張 超

（機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林長春130011）

0 引言

在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢下，各工程公司都在尋求方法提高項(xiàng)目質(zhì)量，降低人工成本。標(biāo)準(zhǔn)化無疑是其中最有效的一種方法，對于工業(yè)自動化領(lǐng)域，應(yīng)用成熟穩(wěn)定的類庫可以大幅降低時間成本，提高程序設(shè)計(jì)質(zhì)量。當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)程序庫應(yīng)用只是第一步，如果能夠基于標(biāo)準(zhǔn)程序庫實(shí)現(xiàn)PLC程序自動生成，完成大部分的初始工作無疑又會大大節(jié)省項(xiàng)目時間。TIA Portal中的Openness就是這樣一個利器，為編程人員提供了自動生成程序的通道，替代手工編程完成大部分基礎(chǔ)工作。

1 TIA Portal Openness簡介

TIA Openness是TIA Portal平臺上的一個組件。在TIA Portal中，可通過STEP 7和WinCC的API接口將TIA Portal集成到用戶開發(fā)系統(tǒng)中，并自動完成各種工程組態(tài)任務(wù)，可使用外部開發(fā)系統(tǒng)編寫用戶應(yīng)用程序，如使用代碼生成器生成PLC程序塊和HMI畫面。Openness的功能范圍如圖1所示。

圖1 Openness的功能范圍

簡單來說，Openness是第三方軟件與TIA Portal之間的通信接口，通過高級語言，如C#使用API接口，達(dá)到對TIA Portal工程進(jìn)行控制和操作的目的。

TIA Portal Openness軟件主要功能如下：

（1）啟動、連接和斷開TIA Portal；

（2）打開和備份程序；

（3）導(dǎo)入和導(dǎo)出PLC BLOCK；

（4）在XML格式下修改PLC BLOCK；

（5）編譯程序；

（6）在EXCEL格式下讀取BOE表中的信息；

（7）自動生成PLC程序。

2 程序自動生成開發(fā)內(nèi)容

程序自動生成是通過C#高級語言編程的API接口，把形式化描述的系統(tǒng)需求表格轉(zhuǎn)化為PLC程序塊的XML文件，導(dǎo)入西門子博途軟件生成工程項(xiàng)目程序。

程序自動生成平臺使用Microsoft Visual Studio開發(fā)，開發(fā)語言為C#，開發(fā)軟件通過外部的BOE表（EXCEL格式），用固定的格式加入特定參數(shù)后，通過Openness軟件，自動生成一個相應(yīng)的項(xiàng)目啟動程序，該啟動程序包含了BOE表內(nèi)的設(shè)備清單對應(yīng)的程序塊及特殊參數(shù)的修改。

程序自動生成開發(fā)平臺主要完成以下內(nèi)容：

（1）建立工廠自動化設(shè)備邏輯控制標(biāo)準(zhǔn)程序庫；

（2）運(yùn)用C#高級語言編寫處理設(shè)備調(diào)用關(guān)系的XML文件；

（3）開發(fā)用戶界面或EXCEL人機(jī)交互對話框，用于工程任務(wù)參數(shù)配置。

此平臺能夠幫助工程人員完成系統(tǒng)底層的、重復(fù)性功能塊的自動生成，減少軟件編程中枯燥且重復(fù)的編制工作，使得編程人員將更多時間用于系統(tǒng)架構(gòu)研究、優(yōu)化系統(tǒng)模式等方面，從而提高軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性以及可維護(hù)性和生產(chǎn)效率，縮短項(xiàng)目開發(fā)時間，節(jié)約開發(fā)成本，降低項(xiàng)目開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

3 程序自動生成開發(fā)步驟

一般情況下，每個企業(yè)內(nèi)部都會建立自己的自動化控制軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，形成一個標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目程序模板和庫文件，里面提供了一些常用的設(shè)備組件，比如輸送系統(tǒng)的滾床、移行機(jī)、升降機(jī)和工藝系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)、水泵、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，在編程時首先需要將這些組件拖到對應(yīng)的單元，然后連接變量，完成單體設(shè)備的控制，最后在Graph或者其他順控程序中訪問這些組件的自動控制接口即可完成大部分項(xiàng)目工作。如果能夠?qū)崿F(xiàn)自動對組件的調(diào)用和參數(shù)賦值，至少可以在此基礎(chǔ)上又節(jié)省50%的編程工作量。

程序自動生成功能是在標(biāo)準(zhǔn)程序模板基礎(chǔ)上進(jìn)行，通用程序塊已包含在模板程序和庫文件中，不需要進(jìn)行修改，只需要將每類設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)程序塊自動生成為實(shí)際設(shè)備程序即可。因此，程序自動生成分為以下幾個步驟，如圖2所示。

