基于Factory Talk的涂裝車間工藝參數(shù)配置視圖的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

宋昊鵬，劉巖，邵崇杰，李建學(xué)，彭勛，嚴(yán)杰

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

1 前言

工藝過程參數(shù)在涂裝車間的自動化工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要的角色，在自動化生產(chǎn)線中常用于有效地控制產(chǎn)品工藝質(zhì)量、降低工藝加工成本等。工藝參數(shù)的可視化、可控化能夠輔助生產(chǎn)過程中避免因工藝過程異常引起的設(shè)備損壞、產(chǎn)品報(bào)廢等事件。MRA1噴漆車間建成于2005年，車間工藝設(shè)備在電氣控制系統(tǒng)上使用羅克韋爾PLC，因而車間的設(shè)備中控使用了羅克韋爾品牌的人機(jī)交互工程軟件Factory Talk（以下簡稱為FT）。如圖1，原車間中控系統(tǒng)的ANDON界面中，工藝過程控制參數(shù)僅有實(shí)時值，但是與控制計(jì)劃相關(guān)的設(shè)定值與上限值、下限值等則無法直觀地瀏覽。

圖1 新老ANDON系統(tǒng)的對比圖

為直觀地瀏覽如圖2所示的各核心工藝參數(shù)的設(shè)定值、實(shí)時值、上限值、下限值等及其關(guān)聯(lián)，需要對ANDON視圖內(nèi)各工藝參數(shù)增添可視化的視圖，大量的視圖易造成系統(tǒng)遲滯。帶有標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)模板以及視圖模板則最大程度上降低了ANDON系統(tǒng)對PLC、網(wǎng)絡(luò)以及服務(wù)器的資源占用。

圖2 工藝參數(shù)視圖的示意圖

ANDON系統(tǒng)工藝參數(shù)視圖自創(chuàng)建以來，穩(wěn)定有效地展示各工藝參數(shù)的實(shí)時值、設(shè)定值，在實(shí)時值未滿足設(shè)定條件時能夠閃爍提示維修工查看此工藝參數(shù)的詳細(xì)內(nèi)容；同時，通過標(biāo)準(zhǔn)化的模板能夠更新各工藝參數(shù)的設(shè)定值、上限值、下限值等，與控制計(jì)劃的工藝要求相匹配提供便利。維修工能通過手機(jī)瀏覽器登錄到設(shè)備中控服務(wù)器，瀏覽網(wǎng)頁版的設(shè)備中控，無需專業(yè)值守中控室。此系統(tǒng)在創(chuàng)建及調(diào)試后，降低了值守中控室的維修工工時；同時，車間的溫度、濕度、液位等核心工藝參數(shù)的控制效果有效提升，多次避免了工藝參數(shù)異常引起的嚴(yán)重停機(jī)及產(chǎn)品報(bào)廢，有效提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，減少企業(yè)的損失。

2 可行性分析

在被監(jiān)測參數(shù)的可視性上，被監(jiān)測參數(shù)實(shí)際為PLC內(nèi)各溫度、濕度及液位等工藝參數(shù)的實(shí)時值、設(shè)定值以及上限值、下限值等，數(shù)據(jù)為雙整型或浮點(diǎn)型，可監(jiān)測程度較高。

在人機(jī)交互工程軟件的鏈接性能上，F(xiàn)actory Talk軟件（以下稱為FT）能夠通過Factory Talk Linx與羅克韋爾品牌PLC建立連接，能夠訪問PLC內(nèi)標(biāo)簽地址，能夠關(guān)聯(lián)PLC并將雙整型或浮點(diǎn)型等數(shù)據(jù)做狀態(tài)指示或更改數(shù)值，可鏈接程度較高。

在人機(jī)交互工程軟件的視圖性能上，F(xiàn)T能夠編輯文字、圖形、數(shù)字顯示、數(shù)字輸入、字符顯示等，具有編輯與或非邏輯、數(shù)學(xué)運(yùn)算等功能，能夠通過邏輯的配置實(shí)現(xiàn)視圖內(nèi)各項(xiàng)的顏色、形位、可視性等動畫特效，視圖可編輯程度較高。

