前的工藝是否符合編程規範。隻有符合基本規範才能儲存當前工藝,否則不能進入工藝儲存畫麵,同時在工藝編輯畫麵上邊顯示當前編輯錯誤信息,如:第一個錯誤工藝的序號,錯誤工藝名稱及錯誤原因。根據上邊提示的錯誤信息和實際工藝要求重新編輯、修正目前工藝直至符合編輯規範,然後儲存工藝。

可以實際定義一個工藝中最多隻能有100個工藝代碼,每一步最多有8個工藝代碼,而且每一步必須以工藝代碼“下步繼續”結束,這就是說實際最多有7個不同動作可同時進行,空代碼或無代碼表示一個工藝循環的結束。

工藝程序編輯並儲存好,通過工藝下載畫麵下載到程序控製器中(如PLC)才能起作用。下載的工藝是工藝編輯主畫麵中選定的工藝號。按“下載確認”,選取的工藝就下載到程序控製器中。

組態環境不但提供各個模塊的組態功能,還提供各個模塊的參數配置(如果需要的話)功能。如上麵組態後第6個模塊“主下取料”,在組態過程中隨時可以自由修改模快的配置參數,如位置、速度,隻需要你點擊此模塊。

上麵畫麵配備有靈活的編輯功能,“模塊”對象,相應序號,指引光標,上下移動顯示頁麵等等都可以根據用戶實際編輯需要靈活使用,即提供所謂“所見即所得”的編輯環境。同時組態環境還提供組態過程自動監控,錯誤判斷功能供用戶組態時參考或提供組態安全保護。

下圖例為對應工藝代碼“主臂翻平”(指主手臂的翻轉機構翻轉到水平狀態)的PLC子程序例子。這是一個標準的子程序結構,子程序P11對應工序程序中的工藝代碼:主臂翻平。也就是說此子程序什麽時候執行由工藝程序來決定。

運行時組態技術探討

進一步地,菠菜娛樂還可以利用這種方法或思路實現實際物理I/O地址的自由定義及配置,即由用戶決定元器件的接入地址,這也是模塊化、標準化編程的具體體現形式之一,而且其靈活與方便性有很高的應用價值。

六,總結

組態軟件一般稱為通用組態軟件。“通用”一詞表示它可以適合各種應用領域。不同的應用領域雖然存在許多共性的東西,但是應用場合特別是工藝的差異是客觀存在的。差異表現在畫麵的組織形式,組成部件,構建邏輯等等各方麵。如果讓組態軟件能夠包羅萬象來適應各種應用,那麽呈現給用戶的軟件將過於複雜,最終會使得組態軟件本身的友好性太差,失去其存在的意義。如前所述,運行時動態生成的元素是在組態環境下生成的,自動化工程師可以在組態環境下構建其應用領域所需模塊,然後讓工藝人員運用自己熟知的工藝在運行時搭建自己的應用。

脫離具體的PLC控製軟件,從宏觀角度來理解自動控製係統,麵向工藝來設計控製係統是自動化工程師應該追求的目標。菠菜娛樂知道PLC程序不過是實現你設計工程項目的工藝而已,有工藝要求才可能有程序,程序隻是設備工藝的具體反應。了解了工藝要求也就等於了解了程序。編程不過是個規則,要你用這個規則把設備工藝寫出來,因此重要是了解設備的工藝和具體使用PLC品牌的功能。當你充分了解了設備工藝,設計完電氣圖紙,你的設計任務可以說基本完成了,剩下的就是看看PLC編程規則,根據工藝把程序寫出來。

運用運行時組態理念或方法就是實現這個目標的具體表現形式。

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