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       在很多應用領(lǐng)域，制造企業(yè)和工廠需要一套內(nèi)部標準，用于指導其自動化系統(tǒng)的硬件和軟件的最佳實踐。這些標準有助于確保軟硬件的一致性和安全性，同時為新項目提供了清晰的指導方針。這些內(nèi)部標準不但要符合行業(yè)規(guī)定，而且還會更加具體，對于工廠和車間來說更易于實施和操作。

??這些標準應該覆蓋4個關(guān)鍵區(qū)域：

??●  安全、電氣以及液壓。
??●  人機界面（HMI）和操作員接口終端（OIT）。
??●  控制器和輸入/輸出（I/O）系統(tǒng)。
??●  傳感器和儀表。

??安全、電氣和液壓

??很多國家和國際機構(gòu)都明確規(guī)定了安全、電氣和液壓標準。內(nèi)部標準應該包括一個適用的國家和國際標準的列表，同時提供關(guān)于如何嚴格遵守這些標準的指導原則。

??內(nèi)部標準應該要求遵守所有適用的地方和國家規(guī)范，應該列出這些規(guī)范并具體說明。這些規(guī)范規(guī)定了機器和設備的安裝和運行，根據(jù)區(qū)域不同而有所不同，而且經(jīng)常隨著時間的變化而變化。工廠人員要負責確定應該遵循哪些規(guī)范，并且要驗證設備、安裝和運行是否符合這些規(guī)范的最新版本。

??在美國，內(nèi)部標準必須要遵循NFPA 70-2017的所有適用部分：國家電氣規(guī)范（NEC）、國家防火協(xié)會（NFPA）、以及國家電氣制造業(yè)協(xié)會（NEMA）。其他國際規(guī)范也可能適用，特別是對于將要運輸?shù)胶Ｍ獾哪切㎡EM制造商生產(chǎn)的機器。

??NFPA 79-2018: 用于工業(yè)機械的電氣標準是很好的保護操作員、機械以及設施免于電氣和火災危險的規(guī)范。監(jiān)管機構(gòu)或政府部門可能會提供額外的要求。 這些機構(gòu)可以幫助確定確定哪些規(guī)范和標準對于機器的安全安裝和運行是必要的。

??如果沒有遵循適用的規(guī)范和標準，那么對人員或機器造成的嚴重損害就可能會發(fā)生。如果發(fā)生任何事故，從法律角度來講不遵守國家規(guī)范和標準都可能會增加需要承擔的責任。

??內(nèi)部標準必須參考適用的標準，而且內(nèi)部人員和外部人員都要了解這些信息，例如工程師、機器制造商、以及系統(tǒng)集成商。這些標準也可以成為新項目驗收標準的功能性基礎，以確保正確的產(chǎn)品設計、安裝和運行。

??列出并遵循適用的規(guī)范和標準是朝著確保工廠車間實現(xiàn)一致的、可支持的自動化邁出的第一步。為了確保可以按照最佳實踐去做，內(nèi)部標準必須要涵蓋HMI、控制器和現(xiàn)場設備。

??HMI和OIT

??對HMI和OIT的規(guī)格要求應該從運行條件（請見圖1和2）開始。例如，要求的運行溫度高達122華氏度以及將NEMA 12作為保護的最低等級在大多數(shù)的工廠車間里都運行得很好。

圖1： HMI面對各式各樣的圖形化用戶界面應用都應該很容易配置、安裝和維護

圖2：小型操作員接口終端（OIT）提供的功能比HMI少，不過更加經(jīng)濟且更加緊湊。

??一家企業(yè)內(nèi)部的HMI和OIT規(guī)格要求通常會列出用戶可接受的一系列指定供應商的產(chǎn)品。嚴格按照該產(chǎn)品列表執(zhí)行能保證不同應用之間的一致性、簡化設計、執(zhí)行和運行。

??應該清楚定義特定HMI和OIT的使用場合。一個微型觸摸文本面板OIT可以為小的機器提供經(jīng)濟有效的圖形和操作員互動，不過并不適合用于中大型機器、或者生產(chǎn)線。如果要在圖形化顯示設備上顯示一臺自動化設備的每個按鈕、開關(guān)、儀表和外圍設備，顯示屏的大小就是個問題了。因此，內(nèi)部標準應該清楚地說明屏幕尺寸的要求，同時針對每個應用類型定義合適的屏幕數(shù)量的范圍。

??畫面設計標準應該仔細定義。通用總畫面、手動功能、數(shù)據(jù)以及默認畫面（包括前后一致的導覽按鈕）應該與實際的應用案例一起進行記錄在案。顏色的使用和顯示功能也應該被記錄在案。強化這個標準，因此可以在所有的機器和設備上使用，會降低培訓要求、簡化操作、而且縮短故障診斷時間。

??在設計規(guī)格書中應該包括特定的HMI和OIT編程軟件，同時包括一個流程確保每個人都使用正確的軟件以及正確的版本。

??HMI和OIT連接到控制器、工廠網(wǎng)絡以及可能的云。內(nèi)部標準應該定義可接受的硬件連接和通訊協(xié)議。通用的硬件連接包括以太網(wǎng)、RS-232C/422/485串行、以及USB。有超過10種不同的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議可以使用，這些協(xié)議的量已經(jīng)大到很不實用了，所以內(nèi)部標準應該定義盡量少種類的可使用協(xié)議。對于串口協(xié)議來說也是一樣的。

??將可接受的以太網(wǎng)協(xié)議限制在幾個常用的選項之內(nèi)，例如Ethernet/IP和Modbus TCP，可以簡化連接，不過可能也需要例外。有一個例子是在需要特定機器的時候，需要通過在內(nèi)部標準里沒有定義的協(xié)議進行通訊。

