楊少華，黃 海，唐艷英，寧惠瓊

(云南昆船設(shè)計研究院，云南昆明 650236)

自動化生產(chǎn)線是指在流程型行業(yè)中，將滿足一定工藝過程的加工設(shè)備和輔助設(shè)備按特定的順序聯(lián)接起來，自動完成產(chǎn)品全部或部分實現(xiàn)的生產(chǎn)制造系統(tǒng)［1］。其中，電控系統(tǒng)承擔著生產(chǎn)線的流程控制、工序管理、物料檢測以及設(shè)備和機構(gòu)的運行等功能。

自動化生產(chǎn)線電控系統(tǒng)目前多采用“拼圖”式設(shè)計，即事先將常用的符號、圖形組合、典型回路做成圖塊，在設(shè)計新項目時根據(jù)設(shè)備的聯(lián)接關(guān)系將這些“圖塊”以一定的邏輯關(guān)系聯(lián)接起來形成圖紙，然后針對整套圖紙統(tǒng)一修改設(shè)備編號、器件代號、電線線號等標注，最終生成接線表、器件明細等表單，從而完成整個設(shè)計過程。

這種設(shè)計方式存在如下不足:首先，圖塊由手工完成，因此畫圖的工作量很大;其次，邊改邊畫的工作方式使設(shè)計過程凌亂，容易出錯;第三，大量的設(shè)計工作是面向圖紙進行的，人容易疲勞，設(shè)計效率低;第四，設(shè)計過程無法追溯，也無法在團隊內(nèi)共享和復用。

本文借鑒模塊化的思路，對自動化生產(chǎn)線電控系統(tǒng)進行分析和拆解，并借助Excel描述各拆分模塊的關(guān)系，以EB(engineering base)為平臺，用VBA(visual basic for applications)二次開發(fā)實現(xiàn)整個電控系統(tǒng)的自動快速設(shè)計。

1 電控系統(tǒng)模塊化解析

圖1所示的煙草制絲線是一種典型的自動化生產(chǎn)線。在制絲生產(chǎn)線中，一般將用于完成關(guān)鍵工序、結(jié)構(gòu)復雜的切絲機、烘絲機等專用設(shè)備稱為主機，而將完成輸送、存儲、匯合等功能，在主機之間起聯(lián)接作用的設(shè)備稱為輔助設(shè)備或輔機，如帶式輸送機、貯柜、布料車等。一般情況下，對于同一個行業(yè)而言，由于加工的物料對象相同，因此即使企業(yè)不同、生產(chǎn)線不同，構(gòu)成生產(chǎn)線的設(shè)備種類基本上還是相同的，同種設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能也基本相同，不同之處僅在于設(shè)備數(shù)量以及排布方式。因此，對于煙草行業(yè)的任意一條制絲生產(chǎn)線，其設(shè)備種類是確定的，只是數(shù)量和排布方式不同而已［2－3］。

如果從電控的角度將設(shè)備按控制回路拆解分類，就會發(fā)現(xiàn)絕大部分設(shè)備的電氣結(jié)構(gòu)和控制模式基本相同，都包含由光電管、接近開關(guān)、行程開關(guān)等構(gòu)成的檢測回路和由電磁閥、變頻器、電機等構(gòu)成的控制回路。

圖1 煙草制絲生產(chǎn)線流程示例

以圖紙為單元把這些回路按類分解出來，定義好接口，使其具備被調(diào)用的條件，即成為電控模塊［4］。當設(shè)計一個新的電控項目時，依照生產(chǎn)線設(shè)備布局圖和明細表，采用多次復制的方法將需要的電控模塊按照生產(chǎn)線實際情況組合起來即可形成生產(chǎn)線電控系統(tǒng)。

2 基于EB和Excel的快速設(shè)計

在EB的數(shù)據(jù)庫中，按設(shè)備類型和控制模式分別建立不同種類的電路模塊(modulized circuit cabinet，MCC)，并對模塊進行統(tǒng)一編碼管理。以帶式輸送機、振槽等只有1臺電機的設(shè)備為例，根據(jù)其控制方式可分為如下3種MCC:1)用斷路器、接觸器和隔離開關(guān)控制的;2)用負載饋電器等電機啟動器控制的;3)具有調(diào)速功能，采用斷路器、變頻器控制的。

其余設(shè)備也采用類似的方法進行拆分，即將控制回路或電路圖集與器件組綁定后形成不同規(guī)模和用途的MCC。當實施新項目時，直接從數(shù)據(jù)庫調(diào)用需要的MCC，組合成新電控系統(tǒng)完整的電路圖和項目樹，從而實現(xiàn)整個項目的模塊化設(shè)計。

