西門子SIVArc在物流電控標準化開發中的應用

文/ 張磊 鄢子麒 孫志堅 韋科舉

在實施物流工程項目時，項目設計的標準、通用，項目實施的高效、快速，對于設備集成商和最終用戶都具有重要意義。

物流工程項目涉及了大量相同類型被控對象的控制和可視化設計。以輸送系統為例，其基本組成單元是輸送機。輸送機是同一類被控設備，其功能、組態畫面形式相同。以單機設備堆垛機為例，其基本組成單元是驅動軸。驅動軸是同一類被控裝置，其功能、組態畫面形式相同。

如果能利用成熟項目倉庫的資源和規則，無需繁雜的重復性的編程、畫面組態、變量映射等，僅需簡單地調用和配置，就能自動完成新項目部署，無疑會大大減輕電氣工程師的負擔，大幅提高設計和調試效率，從根本上保證工程質量，并為后續維護擴展提供統一的標準。

為了實現這一目標，需要引入基于面向對象的自動化設計平臺。在這一平臺上，實現PLC程序對象、HMI畫面對象、交互數據對象的結構化封裝; PLC、觸摸屏等不再是孤立的設備，由PLC程序可直接生成HMI畫面并自動完成數據對象的映射。

西門子TIA博途和SIVArc組件，為這一設想提供了平臺。西門子TIA博途是采用統一軟件框架的全集成自動化軟件，可對西門子全集成自動化中涉及的可編程控制器（PLC）、人機界面(HMI)和驅動裝置等進行組態、編程和調試，共享通信任務，統一數據接口。

西門SiVArc (SIMATIC WinCC Visualization Architect)是TIA博途中的選件包，SiVArc是一個圖形用戶界面生成器，借助SiVArc，僅需要簡單配置，即可通過程序塊和HMI庫為多個HMI設備和PLC生成可視化。SiVArc功能示意圖，如圖1。

圖1 SiVArc功能示意圖

標準化的程序架構、畫面模板、創建規則等是SiVArc運行的基礎，也是實現標準化、通用化設計，工程快速實施部署等的核心。以下，結合物流工程電控程序的開發實踐，介紹SiVArc的核心要素.

一、標準化的程序架構

圖2為SiVArc架構與生成邏輯,由圖可見：畫面的自動組態，是通過模塊化的功能塊(FB)自動調用畫面模板（FacePlate）實現的；變量的自動生成，是通過功能塊(FB)的背景數據（IDB）自動映射的。由此可以得出使用SiVArc時需要遵循的兩條開發原則：

1.標準庫的開發

標準化、模塊化的功能塊(FB) 、畫面模板（FacePlate）、數據類型（UDT）等是SiVArc運行的前提。可以根據物流工程的共性，提取作為基本單元的設備或部件。封裝其實現邏輯以生成功能塊(FB)，封裝其畫面對象以生成畫面模板（FacePlate），封裝其交互數據等為自定義數據類型（UDT）。

將這些標準組件導入項目庫，可實現組件的全局調用，也便于項目間的移植與復用。

2.層次化的程序結構

層次化的程序結構符合人們由整體到局部、由共性到個性的習慣性認知。

通過層次化的調用，實現了按照區域、類別劃分對象，程序更加簡明直觀；層次化的調用便于利用多重背景數據塊集中分配背景數據，使數據分配更高效直觀；層次化的程序結構使變量的生成路徑更清晰。

圖2 SiVArc架構與生成邏輯

圖3 FacePlate的接口

圖4 FacePlate的屬性設置

圖5 SiVArc畫面規則

二、畫面模板（FacePlate）

畫面模板（FacePlate）是由畫面控件封裝的標準化畫面對象。通過將物流系統中基本的組成單元分類，并抽象成FacePlate，可生成供物流工程使用的通用的畫面對象。