在人機(jī)交互工程軟件的參數(shù)模板功能上，F(xiàn)T能夠?qū)⑾嗤晥D配置不同的數(shù)據(jù)參數(shù)，類似于PLC邏輯塊中的形參與實(shí)參的映射。能通過添加的跳轉(zhuǎn)按鈕，打開多個具有相同視圖模板但參數(shù)不同的視圖，故在參數(shù)模板功能上能夠滿足預(yù)期需求。

在人機(jī)交互工程軟件的Web功能上，F(xiàn)T能夠發(fā)布客戶端內(nèi)的視圖，相同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動設(shè)備可以成功訪問服務(wù)器發(fā)布的網(wǎng)頁，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

經(jīng)過上述的分析，通過Factory Talk進(jìn)行涂裝車間工藝參數(shù)配置視圖的繪制及遠(yuǎn)程監(jiān)控配置的方案可行性很高。

3 軟件選擇及其功能

3.1 鏈接軟件的選擇及其功能

在邏輯控制器的使用上，MRA1噴漆車間內(nèi)羅克韋爾品牌1756-L6x、1756-L7x系列PLC被廣泛使用。車間內(nèi)的PLC機(jī)架安裝有1756-ENBT模塊，用于為PLC接入設(shè)備中控網(wǎng)絡(luò)，通訊協(xié)議為EIP，基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)PLC與設(shè)備中控系統(tǒng)的連接。

FT是羅克韋爾公司發(fā)布的人機(jī)交互工程軟件，此軟件基于FactoryTalk Linx軟件（此后簡稱FT Linx）進(jìn)行路徑配置與掃描，F(xiàn)T Linx配置各PLC通訊模塊的型號及地址，掃描遠(yuǎn)程PLC并關(guān)聯(lián)，即可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建FT軟件與遠(yuǎn)程PLC的鏈接，為采集PLC變量標(biāo)簽作為基礎(chǔ)（如圖3）。

圖3 FT Linx軟件鏈接編輯視圖

3.2 人機(jī)交互工程軟件的選擇及其功能

FT軟件內(nèi)部集成了FT Linx插件，能夠訪問PLC內(nèi)標(biāo)簽地址，故通過添加PLC變量標(biāo)簽的方式，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控或更改車間內(nèi)各設(shè)備的工藝過程參數(shù)的實(shí)時值、設(shè)定值、上限值以及下限值等PLC變量標(biāo)簽的數(shù)值。

此外，此軟件能夠繪制視圖、編輯文本、繪制圖形、數(shù)字顯示、數(shù)字輸入、字符顯示及編輯，能夠通過參數(shù)功能將相同視圖模型配置不同的數(shù)據(jù)，具備編輯與或非邏輯、數(shù)學(xué)運(yùn)算等，能夠通過編輯的邏輯配置動畫特效，發(fā)布客戶端視圖及其Web功能等。

4 配置流程及其參數(shù)

4.1 配置PLC路徑的鏈接

應(yīng)用Factory Talk View Studio軟件新建一個FT項(xiàng)目之后，第一項(xiàng)需要確定的是關(guān)聯(lián)到哪些PLC。為關(guān)聯(lián)指定的PLC，配置PLC的路徑鏈接是必要的。

OPC鏈接的配置過程需要使用FT Linx軟件，EtherNet路徑可以在此軟件主視圖內(nèi)新建，選擇Configure Shortcut，即可設(shè)置此EtherNet的鏈接——關(guān)聯(lián)PLC的EIP通訊模塊。

在進(jìn)入的“Factory Talk Administration Console”軟件界面，展開已有FT項(xiàng)目樹的FTLinx子項(xiàng)目下的Communication Setup項(xiàng)，此功能用于添加與設(shè)備中控在物理層相連的PLC通訊模塊的OPC鏈接。

界面的右側(cè)，Device Shortcut窗口內(nèi)，可以新建路徑鏈接的名稱，例如對應(yīng)目標(biāo)PLC的名稱。Primary窗口內(nèi)，在此FT項(xiàng)目的EtherNet鏈接處，右鍵選擇Add Device，選擇目標(biāo)PLC與設(shè)備中控通訊的模塊的型號（如圖4）。并且為此模塊配置名稱、輸入實(shí)際IP地址以及輸入此模塊在PLC背板機(jī)架上的槽號。

