基于Factory Talk的涂装车间工艺参数配置视图的设计与应用研究

宋昊鹏，刘岩，邵崇杰，李建学，彭勋，严杰

（北京奔驰汽车有限公司，北京 100176）

1 前言

工艺过程参数在涂装车间的自动化工业生产中扮演着重要的角色，在自动化生产线中常用于有效地控制产品工艺质量、降低工艺加工成本等。工艺参数的可视化、可控化能够辅助生产过程中避免因工艺过程异常引起的设备损坏、产品报废等事件。MRA1喷漆车间建成于2005年，车间工艺设备在电气控制系统上使用罗克韦尔PLC，因而车间的设备中控使用了罗克韦尔品牌的人机交互工程软件Factory Talk（以下简称为FT）。如图1，原车间中控系统的ANDON界面中，工艺过程控制参数仅有实时值，但是与控制计划相关的设定值与上限值、下限值等则无法直观地浏览。

图1 新老ANDON系统的对比图

为直观地浏览如图2所示的各核心工艺参数的设定值、实时值、上限值、下限值等及其关联，需要对ANDON视图内各工艺参数增添可视化的视图，大量的视图易造成系统迟滞。带有标准化的参数模板以及视图模板则最大程度上降低了ANDON系统对PLC、网络以及服务器的资源占用。

图2 工艺参数视图的示意图

ANDON系统工艺参数视图自创建以来，稳定有效地展示各工艺参数的实时值、设定值，在实时值未满足设定条件时能够闪烁提示维修工查看此工艺参数的详细内容；同时，通过标准化的模板能够更新各工艺参数的设定值、上限值、下限值等，与控制计划的工艺要求相匹配提供便利。维修工能通过手机浏览器登录到设备中控服务器，浏览网页版的设备中控，无需专业值守中控室。此系统在创建及调试后，降低了值守中控室的维修工工时；同时，车间的温度、湿度、液位等核心工艺参数的控制效果有效提升，多次避免了工艺参数异常引起的严重停机及产品报废，有效提高生产效率及产品质量，减少企业的损失。

2 可行性分析

在被监测参数的可视性上，被监测参数实际为PLC内各温度、湿度及液位等工艺参数的实时值、设定值以及上限值、下限值等，数据为双整型或浮点型，可监测程度较高。

在人机交互工程软件的链接性能上，Factory Talk软件（以下称为FT）能够通过Factory Talk Linx与罗克韦尔品牌PLC建立连接，能够访问PLC内标签地址，能够关联PLC并将双整型或浮点型等数据做状态指示或更改数值，可链接程度较高。

在人机交互工程软件的视图性能上，FT能够编辑文字、图形、数字显示、数字输入、字符显示等，具有编辑与或非逻辑、数学运算等功能，能够通过逻辑的配置实现视图内各项的颜色、形位、可视性等动画特效，视图可编辑程度较高。

在人机交互工程软件的参数模板功能上，FT能够将相同视图配置不同的数据参数，类似于PLC逻辑块中的形参与实参的映射。能通过添加的跳转按钮，打开多个具有相同视图模板但参数不同的视图，故在参数模板功能上能够满足预期需求。

在人机交互工程软件的Web功能上，FT能够发布客户端内的视图，相同网络环境下的移动设备可以成功访问服务器发布的网页，进而实现对设备进行远程监控。

经过上述的分析，通过Factory Talk进行涂装车间工艺参数配置视图的绘制及远程监控配置的方案可行性很高。

3 软件选择及其功能

3.1 链接软件的选择及其功能

在逻辑控制器的使用上，MRA1喷漆车间内罗克韦尔品牌1756-L6x、1756-L7x系列PLC被广泛使用。车间内的PLC机架安装有1756-ENBT模块，用于为PLC接入设备中控网络，通讯协议为EIP，基于以太网网络即可实现PLC与设备中控系统的连接。

FT是罗克韦尔公司发布的人机交互工程软件，此软件基于FactoryTalk Linx软件（此后简称FT Linx）进行路径配置与扫描，FT Linx配置各PLC通讯模块的型号及地址，扫描远程PLC并关联，即可实现创建FT软件与远程PLC的链接，为采集PLC变量标签作为基础（如图3）。

图3 FT Linx软件链接编辑视图

3.2 人机交互工程软件的选择及其功能

FT软件内部集成了FT Linx插件，能够访问PLC内标签地址，故通过添加PLC变量标签的方式，可以实现监控或更改车间内各设备的工艺过程参数的实时值、设定值、上限值以及下限值等PLC变量标签的数值。