一般而言，數(shù)據(jù)庫中現(xiàn)有的MCC不可能適用于所有的新項目。在數(shù)據(jù)庫中沒有合適MCC的情況下，利用已有的MCC和基礎(chǔ)資源(如符號庫中的圖形符號等)通過Excel以配置表的方式組合出新的能直接應(yīng)用于項目的MCC，實現(xiàn)MCC模塊的在線配置設(shè)計，則可以智能、快捷、高效地進行全模塊化的電控設(shè)計。完整的流程如圖2所示。

2.1 生成新的MCC

圖2 自動化生產(chǎn)線電控系統(tǒng)基于Excel的快速設(shè)計流程

從最終呈現(xiàn)的圖紙分析，圖面上的符號和圖形元素可以分為與圖框綁定的固定部分和與圖面無關(guān)的可變部分。如在電機驅(qū)動控制的電路模塊中，導線、電勢符號、電機符號和控制回路是可以與圖框綁定的，變動的只是控制方式，如接觸器控制還是變頻調(diào)速等。因此，可以將固定出現(xiàn)的部分放置在模板圖中當成圖框使用，將不確定的、需要根據(jù)具體情況改變的、可變的部分，如典型回路或符號組等做成“電路符號”(typical circuit symbol，TCS)保存，并給予可識別的唯一標識符TCS ID。組合成模塊的過程就相當于不斷將TCS ID代表的“電路符號”按照給定的坐標位置插入到畫好基本線條的“圖框”中去。

模板圖內(nèi)容可以為空，可以繪制局部固定內(nèi)容，也可以做成完整的典型圖。模板圖有自己的ID，模板圖的每張圖紙上均有若干個插入點的標記，每個標記對應(yīng)圖紙的一個坐標點。每個插入點均有自己的名稱，如插入點1、插入點2等。將TCS ID填寫在插入點對應(yīng)的單元格內(nèi)，則表示該TCS將出現(xiàn)在該插入點所對應(yīng)的坐標點上。

重復以上過程即可完成MCC配置表的創(chuàng)建，如圖3所示。該Excel表第1行為表頭，第2行開始正式表述TCS和模板圖的關(guān)系，每行代表一個需要新生成的MCC，如第2行表示的是要在ID為S05T683的模板圖上插入8個TCS，插入點1對應(yīng)的坐標點插入編碼為P0631的TCS，……，插入點8對應(yīng)的坐標點插入編碼為P2622的TCS，最終形成的電控模塊編號(MCC ID)為MFT0100。

新生成的臨時MCC存放于指定的文件夾中，供后續(xù)使用。

圖3 MCC配置表示例

2.2 生成目標項目

針對目標項目的設(shè)備構(gòu)成和生產(chǎn)線電控要求，在Excel工作表中描述出數(shù)據(jù)庫中 MCC、臨時MCC與設(shè)備各檢測、執(zhí)行、控制單元之間的關(guān)系，即形成項目設(shè)備統(tǒng)計表，如圖4所示。

圖4 項目設(shè)備統(tǒng)計表示例

程序處理項目設(shè)備統(tǒng)計表時，首先將基本MCC和臨時MCC組合形成設(shè)備級模塊(equipmentalmodulized circuit cabinet，EMCC)。當構(gòu)成設(shè)備的所有MCC ID都填寫完整并有相應(yīng)的模塊與之對應(yīng)，則程序自動將各MCCID對應(yīng)的模塊合并成一個EMCC，產(chǎn)生一個EMCCNo，同時將該EMCC存入指定的文件夾下。在生成項目時程序直接將整個EMCC復制到目標項目中;如果未能生成EMCC則EMCC No單元格內(nèi)容為空，表示沒有設(shè)備級模塊，程序?qū)⒅饤l復制MCC ID對應(yīng)的單元模塊到目標項目中。

項目設(shè)備統(tǒng)計表各項次依次復制組合后即形成目標項目。

在圖4所列表格中，除EMCC No和MCC ID兩列外，其余各列均為文本替換項，目標項目生成的同時完成MCC模塊圖上對預置變量的賦值。最終生成的圖紙如圖5所示。

生成項目電路圖后，還有一些后續(xù)的完善工作。如IO點、端子、導線等零散器件的合并，PLC硬件地址編號、器件型號的選擇，以及電勢整理和接線整理等。這些工作可以通過打開相應(yīng)工作表進行快速整理，因與本流程無關(guān)，不再贅述。

3 VBA二次開發(fā)

EB以標準的MSSQL Sever作為數(shù)據(jù)庫，采用MSOffice成員之一的Visio為前端設(shè)計工具，集成了VBA編輯器，同時提供 VBSCript和.net擴展［5］。這些功能和擴展，為以上流程的二次開發(fā)提供了便利條件。

3.1 EB的VBA常用對象模型

圖5 生成的項目原理圖

通過EB提供的VBA接口，可以以程序的方式對項目樹或工作表子項進行編輯、復制和移動。本流程涉及的VBA對象的結(jié)構(gòu)模型如圖6所示，對象的常用屬性和常用方法見表1和表2。