圖4 使用FT Linx選擇目標(biāo)PLC通訊模塊型號

此后，打開Primary界面內(nèi)通訊模塊的鏈接，通過鏈接掃描到PLC模塊，分別選擇并點(diǎn)擊此PLC模塊與Device Shortcut內(nèi)的名稱后，點(diǎn)擊Apply完成確認(rèn)，此名稱在該FT內(nèi)代表該P(yáng)LC的OPC路徑，實(shí)際效果如上文中的圖3所示。

4.2 配置ANDON視圖的PLC標(biāo)簽及其動畫

如圖5，在FT項(xiàng)目內(nèi)新建數(shù)字顯示，為此數(shù)字顯示關(guān)聯(lián)PLC標(biāo)簽，格式如下：

圖5 創(chuàng)建數(shù)字顯示并關(guān)聯(lián)PLC變量標(biāo)簽

{[PLC名稱]變量標(biāo)簽名稱}

配置數(shù)字的進(jìn)制（如十進(jìn)制）、位數(shù)（如5位、保留小數(shù)點(diǎn)后1位）等，即可顯示正確的雙整型、浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。

通過配置該項(xiàng)的動畫，能夠?qū)崿F(xiàn)在特定邏輯條件下實(shí)現(xiàn)項(xiàng)的可視性、顏色、形位、大小等屬性。如圖6，以顏色動畫為例，為該實(shí)時值配置數(shù)值大小在設(shè)定值區(qū)間內(nèi)為黃色，超過上限值或下限值為紅色、紫色閃爍，此邏輯用于增強(qiáng)指示、提醒效果，此示例配置參數(shù)如下。

圖6 配置數(shù)字顯示的顏色的邏輯

如圖7，通過創(chuàng)建帶數(shù)字顯示的跳轉(zhuǎn)按鈕，可以在實(shí)現(xiàn)PLC變量的數(shù)字顯示的同時，起到頁面跳轉(zhuǎn)的功能。選擇激活按鈕的方式、目標(biāo)的視圖模板以及該調(diào)用的參數(shù)文本，即可打開目標(biāo)視圖。

圖7 帶數(shù)字顯示的跳轉(zhuǎn)按鈕

4.3 配置設(shè)備的溫度視圖及其動畫

創(chuàng)建設(shè)備的溫度視圖并配置視圖的動畫的過程如下。如圖8，字符串用于顯示不同的工藝設(shè)備名稱，為字符串顯示功能配置參數(shù)化的標(biāo)簽{#888}。

圖8 參數(shù)化的字符串顯示

如圖9，實(shí)時值使用數(shù)字顯示功能，在數(shù)值上與實(shí)際的工藝溫度一致，為其配置參數(shù)化的標(biāo)簽{#1}，僅用作數(shù)字顯示，同時配置了鼠標(biāo)懸停顯示注釋的功能。

圖9 參數(shù)化的實(shí)時值的數(shù)字顯示

如圖10，設(shè)定值使用數(shù)字輸入功能，在數(shù)值上與控制計(jì)劃規(guī)定的溫度最適值一致，為其配置了參數(shù)化的標(biāo)簽{#2}，可用作數(shù)字顯示與輸入，同時配置了鼠標(biāo)懸停顯示注釋的功能。

圖10 參數(shù)化的設(shè)定值的數(shù)字輸入

高溫報(bào)警值和低溫報(bào)警值使用數(shù)字輸入功能，在數(shù)值上與控制計(jì)劃規(guī)定的溫度上限值和溫度下限值相同，為其配置了參數(shù)化的標(biāo)簽{#3}與{#4}，可用作數(shù)字顯示與輸入，同時配置了鼠標(biāo)懸停顯示注釋的功能，配置的操作與實(shí)時值、設(shè)定值類似。

如圖11，兩個管狀的動畫能夠指示實(shí)際值與設(shè)定值相對于溫度上下限的比例關(guān)系。條狀動畫的頂部為溫度上限值，底部為溫度下限值，均為直線所在的位置。當(dāng)溫度的實(shí)時值大于上限值或小于下限值，直線紅色、紫色閃爍，與ANDON視圖中實(shí)時值的顏色動畫配置方法一致，為ANDON視圖溫度異常的原因詳細(xì)說明。

