设定内部自动化标准

公司、工厂和设施需要一套内部标准，或最佳实践，用于其自动化系统的硬件和软件。这些标准确保了一致性和安全性，同时为新项目提供了明确的指导方针。虽然这些内部标准将符合行业法规，但它们将更具体地针对公司的工厂和设施。

这些标准应涵盖四个关键领域:

• 安全、电气和气动
• 人机界面(hmi)和操作界面终端(oit)
• 控制器和输入/输出(I/O)系统
• 传感器和仪器。

本文讨论了这些主题，并提出了要使用的最佳实践，以及每个主题的内部标准。

安全、电气和气动

安全、电气和气动标准由国家和国际机构明确规定。内部标准应包括适用的国家和国际标准的清单，以及如何严格遵守每项标准的说明。

内部标准应要求遵守所有适用的地方和国家规范，并应列出和具体说明。这些规范规范了机器和设备的安装和操作，因地区而异，并且经常随时间而变化。工厂人员有责任确定应遵循哪些规范，并验证设备、安装和操作是否符合这些规范的最新版本。

在美国，内部标准至少必须遵循NFPA 70-2017:国家电气规范(NEC),美国消防协会(NFPA),美国电气制造商协会(NEMA)。其他国际规范也可能适用，特别是对于将运往海外的原始设备制造商。

NFPA 79-2018:工业机械电气标准是保护操作人员、机械和设施免受电气和火灾危险的良好开端。其他要求可以从监管机构或政府部门获得。这些办公室可以帮助确定哪些规范和标准是安全机器安装和操作所必需的。

如果不遵守适用的规范和标准，可能会对人员或机器造成严重伤害。在任何事件中，从法律角度来看，不遵守国家规范和标准可能会增加责任。

内部标准必须参考适用的标准，并且这些信息必须提供给内部和外部人员，例如工程师、机器制造商和系统集成商。这些标准也可以作为新项目验收标准的功能基础，以确保正确的产品设计、安装和操作。

列出并遵循适用的规范和标准是确保工厂车间自动化一致和可支持的第一步。为了确保遵守最佳实践，内部标准必须涵盖hmi、控制器和现场设备。

hmi和oit

hmi和oit的规格应该从操作条件开始(见图1和2)。要求工作温度高达122°F，最低NEMA 12保护在大多数工厂车间都能很好地工作。

公司的内部HMI和OIT规范通常会列出一系列可接受的供应商特定产品。坚持这个产品列表将确保应用程序之间的一致性，简化设计、实现和操作。

应该明确定义特定hmi和oit的用例。微触摸文本面板OIT可以为小型机器提供具有成本效益的图形和操作员交互，但不适用于中型到大型机器或生产线。当涉及到以图形方式显示自动化设备上的每个按钮、开关、仪表和外围设备时，显示尺寸很重要。因此，内部标准应该清楚地说明屏幕尺寸要求，以及为每种类型的应用程序定义适当数量的屏幕。

应该仔细定义屏幕设计标准。常见的主界面、手动功能、数据和故障屏幕——以及一致的导航按钮——应该与实际的应用程序示例一起记录。颜色的使用和指示器的功能也应该被记录下来。执行此标准，以便在所有机器和设备上使用，将减少培训要求，简化操作并缩短故障排除时间。

规范中应该包括特定的HMI和OIT编程软件，以及确保每个人都在使用正确的软件(包括正确的修订)的程序。

hmi和oit连接到控制器、工厂网络，可能还连接到云。内部标准应该定义可接受的硬件连接和通信协议。常见的硬件连接包括以太网，RS-232C/422/485串行和USB。超过10种不同的工业以太网协议可供使用，数量庞大，因此内部标准应该定义较少数量的可接受使用的协议。串行协议也是如此。

将可接受的以太网协议限制为几个常见选项，例如Ethernet/IP和Modbus TCP，可以简化连接，但可能需要例外情况。例如，需要一台特定的机器，但仅通过内部标准中未指定的协议提供通信。