圖6 EB常用VBA對象

表1 對象的常用屬性

表2 對象的常用方法

為與Office其他成員的VBA對象區(qū)別開來，需在VBA編輯器中為對象加上類名以示區(qū)別，否則程序無法執(zhí)行。以工作表為例，程序中Excel的工作表對象表述為Excel.Worksheet，而EB的工作表則表述為aucotec.Worksheet等。

通過EB的對象模型，VBA程序可以很方便地訪問到對象的屬性或調(diào)用其方法，比如:對屬性Application.ActiveProject.Attributes.Item(“圖號”).Value進行賦值即表示改變當前在訪問的項目中字段名為“圖號”的屬性的值，從而改變項目圖紙的圖號;通過對象查找方法Application.Collection.FindObjects(aucObjProject，aucSearchHierarchical，，aucAttrDesignation，aucCondEqual，“烘絲機”)即可在選擇集中查找名稱為“烘絲機”的項目對象。

3.2 VBA二次開發(fā)設(shè)計

因?qū)崿F(xiàn)過程復雜，程序龐大，因此只對生成新MCC和生成新項目程序的關(guān)鍵部分略作說明。

1)生成新的MCC。

根據(jù)Excel中TCS ID(strStlID)找到對應(yīng)的符號或回路，將其復制到當前項目strDwgName中，代碼如下:

Public Sub gDropSymbol(strPrjName As String，strD-wgName As String，strStlID As String)

Dim oSheet As aucotec.Sheet，oStencil As ObjectItem，sFullName As String

’遍歷名稱為“strDwgName”的圖紙

Set oSheet=Application.ActiveProject.Drawings-Folder.FindObjects(aucObjSheet， aucSearchDeep，，aucAttrDesignation，aucCondEqual，strDwgName)

’遍歷ID為“strStlID”的TCS

Set oStencil=Application.Folders.Stencils.Children.Filter(aucObjStencilCircuitComponents，aucSearchDeep， ， aucAttrDesignation， aucCondE-qual，strStlName)

’將 TCS插入到 strDwgName圖紙上坐標(100，20)處

Call oStencil.DropSymbol(oStencil， oSheet，100，20)End Sub

2)生成新的MCC。

以下程序是根據(jù)Excel中MCC ID找到對應(yīng)的MCC項目，將其復制到當前設(shè)計的新項目中，代碼如下:

Private SubmCreatTargetCabnet(oProject As ObjectItem，mExInfo As Cabnetinfo)

Dim ofunction As ObjectItem，oCopyfunc As ObjectItem，oFunDevice As ObjectItem

…………

’定位到新項目的“功能”下，建立新子項

Set ofunction=oProject.Children.ItemByKind(aucObjFunctions).NewChildren

’根據(jù)MCC ID找到對應(yīng)的MCC項目，將其復制到新項目中

Set oFunDevice=Application.Utils.GetObject-ByID(mExInfo.ID).Children.ItemByKind(aucObj-Functions).Item(1)

Set oCopyfunc=ofunction.CopyTo(oFunDevice，True)

’更改回路名稱，保存并刷新數(shù)據(jù)庫

oCopyfunc.Attributes.ItemByID(aucAttrDesignation).Value=mExInfo.EqpIndex

oCopyfunc.Store

oCopyfunc.Refresh

…………

End Sub

4 結(jié)束語

本文以煙草制絲生產(chǎn)線電控圖紙的設(shè)計為例，分析了自動化生產(chǎn)線電控模塊的拆分方法，并采用Excel表格描述典型回路、符號組與基礎(chǔ)模板圖的關(guān)系，用MCC模塊在線配置設(shè)計的方式形成新的臨時用于項目的MCC，并再次通過Excel描述項目MCC和設(shè)備MCC以及模塊之間的組合關(guān)系，從而實現(xiàn)全模塊化的自動化生產(chǎn)線的電控圖紙設(shè)計。

這種方式減小了存檔模塊庫的規(guī)模，降低了數(shù)據(jù)庫的維護強度，從而讓設(shè)計人員能將更多的精力用于維護描述模塊的Excel表，同時設(shè)計人員之間的知識和成果可以以表格的形式得到反映和固化，提高了重用度。

本文介紹的設(shè)計方法已經(jīng)得到成功驗證，并取得了良好的使用效果。實踐證明，使用這種設(shè)計方法可以縮短一半的設(shè)計周期，對于自動化生產(chǎn)線電控設(shè)計企業(yè)有較好的借鑒作用。

［1］ 劉麗文.生產(chǎn)與運作管理［M］.4版.北京:清華大學出版社，2011.

［2］ 國家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范［M］.北京:中央文獻出版社，2003.

［3］ 姚二民，儲國海，范鐵楨，等.卷煙機械［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社，2005.

［4］ 童時中.模塊化原理設(shè)計方法及應(yīng)用［M］.北京:中國標準出版社，2000.

［5］ AUCOTEC.Engineering Base使用手冊［S］.上海:上海德博信息科技有限公司，2012.