圖11 參數(shù)化的工藝視圖動畫

實(shí)際視圖的使用效果如圖12。

圖12 設(shè)備的溫度視圖預(yù)覽圖

4.4 配置設(shè)備的濕度視圖及其動畫

創(chuàng)建設(shè)備的濕度視圖并配置視圖的動畫的過程與配置溫度視圖及動畫類似，以下僅詳細(xì)說明不同點(diǎn)。創(chuàng)建字符串顯示功能用于顯示不同的工藝設(shè)備名稱，使用參數(shù)化的標(biāo)簽{#888}。

實(shí)時值為數(shù)字顯示，在數(shù)值上與實(shí)際的工藝濕度一致，參數(shù)化的標(biāo)簽為{#101}。設(shè)定值為數(shù)字輸入，在數(shù)值上與控制計(jì)劃規(guī)定的濕度最適值一致，參數(shù)化的標(biāo)簽為{#102}。高濕報(bào)警值和低濕報(bào)警值在數(shù)值上與控制計(jì)劃規(guī)定的濕度上限值和濕度下限值相同，參數(shù)化的標(biāo)簽為{#103}與{#104}。

在動畫上，兩個管狀的動畫能夠指示實(shí)際值與設(shè)定值相對于濕度上下限的比例關(guān)系，直線的動畫能夠指示濕度的實(shí)時值大于上限值或小于下限值。

實(shí)際視圖的使用效果如圖13。

圖13 設(shè)備的濕度視圖預(yù)覽圖

4.5 配置設(shè)備的液位視圖及其動畫

創(chuàng)建設(shè)備的液位視圖并配置視圖的動畫的過程與配置溫度視圖及動畫類似，以下僅詳細(xì)說明不同點(diǎn)。創(chuàng)建字符串顯示功能用于顯示不同的工藝設(shè)備名稱，使用參數(shù)化的標(biāo)簽{#888}。

實(shí)時值為數(shù)字顯示，在數(shù)值上與實(shí)際的工藝液位一致，參數(shù)化的標(biāo)簽為{#201}。設(shè)定值為數(shù)字輸入，在數(shù)值上與控制計(jì)劃規(guī)定的液位最適值一致，參數(shù)化的標(biāo)簽為{#202}。高液位報(bào)警值和低液位報(bào)警值在數(shù)值上與控制計(jì)劃規(guī)定的液位上限值和濕度下限值相同，參數(shù)化的標(biāo)簽為{#203}與{#204}。

在動畫上，兩個帶有0～100刻度管狀的動畫能夠指示實(shí)際值與設(shè)定值相對于液位上下限的比例關(guān)系，直線的動畫能夠指示濕度的實(shí)時值大于上限值或小于下限值，上限值與下限值的文本、數(shù)字輸入以及警戒線動畫均能根據(jù)數(shù)據(jù)的大小在0～100的比率內(nèi)變化位置。

實(shí)際視圖的使用效果如圖14。

圖14 設(shè)備的液位視圖預(yù)覽圖

4.6 配置參數(shù)表及其映射關(guān)系

如圖15為參數(shù)配置界面，根據(jù)工藝設(shè)備位置為參數(shù)文件命名，為設(shè)備名稱字符串形參標(biāo)簽{#888}配置實(shí)參字符串標(biāo)簽，為{#101}等雙整型、浮點(diǎn)型形參標(biāo)簽配置實(shí)參標(biāo)簽，即可實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)PLC變量標(biāo)簽。

圖15 PT_ST1工位的形參與實(shí)參映射配置

使用形參最大程度上縮減了視圖界面的總數(shù)，縮減了實(shí)際使用設(shè)備中控時占用的資源，同時在配置、修改視圖界面時也能做到標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化。

4.7 配置Web Server

如圖16，將編輯完成的視圖項(xiàng)目生成客戶端文件，在FT View Studio的Tools工具欄內(nèi)，選擇啟動SE Client，創(chuàng)建新的客戶端，需要配置名稱、存儲位置、初始畫面、畫面參數(shù)（如需）以及宏等內(nèi)容，即可完成客戶端生成。