（1）在TIA Portal軟件下建立每類設(shè)備程序庫文件；

（2）基于程序庫文件，使用TIA Portal Openness用戶應(yīng)用程序創(chuàng)建一個新的啟動項(xiàng)目；

（3）根據(jù)工程項(xiàng)目設(shè)備配置BOE 表，使用TIA Portal Openness 導(dǎo) 出 FC、FB、DB 和 ProDiag Alarm 等 PLC 程 序 塊 為XML文件；

（4）通過高級語言C#編程處理修改XML文件，導(dǎo)入到啟動項(xiàng)目中；

（5）導(dǎo)入啟動項(xiàng)目后，TIA Portal Openness會根據(jù)BOE配置表，建立系統(tǒng)中每個設(shè)備對應(yīng)的程序邏輯功能塊；

（6）每個設(shè)備所屬的控制區(qū)調(diào)用功能塊也會添加調(diào)用該設(shè)備的功能塊；（7）TIA Portal Openness會刪除模板程序文件夾；（8）生成的啟動項(xiàng)目中已經(jīng)包含了所需要的模式區(qū)域/工藝設(shè)備相關(guān)的PLC代碼；

（9）TIA Portal Openness對生成的啟動項(xiàng)目進(jìn)行編譯和保存。

圖2 程序自動生成步驟

4 程序自動生成平臺使用說明

人機(jī)交互界面窗口信息如圖3所示。

圖3 人機(jī)交互界面窗口信息

首先，運(yùn)行PLC自動生成應(yīng)用程序，開啟如下界面，包含程序版本信息、TIA Portal Openness版本信息和服務(wù)工程項(xiàng)目信息等。

然后，在WinForm窗體中有3個選項(xiàng)卡，在項(xiàng)目信息下填寫項(xiàng)目名稱和IO地址，程序自動生成過程中，Openness會將程序模板的項(xiàng)目名稱和CPU名稱都改為所填寫信息，并將在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的CPU IP地址改為所填地址。

在基本設(shè)定選項(xiàng)卡中，在模板工程路徑瀏覽中加載程序模板項(xiàng)目，在新工程文件夾下指定生成項(xiàng)目存放路徑，在BOE表導(dǎo)入項(xiàng)目設(shè)備清單和邏輯關(guān)系表格。

在BOE選項(xiàng)卡中，可以看到基本設(shè)定中導(dǎo)入項(xiàng)目設(shè)備清單和邏輯關(guān)系的表的具體內(nèi)容。

最后，點(diǎn)擊“生成”按鈕，自動生成平臺會根據(jù)BOE表設(shè)備清單和邏輯關(guān)系生成啟動項(xiàng)目程序，并且在右側(cè)的狀態(tài)欄會實(shí)時提示生成進(jìn)度。如果程序生成過程中出錯，可以參考狀態(tài)欄的信息和博途程序生成的內(nèi)容來分析故障原因。程序自動生成提示信息如圖4所示。

圖4 程序自動生成提示信息

5 結(jié)語

PLC程序自動生成是傳統(tǒng)工廠向數(shù)字化工廠轉(zhuǎn)變的一個重要途徑，程序的全集成自動化生成為項(xiàng)目的快速、高效實(shí)施提供了最佳的應(yīng)用實(shí)踐平臺。

（1）它可以減少很多重復(fù)工作，如程序塊配置、IO表配置、網(wǎng)絡(luò)配置、硬件組態(tài)和HMI畫面配置等，編程工具會根據(jù)定義好的規(guī)則自動生成上述內(nèi)容。

（2）使用博途平臺的Openness自動生成，雖然首次開發(fā)軟件周期相對同一項(xiàng)目傳統(tǒng)的編程所用時間預(yù)計(jì)多一倍，但是重復(fù)執(zhí)行的項(xiàng)目所用時間要比傳統(tǒng)方法節(jié)省50%時間，同時降低人力成本的投入。

（3）所有程序是基于同一個標(biāo)準(zhǔn)程序庫進(jìn)行參數(shù)化自動生成，降低了因手工填寫造成的出錯率，同時因程序統(tǒng)一性高，系統(tǒng)穩(wěn)定性不依賴于調(diào)試人員的能力，后期程序的維護(hù)成本也大大降低。

（4）由于程序參數(shù)化生成對軟件設(shè)計(jì)人員的要求較低，對于新入職的人員也可以快速上手編程，能夠很快適應(yīng)編程工作。另外，由于軟件標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，會縮短調(diào)試人員輪換或程序移交的時間，提高整體軟件設(shè)計(jì)水平。

使用程序自動生成功能的目的是替代簡單的編程基礎(chǔ)工作，然后再根據(jù)工藝需求手工完成順控、閉環(huán)調(diào)節(jié)等工作就可以滿足大部分的項(xiàng)目需求，可顯著提高工程效率。未來實(shí)體經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，項(xiàng)目質(zhì)量要求越來越高、工期越來越短，工程公司開發(fā)PLC程序自動生成平臺勢在必行。