??可以通過協(xié)議轉(zhuǎn)換來處理這些例外情況。根據(jù)需要轉(zhuǎn)換的特定協(xié)議的不同，轉(zhuǎn)換過程通常可以在基于PC的HMI上完成。使用這些功能來制定HMI軟件在設計上是很好的做法。

??要仔細考慮和定義遠程訪問策略。有一些HMI允許遠程用戶使用電腦、平板電腦、智能手機以及筆記本電腦來連接、監(jiān)控以及控制HMI。如果這樣的訪問得到許可，必須定義一個被授權(quán)的用戶名單，包括每個人的訪問水平信息。為了提供所需要的網(wǎng)絡安全等級，也應該仔細定義登陸過程、多水平訪問控制以及程序通知標簽。

??控制器和I/O

??對于工廠自動化來說有三種主要的控制器類型：可編程邏輯控制器（PLC）、可編程自動化控制器（PAC）以及工業(yè)PC。在某些場合下，可以指定單個供應商和類型，但是通常需要一些靈活性。控制器的功能也在整合過程中，因此對于許多工廠和設施來說，指定來自于一個供應商的某個控制器系列也可以滿足大多數(shù)應用的需求（請見圖3）。

       圖3：先進的可編程控制器具有多種構(gòu)成形式，可在相同的控制器系列中提供了基于機架的、微小模塊化的或者堆疊式的硬件。

??每一種控制器都有很多不同的I/O可以選用。有一些I/O要求添加一個標準，包括可接受的離散電壓水平、模擬量信號水平、以及特殊的模塊。對于離散信號來說，一種很好的標準是為輸入和輸出都采用24伏直流或120伏交流。也應該指定模擬量信號水平的標準，例如4-20毫安。例如電阻式溫度檢測器（RTD）、熱電偶以及稱重模塊等特殊模塊也應該包括在標準之內(nèi)。

??應該對通訊協(xié)議及其標準進行記錄，以便用于與控制器使用。協(xié)議的首選項通常是由所選的控制器來決定的。不管選擇了哪種控制器，提供幾個通訊接口都是很好的做法。對于實現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）和智能制造來說，通訊協(xié)議的選擇也是非常重要的。

??與HMI和OIT一樣，支持以太網(wǎng)通信使遠程訪問控制器成為可能，因此需要在內(nèi)部標準中定義規(guī)則。例如，不應該允許使用默認的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）地址或默認的網(wǎng)關(guān)，而應該更改這個出廠設置。內(nèi)部標準應該將Web服務器的功能限制在只讀，而且要仔細定義遠程監(jiān)控應用、賬戶名以及密碼。

??定義遠程訪問策略和執(zhí)行是至關(guān)重要的。要求只能通過HMI來對控制器進行遠程訪問，一般來說可以提供更高的安全性靈活水平以及數(shù)據(jù)訪問，也應該在內(nèi)部標準內(nèi)進行考慮和定義。

??控制器數(shù)據(jù)記錄巡檢功能是另一個需要內(nèi)部標準化的領(lǐng)域。對標簽數(shù)值定義周期性的或基于事件的數(shù)據(jù)記錄巡檢可以為設備綜合效率（OEE）和生產(chǎn)信息提供重要的歷史記錄，而且它還可以為上層系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)緩沖。數(shù)據(jù)傳輸安全也應該被記錄。

??對于控制器的內(nèi)部標準還應該包括對應用的考慮。例如，應該提供以運動控制器或傳動設備優(yōu)先的連接。應該清楚定義通訊的優(yōu)先級以及同時控制多個傳動設備的需求。與視覺系統(tǒng)的高速通訊方式也應該定義好。此外，通訊方式和數(shù)據(jù)處理的需求也應該被記錄。

??控制器編程標準是至關(guān)重要的需要定義的內(nèi)部標準。應該在一個單獨的手冊中記錄要求和編程方式，以及例子。如果沒有這些類型的標準，每個編程人員可能會按照他個人的方式，創(chuàng)造出各種難以辨識的軟件應用程序。

??傳感器和儀表

??傳感器和儀表的標準有助于改善機器控制并減少所需的備件（請見圖4）。例如，一種常見的內(nèi)部標準是要求在每個液壓缸或執(zhí)行機構(gòu)的行程末端提供一個傳感器。對于不同的傳感應用來說，首選的傳感器和電纜類型應該詳細說明。

       圖4：將傳感器類型限制在幾個標準類型內(nèi)會簡化維護工作，并降低對庫存的要求。

??一個需要定義的重要標準是智能傳感器和儀表的使用標準。這些智能現(xiàn)場設備使用數(shù)字化通訊協(xié)議來與控制器，有時候也與HMI或OIT進行數(shù)據(jù)交換。智能現(xiàn)場設備比那些更簡單的同類產(chǎn)品更昂貴，所以只有當它們提供的額外數(shù)據(jù)可以用于生產(chǎn)運行的改進才會使用它們。

??在每臺機器上安裝來自不同傳感器供應商或傳感器類型的產(chǎn)品，對于企業(yè)在設計、實施或維護方面都不夠高效。因此，包含傳感器、儀表供應商和類型在內(nèi)的可接受的短名單應該是任何內(nèi)部標準的一部分。

??不管是HMI、OIT、控制器、還是現(xiàn)場設備，最大限度地減少供應商和通信協(xié)議的數(shù)量都將有助于企業(yè)降低成本、簡化培訓并提高生產(chǎn)力。從長遠來看，花費在記錄內(nèi)部標準上的時間，對于實現(xiàn)這些好處并且改善安全性來說都是非常值得的。

來源：控制工程網(wǎng)