圖16 創(chuàng)建ANDON軟件客戶端

如 圖17， 使 用 插 件Factory Talk ViewPoint Administration配置Web界面，選擇Publish Display to Web功能，再選擇要發(fā)布的客戶端，勾選要發(fā)布的界面后，即可完成網(wǎng)頁版ANDON發(fā)布。

圖17 發(fā)布ANDON軟件客戶端至Web

因發(fā)布的客戶端、界面、用戶名及密碼可以進(jìn)行配置，故可以設(shè)置通過網(wǎng)頁訪問設(shè)備中控客戶端的權(quán)限。

5 實(shí)效與分析

5.1 實(shí)現(xiàn)通過移動端實(shí)時設(shè)備監(jiān)控

設(shè)備監(jiān)控往往需要專業(yè)職守，在設(shè)備中控室內(nèi)工作，F(xiàn)T的Web Server能夠?qū)⒖蛻舳税l(fā)布在網(wǎng)絡(luò)中，在無線辦公網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，使用智能手機(jī)、平板電腦等可以通過登錄網(wǎng)頁查看設(shè)備中控視圖。如圖18，維修工在車間內(nèi)的每一條生產(chǎn)線附近，均能夠完成使用智能手機(jī)，連接無線辦公網(wǎng)絡(luò)，隨時隨地監(jiān)控設(shè)備狀況。在方便監(jiān)控設(shè)備中空的同時，增強(qiáng)了維修工工作的靈活性，故能夠降低了維修團(tuán)隊(duì)的人工成本。

圖18 使用智能手機(jī)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)

5.2 縮短發(fā)現(xiàn)故障占用的工時

設(shè)備故障的發(fā)現(xiàn)，往往通過監(jiān)控設(shè)備中控的維修工發(fā)現(xiàn)。工藝參數(shù)異常時能夠“主動地”呈現(xiàn)出不同的顏色并閃爍，能夠起到提醒作用，加快了發(fā)現(xiàn)故障的速度。如圖19,在2021年第三季度中，相較于2020年第三季度的工藝故障時長對比。另一方面，因非專人值守，更多的維修工通過瀏覽發(fā)布的網(wǎng)頁，參與到設(shè)備監(jiān)控的工作中，同樣能夠加快故障發(fā)現(xiàn)的進(jìn)度，避免因故障發(fā)現(xiàn)較遲而造成重大停機(jī)事件。如圖20，在2021年第三季度中，相較于2020年第三季度的工藝故障大停機(jī)次數(shù)對比。

圖19 2021年第三季度故障時長同比

圖20 2021年第三季度大停機(jī)次數(shù)同比

5.3 縮短根據(jù)控制計(jì)劃調(diào)整工藝參數(shù)的工時

設(shè)備中工藝參數(shù)的設(shè)置，需要根據(jù)控制計(jì)劃的工藝參數(shù)最適值以及范圍來進(jìn)行調(diào)整。標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化的工藝參數(shù)視圖，降低調(diào)整設(shè)備工藝參數(shù)的復(fù)雜程度，減少了查找工藝參數(shù)的PLC變量的工時，為企業(yè)靈活性調(diào)整生產(chǎn)工藝提供了便捷。

6 結(jié)語

基于Factory Talk的涂裝車間工藝參數(shù)配置視圖使用3個月后，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、人機(jī)交互性強(qiáng)，無需專業(yè)值守。在設(shè)備工藝參數(shù)異常時均能夠?qū)S修工起到提醒作用，專人值守的“盯中控”的工作任務(wù)也實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)槊總€維修工都能隨時隨地查看設(shè)備狀態(tài)，多次避免了因發(fā)現(xiàn)故障相應(yīng)速度不足而導(dǎo)致的大停機(jī)，為企業(yè)減少了重大停機(jī)事故造成的欠產(chǎn)、產(chǎn)品報(bào)廢等損失；節(jié)約了3個班次共計(jì)3名維修工的設(shè)備值守的工作工時。同時，在搭建系統(tǒng)過程中提高了對控制計(jì)劃中工藝參數(shù)的了解，在增強(qiáng)企業(yè)設(shè)備人機(jī)交互能力上起到了積極的效果。此系統(tǒng)的成功應(yīng)用可為同行業(yè)提供一定參考。