使用FacePlate組態畫面，其優勢是顯而易見的：

1.FacePlate大大減少了畫面組態工作量，僅需要批量插入FacePlate實例，即可靈活地搭建復雜的物流系統。

2.FacePlate增強了畫面組態的標準化，便于同類型工程的復用。

3.FacePlate增強了系統維護的靈活性，僅需要變更FacePlate，即可一次性完成所有FacePlate實例的修改。

在物流工程中，FacePlate可作為一類結構、功能相同的設備監控畫面的抽象，例如輥筒輸送機、提升機等；也可作為設備關鍵組件操作面板的抽象，例如堆垛機的驅動軸操作畫面。

為保證FacePlate實例數據的封裝，并實現FacePlate實例數據與PLC背景數據塊的映射，有必要定義一個用戶自定義數據類型（UDT），包含FacePlate需要的所有數據標簽。將該數據類型添加至項目庫，即可實現該數據類型的全局調用。

FacePlate的創建也需要從畫面控件組態入手，即先組態，再封裝為FacePlate類型。

FacePlate可以將用戶自定義數據類型定義為動態屬性，作為FacePlate的接口。其中，自定義數據類型中包含控件屬性和事件對應的數據，通過映射數據實現畫面的組態。

如圖3，速度軸FacePlate的接口為動態屬性，其數據類型為自定義數據類型“typeSpeedAxis”，包含了速度軸監控所需的所有數據。

圖4顯示的是速度軸FacePlate的SIVArc屬性設置：

“名稱”字段表示FacePlate生成的畫面對象的名稱。表達式的“Block.DB.SymbolicName”的含義是使用背景數據塊的符號名稱作為生成的FacePlate副本的名稱。

“ 變量表達式” 字段表示FacePlate接口關聯的變量標簽名。表達式"HMI_CommData"& TagNaming.SeparatorChar & "SpeedAxis" & TrailNum(Block.DB.SymbolicName)的含義是FacePlate實例與名稱為"HMI_CommData_ SpeedAxisN"的變量相關聯。

三、創建規則

SiVArc規則搭建了從庫組件到HMI畫面、從背景數據到HMI變量的橋梁。其中，畫面規則和變量規則是最核心的部分，主導了SiVArc的生成邏輯。

1.畫面規則

畫面規則是畫面對象生成與布局的規則。圖5是不同的程序對象（功能塊FB）分別對應一條畫面規則。

“程序塊”字段設定的是用以生成“畫面對象”的功能塊(FB)名稱；

“畫面對象”字段設定的是與“程序塊”對應的畫面模板（FacePlate），每調用一次功能塊(FB)，都在畫面中生成一個畫面模板（FacePlate）對象；

“畫面主副本”字段設定的是用于生成畫面的畫面模板；

“布局字段”是預先在“模板副本”上定義的布局占位符，其尺寸應和FacePlate畫面對象尺寸一致，以保證“畫面對象”完整地顯示在HMI畫面上期望的位置。

2.變量規則

變量規則是PLC與HMI交互數據生成與關聯的規則，如圖6。

圖6 SiVArc變量規則

“變量表”字段設定的是生成變量表的名稱規則，表達式“HmiTag.DB.SymbolicName”代表以變量所在DB塊的名稱作為變量表的名稱。

“變量組層級”字段設定的是變量表生成目錄結構的規則，表達式“HmiTag.DB.FolderPath”代表生成與PLC程序層次化結構相一致的變量表目錄。

通過SiVArc規則，建立了PLC程序到HMI畫面的松耦合關系。

圖7是由SiVArc自動生成的轉軌堆垛機系統監控畫面的示例，其中巷道區、轉軌區、轉軌機構的組態畫面均由標準組件搭建。如果需要實施同類項目，僅需要簡單地復制、刪除畫面組件，調整組件布局位置，便可一鍵完成，極其便捷；當PLC程序或交互數據發生了變更時，無需繁瑣地修改畫面和變量，僅通過SiVArc，便可一鍵重新生成畫面和變量，大大提高了調試效率，降低了維護難度。

圖7 轉軌堆垛機系統監控畫面

綜上所述，西門子SiVArc助力物流電控設計實現了從程序到畫面的標準化、結構化、模塊化開發，顯著提高了開發效率，使設計管理更加規范，工程維護更加便捷。不論對于物流裝備設備集成商還是最終用戶，西門子SiVArc都具有較大的應用價值。