整合H5、模擬、大資料、視覺、CNC……現在的PLC還是原來的PLC嗎？

前言

自動化軟體和硬體的進步減少了程式設計任務，並提供了更多內建的可配置功能、可擴充套件性、軟體元件之間的後臺通訊、以及模擬和數字雙胞胎功能。

今

天的自動化硬體和軟體，比獨立的機器控制更容易整合。只需要提供一種整合的開發和程式設計環境，就可以一種平易近人的、有凝聚力的方式呈現自己。

選擇一種程式語言還不夠，這隻適用於直接的機器應用程式。現在，機器自動化要求整合更多功能：HTML5 人機介面（HMI）、輸入/輸出（I/O）、順序邏輯、運動和網路安全、機器人和協作機器人運動學、視覺、安全機器人和運動、狀態和能量監測、機器對機器通訊。可與多個生產模組和智慧跟蹤系統、邊緣和雲通訊以及介面的協調。

企業需求的不僅僅是直接控制功能。製造企業越來越需要透過數字雙胞胎功能整合報告、資料庫管理和機器模擬，以進行初始設計和持續最佳化。

這些功能需要對自動化軟體平臺採用全面的、自下而上的方法，該平臺可擴充套件、模組化、有記錄、可重複使用，並且基於IEC61131-3程式語言標準。如今，自動化技術公司可提供全面的功能，包括單軸和多軸運動、計算機數字控制（CNC）、配方和報警功能、使用者管理和審計跟蹤、行業標準（如OMAC 包裝工作組的PackML）和網路診斷等。

許多出色的功能，過去僅作為第三方軟體提供，但現在已經成為許多軟體包的標準功能，並且有助於更改自動化的實施。

動態人機介面

動態HMI 內容可以更輕鬆地顯示覆雜的製造流程。一種方法是使用視窗小部件，使使用者可以將已有的基於XML 的可縮放向量圖形（SVG）影象設定動畫，或者使用執行資料從2D CAD 轉換過來。

使用者將小部件拖放到HMI 應用程式中的目標頁面上，並在那裡進行配置。在執行時，可以從應用程式控制影象動畫。可以將SVG 影象旋轉、過渡和移動，這節省了建立多個影象序列所需的時間和成本。由於SVG 影象基於向量圖形，因此即使放大也能保持高解析度而不會降低圖片的質量。

圖1：動態HMI 內容（例如可縮放向量圖形）有助於視覺化複雜的製造過程。本文圖片來源：貝加萊工業自動化

配置的靈活性

透過模組化應用程式，可以在不改動機器程式碼的情況下，隨時將I/O 模組新增到現有程式。可以在機器交付之前、甚至在執行時進行，這簡化了管理機器和裝置變體。可以從企業資源規劃（ERP）或訂單管理系統生成I/O 變體配置。即使添加了第三方驅動器或模組，也不需要工程工具。

可以使用適當的配置工具，直接在機器上配置其它變體和選項。一些開發環境包括一個工具，允許在梯形圖邏輯中更改配置，而不影響機器的主要應用程式。無需修改機器原始軟體即可進行除錯，為終端使用者提供所需的靈活性，同時保持原始裝置製造商（OEM）解決方案的完整性。

圖2 ：I/O 機器變體配置， 可以直接從ERP 或訂單管理系統生成，無需工程工具。

整合視覺

另一個趨勢，是將視覺相機整合到機器控制程式中，包括智慧相機、照明和先進的影象處理演算法。這允許機器視覺和其它自動化元件之間實現微秒級的同步，而這隻需要管理一個工程工具和一個應用程式。

PDF 報告

控制系統可以內建通訊平臺，並自動生成PDF 報告。報告功能從控制平臺提供的任何軟體元件收集統計機器資料和資訊。可以自定義報表的資料、佈局和設計，使用者可以定義使用的語言和單位。

圖3 ：內建了通訊平臺的控制系統，可以自動生成PDF 報告。有一些選項可根據不同使用者的特定需求自定義報告。

大資料管理

使用資料庫整合工具箱可以更輕鬆地在應用程式中部署資料庫。無論該資料庫位於現場還是位於雲中，都可以將資料從現場層存檔到資料庫。這簡化了大量資料的管理，是工業物聯網（IIoT）資料採集和分析要求的關鍵。

製造裝置每天會產生大量資料，這些資料必須視覺化、可存檔或能夠傳遞給更高級別的系統，以便進行處理生成有用的資訊。為控制系統提供資料庫介面，可以直接從控制器向資料庫傳送資料。諸如儲存過程之類的通用資料庫功能，允許根據需求生成關鍵效能指標（KPI），從而最佳化製造過程。

機器模擬與數字雙胞胎

自動化程式設計不再侷限於彼此隔離的機器程式。它現在包括整合的生產系統，例如定義了自適應機器的下一代智慧跟蹤技術。

考慮在軌道系統上，與數十甚至數百個其它航天系統協作，獨立控制單個產品移動所帶來的自動化軟體挑戰。每個工作站代表一個機器模組，所有機器控制和輔助功能適用於每個產品、生產模組和整個系統。

內建模擬軟體是視覺化和最佳化智慧跟蹤系統要求的有用工具。它有助於工程設計、縮短新軌道系統的上市時間，並在現有系統上執行新產品。整合模擬軟體基於面向過程的程式設計。

這些模擬工具有助於確保太空梭不會發生碰撞、超越虛擬障礙或超出配置的速度限制。符合FDA 標準的跟蹤也可以實施。該軟體可以將產品資料與相應的太空梭相連結，並使製造過程可追溯。

當使用面向過程的程式設計建立軌道系統應用程式時，軟體工程師定義太空梭在軌道上的行為規則。當太空梭透過虛擬觸發點時，規則被啟用。這使得運動序列的實現更有效，並且減少了各太空梭所需的程式設計量透過整合的模擬選項， 軌道系統開發人員可以執行測試以確定最佳數量和速度， 從而最大限度地提高太空梭的吞吐量。

在模擬和實際工廠中使用相同的系統軟體，這樣就可以在任何時間在模擬和實際操作之間進行切換。太空梭如何與機器人等機械元件的相互作用也被視覺化。

獨立機器操作軟體注意事項和工具擴充套件之間的差距， 使得機器自動化程式設計師要考慮的問題， 不再僅僅是選擇梯形邏輯與C程式設計的問題。它是關於選擇一個整合的自動化平臺， 提供可配置的軟體套件來管理，而不僅僅是控制機器。

對於系統架構師來說，在一次性機器專案的基礎上開發這些功能是令人生畏的，而且實際上是不切實際的。同時，這些新的軟體功能對於實現機器聯網至關重要，更不用說製造支援IIoT、旨在提供可以支援新數字商業模式的裝置。

- 完 -

本文來自於《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2019年07月刊《技術文章》欄目，原標題為：整合先進功能的控制器程式設計

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