淺析基于TIA Portal Openness的程序自動(dòng)生成

張 超

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

0 引言

在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)形勢(shì)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(wú)疑是其中最有效的一種方法，對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，應(yīng)用成熟穩(wěn)定的類(lèi)庫(kù)可以大幅降低時(shí)間成本，提高程序設(shè)計(jì)質(zhì)量。當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)應(yīng)用只是第一步，如果能夠基于標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)實(shí)現(xiàn)PLC程序自動(dòng)生成，完成大部分的初始工作無(wú)疑又會(huì)大大節(jié)省項(xiàng)目時(shí)間。TIA Portal中的Openness就是這樣一個(gè)利器，為編程人員提供了自動(dòng)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(jiǎn)介

TIA Openness是TIA Portal平臺(tái)上的一個(gè)組件。在TIA Portal中，可通過(guò)STEP 7和WinCC的API接口將TIA Portal集成到用戶(hù)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中，并自動(dòng)完成各種工程組態(tài)任務(wù)，可使用外部開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編寫(xiě)用戶(hù)應(yīng)用程序，如使用代碼生成器生成PLC程序塊和HMI畫(huà)面。Openness的功能范圍如圖1所示。

圖1 Openness的功能范圍

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Openness是第三方軟件與TIA Portal之間的通信接口，通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言，如C#使用API接口，達(dá)到對(duì)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(dòng)、連接和斷開(kāi)TIA Portal；

（2）打開(kāi)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(dòng)生成PLC程序。

2 程序自動(dòng)生成開(kāi)發(fā)內(nèi)容

程序自動(dòng)生成是通過(guò)C#高級(jí)語(yǔ)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(mén)子博途軟件生成工程項(xiàng)目程序。

程序自動(dòng)生成平臺(tái)使用Microsoft Visual Studio開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為C#，開(kāi)發(fā)軟件通過(guò)外部的BOE表（EXCEL格式），用固定的格式加入特定參數(shù)后，通過(guò)Openness軟件，自動(dòng)生成一個(gè)相應(yīng)的項(xiàng)目啟動(dòng)程序，該啟動(dòng)程序包含了BOE表內(nèi)的設(shè)備清單對(duì)應(yīng)的程序塊及特殊參數(shù)的修改。

程序自動(dòng)生成開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要完成以下內(nèi)容：

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

（2）運(yùn)用C#高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)處理設(shè)備調(diào)用關(guān)系的XML文件；

（3）開(kāi)發(fā)用戶(hù)界面或EXCEL人機(jī)交互對(duì)話(huà)框，用于工程任務(wù)參數(shù)配置。

此平臺(tái)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(dòng)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(shí)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(kāi)發(fā)時(shí)間，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，降低項(xiàng)目開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

3 程序自動(dòng)生成開(kāi)發(fā)步驟

一般情況下，每個(gè)企業(yè)內(nèi)部都會(huì)建立自己的自動(dòng)化控制軟件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目程序模板和庫(kù)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(shí)首先需要將這些組件拖到對(duì)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(wèn)這些組件的自動(dòng)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(dòng)對(duì)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(dòng)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(kù)文件中，不需要進(jìn)行修改，只需要將每類(lèi)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)程序塊自動(dòng)生成為實(shí)際設(shè)備程序即可。因此，程序自動(dòng)生成分為以下幾個(gè)步驟，如圖2所示。

（1）在TIA Portal軟件下建立每類(lèi)設(shè)備程序庫(kù)文件；

（2）基于程序庫(kù)文件，使用TIA Portal Openness用戶(hù)應(yīng)用程序創(chuàng)建一個(gè)新的啟動(dòng)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(guò)高級(jí)語(yǔ)言C#編程處理修改XML文件，導(dǎo)入到啟動(dòng)項(xiàng)目中；

（5）導(dǎo)入啟動(dòng)項(xiàng)目后，TIA Portal Openness會(huì)根據(jù)BOE配置表，建立系統(tǒng)中每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)的程序邏輯功能塊；

（6）每個(gè)設(shè)備所屬的控制區(qū)調(diào)用功能塊也會(huì)添加調(diào)用該設(shè)備的功能塊；（7）TIA Portal Openness會(huì)刪除模板程序文件夾；（8）生成的啟動(dòng)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(duì)生成的啟動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行編譯和保存。

圖2 程序自動(dòng)生成步驟

4 程序自動(dòng)生成平臺(tái)使用說(shuō)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(dòng)生成應(yīng)用程序，開(kāi)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(gè)選項(xiàng)卡，在項(xiàng)目信息下填寫(xiě)項(xiàng)目名稱(chēng)和IO地址，程序自動(dòng)生成過(guò)程中，Openness會(huì)將程序模板的項(xiàng)目名稱(chēng)和CPU名稱(chēng)都改為所填寫(xiě)信息，并將在現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)生成平臺(tái)會(huì)根據(jù)BOE表設(shè)備清單和邏輯關(guān)系生成啟動(dòng)項(xiàng)目程序，并且在右側(cè)的狀態(tài)欄會(huì)實(shí)時(shí)提示生成進(jìn)度。如果程序生成過(guò)程中出錯(cuò)，可以參考狀態(tài)欄的信息和博途程序生成的內(nèi)容來(lái)分析故障原因。程序自動(dòng)生成提示信息如圖4所示。

圖4 程序自動(dòng)生成提示信息

5 結(jié)語(yǔ)

PLC程序自動(dòng)生成是傳統(tǒng)工廠向數(shù)字化工廠轉(zhuǎn)變的一個(gè)重要途徑，程序的全集成自動(dòng)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(tái)。

（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(huà)面配置等，編程工具會(huì)根據(jù)定義好的規(guī)則自動(dòng)生成上述內(nèi)容。

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

（3）所有程序是基于同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)程序庫(kù)進(jìn)行參數(shù)化自動(dòng)生成，降低了因手工填寫(xiě)造成的出錯(cuò)率，同時(shí)因程序統(tǒng)一性高，系統(tǒng)穩(wěn)定性不依賴(lài)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(duì)軟件設(shè)計(jì)人員的要求較低，對(duì)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(huì)縮短調(diào)試人員輪換或程序移交的時(shí)間，提高整體軟件設(shè)計(jì)水平。

使用程序自動(dòng)生成功能的目的是替代簡(jiǎn)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(mǎn)足大部分的項(xiàng)目需求，可顯著提高工程效率。未來(lái)實(shí)體經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，項(xiàng)目質(zhì)量要求越來(lái)越高、工期越來(lái)越短，工程公司開(kāi)發(fā)PLC程序自動(dòng)生成平臺(tái)勢(shì)在必行。