此外，此软件能够绘制视图、编辑文本、绘制图形、数字显示、数字输入、字符显示及编辑，能够通过参数功能将相同视图模型配置不同的数据，具备编辑与或非逻辑、数学运算等，能够通过编辑的逻辑配置动画特效，发布客户端视图及其Web功能等。

4 配置流程及其参数

4.1 配置PLC路径的链接

应用Factory Talk View Studio软件新建一个FT项目之后，第一项需要确定的是关联到哪些PLC。为关联指定的PLC，配置PLC的路径链接是必要的。

OPC链接的配置过程需要使用FT Linx软件，EtherNet路径可以在此软件主视图内新建，选择Configure Shortcut，即可设置此EtherNet的链接——关联PLC的EIP通讯模块。

在进入的“Factory Talk Administration Console”软件界面，展开已有FT项目树的FTLinx子项目下的Communication Setup项，此功能用于添加与设备中控在物理层相连的PLC通讯模块的OPC链接。

界面的右侧，Device Shortcut窗口内，可以新建路径链接的名称，例如对应目标PLC的名称。Primary窗口内，在此FT项目的EtherNet链接处，右键选择Add Device，选择目标PLC与设备中控通讯的模块的型号（如图4）。并且为此模块配置名称、输入实际IP地址以及输入此模块在PLC背板机架上的槽号。

图4 使用FT Linx选择目标PLC通讯模块型号

此后，打开Primary界面内通讯模块的链接，通过链接扫描到PLC模块，分别选择并点击此PLC模块与Device Shortcut内的名称后，点击Apply完成确认，此名称在该FT内代表该PLC的OPC路径，实际效果如上文中的图3所示。

4.2 配置ANDON视图的PLC标签及其动画

如图5，在FT项目内新建数字显示，为此数字显示关联PLC标签，格式如下：

图5 创建数字显示并关联PLC变量标签

{[PLC名称]变量标签名称}

配置数字的进制（如十进制）、位数（如5位、保留小数点后1位）等，即可显示正确的双整型、浮点型数据。

通过配置该项的动画，能够实现在特定逻辑条件下实现项的可视性、颜色、形位、大小等属性。如图6，以颜色动画为例，为该实时值配置数值大小在设定值区间内为黄色，超过上限值或下限值为红色、紫色闪烁，此逻辑用于增强指示、提醒效果，此示例配置参数如下。

图6 配置数字显示的颜色的逻辑

如图7，通过创建带数字显示的跳转按钮，可以在实现PLC变量的数字显示的同时，起到页面跳转的功能。选择激活按钮的方式、目标的视图模板以及该调用的参数文本，即可打开目标视图。

图7 带数字显示的跳转按钮

4.3 配置设备的温度视图及其动画

创建设备的温度视图并配置视图的动画的过程如下。如图8，字符串用于显示不同的工艺设备名称，为字符串显示功能配置参数化的标签{#888}。

图8 参数化的字符串显示

如图9，实时值使用数字显示功能，在数值上与实际的工艺温度一致，为其配置参数化的标签{#1}，仅用作数字显示，同时配置了鼠标悬停显示注释的功能。

图9 参数化的实时值的数字显示

如图10，设定值使用数字输入功能，在数值上与控制计划规定的温度最适值一致，为其配置了参数化的标签{#2}，可用作数字显示与输入，同时配置了鼠标悬停显示注释的功能。

图10 参数化的设定值的数字输入

高温报警值和低温报警值使用数字输入功能，在数值上与控制计划规定的温度上限值和温度下限值相同，为其配置了参数化的标签{#3}与{#4}，可用作数字显示与输入，同时配置了鼠标悬停显示注释的功能，配置的操作与实时值、设定值类似。

如图11，两个管状的动画能够指示实际值与设定值相对于温度上下限的比例关系。条状动画的顶部为温度上限值，底部为温度下限值，均为直线所在的位置。当温度的实时值大于上限值或小于下限值，直线红色、紫色闪烁，与ANDON视图中实时值的颜色动画配置方法一致，为ANDON视图温度异常的原因详细说明。

图11 参数化的工艺视图动画

实际视图的使用效果如图12。

图12 设备的温度视图预览图

4.4 配置设备的湿度视图及其动画

创建设备的湿度视图并配置视图的动画的过程与配置温度视图及动画类似，以下仅详细说明不同点。创建字符串显示功能用于显示不同的工艺设备名称，使用参数化的标签{#888}。

实时值为数字显示，在数值上与实际的工艺湿度一致，参数化的标签为{#101}。设定值为数字输入，在数值上与控制计划规定的湿度最适值一致，参数化的标签为{#102}。高湿报警值和低湿报警值在数值上与控制计划规定的湿度上限值和湿度下限值相同，参数化的标签为{#103}与{#104}。