这些异常可以通过执行协议转换来处理。根据要转换的特定协议，这通常可以在基于pc的HMI中处理。指定具有这些功能的HMI软件是一个很好的设计实践。

应该仔细考虑和定义远程访问策略。一些HMI允许远程用户使用PC、笔记本电脑、智能手机和/或笔记本电脑连接、监视和控制HMI。如果要允许这种访问，则必须指定已批准用户的列表，并为每个用户指定访问级别。登录程序、多级访问控制和程序通知标签也应该仔细指定，以提供所需的网络安全级别。

控制器和I/O

工厂自动化有三种主要的控制器类型:可编程逻辑控制器(plc)，可编程自动化控制器(pac)和工业pc，因此应指定特定类型。在某些情况下，也可以指定单个供应商，尽管通常需要一定的灵活性。控制器功能正在合并，因此对于许多工厂和设施，指定来自一个供应商的单一控制器系列可以覆盖大多数应用程序(参见图3)。

各种各样的I/O可用于每种类型的控制器。一些需要添加到标准中的I/O要求包括可接受的离散电压水平、模拟信号水平和专业模块。离散信号的一个很好的标准是使用24 Vdc或120 Vac作为输入和输出。还应指定模拟信号电平标准，如4- 20ma。特殊项目，如电阻温度检测器(rtd)，热电偶和称重模块，也应包括在标准中。

通信协议及其标准也应记录下来，以便与控制器一起使用。协议优先级通常由所选择的控制器驱动。对于选择的任何控制器，最好包括多个通信端口，其中以太网是最重要的。它几乎是未来工业物联网(IIoT)和智能机器需求的必需品。

与hmi和oit一样，对以太网通信的支持允许远程访问控制器，这需要在内部标准中定义规则。例如，不应该允许使用默认的Internet协议(IP)地址或默认网关，而应该要求更改此出厂设置。内部标准应该将Web服务器功能限制为只读，并仔细定义远程监控应用程序、帐户名和密码。

定义远程访问策略和实施至关重要。要求仅通过hmi远程访问控制器，这通常可以提供更灵活的安全性和数据访问级别，也应该在内部标准中考虑和定义。

控制器数据记录功能是另一个需要内部标准化的领域。定义周期或基于事件的标签值数据记录可以提供重要的历史整体设备效率(OEE)和生产信息，并且可以帮助为上层系统缓冲数据。数据传输安全性也应记录在案。

控制器的内部标准应包括应用方面的考虑。例如，应该提供与运动控制器或驱动器的首选连接。应该明确通信偏好以及同时控制多个驱动器的需要。还应定义视觉系统的高速通信方法。同样，通信方法和数据处理需求都应该记录下来。

控制器编程标准是定义的关键内部标准。需求和编程方法，以及示例，应该记录在单独的手册中。如果没有这些类型的标准，每个程序员可能会走他或她自己的路，创建一个无法解释的软件应用程序集合。

传感器和仪器

传感器和仪表标准可以帮助改善机器控制并减少所需的备件(见图4)。例如，通用的内部标准是要求在每个气缸或执行器上提供行程结束传感器。应指定不同传感应用的首选传感器和电缆类型。

定义的主要标准之一是智能传感器和仪器的使用。这些智能现场设备使用数字通信协议与控制器交换数据，有时也与hmi或oit交换数据。该数据是除了被检测的参数之外的数据。智能现场设备比简单的设备更昂贵，所以只有当它们提供的额外数据可以用来改善操作时，才应该使用它们。

与hmi、oit和控制器一样，必须定义可接受的通信协议，以防止不兼容协议的笨拙扩散。

在每台机器上使用不同的传感器供应商或不同类型的传感器对设计、实现或支持都没有效率。因此，一个可接受的传感器和仪器供应商和类型的简短列表应该是任何内部标准的一部分。

无论是HMI、OIT、控制器还是现场设备，尽量减少供应商和通信协议的数量将降低成本、简化培训并提高生产率。从长远来看，为了实现这些好处和提高安全性，花在记录内部标准上的时间是值得的。

比尔•德恩是AutomationDirect的技术营销工程师。在他11年的工程生涯中，他大部分时间都在为石油和天然气、电力和包装处理行业设计和安装工业控制系统。

本文发表在应用自动化补充的控制工程和设备工程。

-参见下文增刊中的其他文章。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。