西门子SIVArc在物流电控标准化开发中的应用

文/ 张磊 鄢子麒 孙志坚 韦科举

在实施物流工程项目时，项目设计的标准、通用，项目实施的高效、快速，对于设备集成商和最终用户都具有重要意义。

物流工程项目涉及了大量相同类型被控对象的控制和可视化设计。以输送系统为例，其基本组成单元是输送机。输送机是同一类被控设备，其功能、组态画面形式相同。以单机设备堆垛机为例，其基本组成单元是驱动轴。驱动轴是同一类被控装置，其功能、组态画面形式相同。

如果能利用成熟项目仓库的资源和规则，无需繁杂的重复性的编程、画面组态、变量映射等，仅需简单地调用和配置，就能自动完成新项目部署，无疑会大大减轻电气工程师的负担，大幅提高设计和调试效率，从根本上保证工程质量，并为后续维护扩展提供统一的标准。

为了实现这一目标，需要引入基于面向对象的自动化设计平台。在这一平台上，实现PLC程序对象、HMI画面对象、交互数据对象的结构化封装; PLC、触摸屏等不再是孤立的设备，由PLC程序可直接生成HMI画面并自动完成数据对象的映射。

西门子TIA博途和SIVArc组件，为这一设想提供了平台。西门子TIA博途是采用统一软件框架的全集成自动化软件，可对西门子全集成自动化中涉及的可编程控制器（PLC）、人机界面(HMI)和驱动装置等进行组态、编程和调试，共享通信任务，统一数据接口。

西门SiVArc (SIMATIC WinCC Visualization Architect)是TIA博途中的选件包，SiVArc是一个图形用户界面生成器，借助SiVArc，仅需要简单配置，即可通过程序块和HMI库为多个HMI设备和PLC生成可视化。SiVArc功能示意图，如图1。

图1 SiVArc功能示意图

标准化的程序架构、画面模板、创建规则等是SiVArc运行的基础，也是实现标准化、通用化设计，工程快速实施部署等的核心。以下，结合物流工程电控程序的开发实践，介绍SiVArc的核心要素.

一、标准化的程序架构

图2为SiVArc架构与生成逻辑,由图可见：画面的自动组态，是通过模块化的功能块(FB)自动调用画面模板（FacePlate）实现的；变量的自动生成，是通过功能块(FB)的背景数据（IDB）自动映射的。由此可以得出使用SiVArc时需要遵循的两条开发原则：

1.标准库的开发

标准化、模块化的功能块(FB) 、画面模板（FacePlate）、数据类型（UDT）等是SiVArc运行的前提。可以根据物流工程的共性，提取作为基本单元的设备或部件。封装其实现逻辑以生成功能块(FB)，封装其画面对象以生成画面模板（FacePlate），封装其交互数据等为自定义数据类型（UDT）。

将这些标准组件导入项目库，可实现组件的全局调用，也便于项目间的移植与复用。

2.层次化的程序结构

层次化的程序结构符合人们由整体到局部、由共性到个性的习惯性认知。

通过层次化的调用，实现了按照区域、类别划分对象，程序更加简明直观；层次化的调用便于利用多重背景数据块集中分配背景数据，使数据分配更高效直观；层次化的程序结构使变量的生成路径更清晰。

图2 SiVArc架构与生成逻辑

图3 FacePlate的接口

图4 FacePlate的属性设置

图5 SiVArc画面规则

二、画面模板（FacePlate）

画面模板（FacePlate）是由画面控件封装的标准化画面对象。通过将物流系统中基本的组成单元分类，并抽象成FacePlate，可生成供物流工程使用的通用的画面对象。