在动画上，两个管状的动画能够指示实际值与设定值相对于湿度上下限的比例关系，直线的动画能够指示湿度的实时值大于上限值或小于下限值。

实际视图的使用效果如图13。

图13 设备的湿度视图预览图

4.5 配置设备的液位视图及其动画

创建设备的液位视图并配置视图的动画的过程与配置温度视图及动画类似，以下仅详细说明不同点。创建字符串显示功能用于显示不同的工艺设备名称，使用参数化的标签{#888}。

实时值为数字显示，在数值上与实际的工艺液位一致，参数化的标签为{#201}。设定值为数字输入，在数值上与控制计划规定的液位最适值一致，参数化的标签为{#202}。高液位报警值和低液位报警值在数值上与控制计划规定的液位上限值和湿度下限值相同，参数化的标签为{#203}与{#204}。

在动画上，两个带有0～100刻度管状的动画能够指示实际值与设定值相对于液位上下限的比例关系，直线的动画能够指示湿度的实时值大于上限值或小于下限值，上限值与下限值的文本、数字输入以及警戒线动画均能根据数据的大小在0～100的比率内变化位置。

实际视图的使用效果如图14。

图14 设备的液位视图预览图

4.6 配置参数表及其映射关系

如图15为参数配置界面，根据工艺设备位置为参数文件命名，为设备名称字符串形参标签{#888}配置实参字符串标签，为{#101}等双整型、浮点型形参标签配置实参标签，即可实现关联PLC变量标签。

图15 PT_ST1工位的形参与实参映射配置

使用形参最大程度上缩减了视图界面的总数，缩减了实际使用设备中控时占用的资源，同时在配置、修改视图界面时也能做到标准化、统一化。

4.7 配置Web Server

如图16，将编辑完成的视图项目生成客户端文件，在FT View Studio的Tools工具栏内，选择启动SE Client，创建新的客户端，需要配置名称、存储位置、初始画面、画面参数（如需）以及宏等内容，即可完成客户端生成。

图16 创建ANDON软件客户端

如 图17， 使 用 插 件Factory Talk ViewPoint Administration配置Web界面，选择Publish Display to Web功能，再选择要发布的客户端，勾选要发布的界面后，即可完成网页版ANDON发布。

图17 发布ANDON软件客户端至Web

因发布的客户端、界面、用户名及密码可以进行配置，故可以设置通过网页访问设备中控客户端的权限。

5 实效与分析

5.1 实现通过移动端实时设备监控

设备监控往往需要专业职守，在设备中控室内工作，FT的Web Server能够将客户端发布在网络中，在无线办公网络的环境下，使用智能手机、平板电脑等可以通过登录网页查看设备中控视图。如图18，维修工在车间内的每一条生产线附近，均能够完成使用智能手机，连接无线办公网络，随时随地监控设备状况。在方便监控设备中空的同时，增强了维修工工作的灵活性，故能够降低了维修团队的人工成本。

图18 使用智能手机监控设备状态

5.2 缩短发现故障占用的工时

设备故障的发现，往往通过监控设备中控的维修工发现。工艺参数异常时能够“主动地”呈现出不同的颜色并闪烁，能够起到提醒作用，加快了发现故障的速度。如图19,在2021年第三季度中，相较于2020年第三季度的工艺故障时长对比。另一方面，因非专人值守，更多的维修工通过浏览发布的网页，参与到设备监控的工作中，同样能够加快故障发现的进度，避免因故障发现较迟而造成重大停机事件。如图20，在2021年第三季度中，相较于2020年第三季度的工艺故障大停机次数对比。

图19 2021年第三季度故障时长同比

图20 2021年第三季度大停机次数同比

5.3 缩短根据控制计划调整工艺参数的工时

设备中工艺参数的设置，需要根据控制计划的工艺参数最适值以及范围来进行调整。标准化、参数化的工艺参数视图，降低调整设备工艺参数的复杂程度，减少了查找工艺参数的PLC变量的工时，为企业灵活性调整生产工艺提供了便捷。

6 结语

基于Factory Talk的涂装车间工艺参数配置视图使用3个月后，该系统运行稳定、人机交互性强，无需专业值守。在设备工艺参数异常时均能够对维修工起到提醒作用，专人值守的“盯中控”的工作任务也实现转变为每个维修工都能随时随地查看设备状态，多次避免了因发现故障相应速度不足而导致的大停机，为企业减少了重大停机事故造成的欠产、产品报废等损失；节约了3个班次共计3名维修工的设备值守的工作工时。同时，在搭建系统过程中提高了对控制计划中工艺参数的了解，在增强企业设备人机交互能力上起到了积极的效果。此系统的成功应用可为同行业提供一定参考。