使用FacePlate组态画面，其优势是显而易见的：

1.FacePlate大大减少了画面组态工作量，仅需要批量插入FacePlate实例，即可灵活地搭建复杂的物流系统。

2.FacePlate增强了画面组态的标准化，便于同类型工程的复用。

3.FacePlate增强了系统维护的灵活性，仅需要变更FacePlate，即可一次性完成所有FacePlate实例的修改。

在物流工程中，FacePlate可作为一类结构、功能相同的设备监控画面的抽象，例如辊筒输送机、提升机等；也可作为设备关键组件操作面板的抽象，例如堆垛机的驱动轴操作画面。

为保证FacePlate实例数据的封装，并实现FacePlate实例数据与PLC背景数据块的映射，有必要定义一个用户自定义数据类型（UDT），包含FacePlate需要的所有数据标签。将该数据类型添加至项目库，即可实现该数据类型的全局调用。

FacePlate的创建也需要从画面控件组态入手，即先组态，再封装为FacePlate类型。

FacePlate可以将用户自定义数据类型定义为动态属性，作为FacePlate的接口。其中，自定义数据类型中包含控件属性和事件对应的数据，通过映射数据实现画面的组态。

如图3，速度轴FacePlate的接口为动态属性，其数据类型为自定义数据类型“typeSpeedAxis”，包含了速度轴监控所需的所有数据。

图4显示的是速度轴FacePlate的SIVArc属性设置：

“名称”字段表示FacePlate生成的画面对象的名称。表达式的“Block.DB.SymbolicName”的含义是使用背景数据块的符号名称作为生成的FacePlate副本的名称。

“ 变量表达式” 字段表示FacePlate接口关联的变量标签名。表达式"HMI_CommData"& TagNaming.SeparatorChar & "SpeedAxis" & TrailNum(Block.DB.SymbolicName)的含义是FacePlate实例与名称为"HMI_CommData_ SpeedAxisN"的变量相关联。

三、创建规则

SiVArc规则搭建了从库组件到HMI画面、从背景数据到HMI变量的桥梁。其中，画面规则和变量规则是最核心的部分，主导了SiVArc的生成逻辑。

1.画面规则

画面规则是画面对象生成与布局的规则。图5是不同的程序对象（功能块FB）分别对应一条画面规则。

“程序块”字段设定的是用以生成“画面对象”的功能块(FB)名称；

“画面对象”字段设定的是与“程序块”对应的画面模板（FacePlate），每调用一次功能块(FB)，都在画面中生成一个画面模板（FacePlate）对象；

“画面主副本”字段设定的是用于生成画面的画面模板；

“布局字段”是预先在“模板副本”上定义的布局占位符，其尺寸应和FacePlate画面对象尺寸一致，以保证“画面对象”完整地显示在HMI画面上期望的位置。

2.变量规则

变量规则是PLC与HMI交互数据生成与关联的规则，如图6。

图6 SiVArc变量规则

“变量表”字段设定的是生成变量表的名称规则，表达式“HmiTag.DB.SymbolicName”代表以变量所在DB块的名称作为变量表的名称。

“变量组层级”字段设定的是变量表生成目录结构的规则，表达式“HmiTag.DB.FolderPath”代表生成与PLC程序层次化结构相一致的变量表目录。

通过SiVArc规则，建立了PLC程序到HMI画面的松耦合关系。

图7是由SiVArc自动生成的转轨堆垛机系统监控画面的示例，其中巷道区、转轨区、转轨机构的组态画面均由标准组件搭建。如果需要实施同类项目，仅需要简单地复制、删除画面组件，调整组件布局位置，便可一键完成，极其便捷；当PLC程序或交互数据发生了变更时，无需繁琐地修改画面和变量，仅通过SiVArc，便可一键重新生成画面和变量，大大提高了调试效率，降低了维护难度。

图7 转轨堆垛机系统监控画面

综上所述，西门子SiVArc助力物流电控设计实现了从程序到画面的标准化、结构化、模块化开发，显著提高了开发效率，使设计管理更加规范，工程维护更加便捷。不论对于物流装备设备集成商还是最终用户，西门子SiVArc都具有较大的应用价值。