前言
自动化软件和硬件的进步减少了编程任务，并提供了更多内置的可配置功能、可扩展性、软件组件之间的后台通信、以及仿真和数字双胞胎功能。
今天的自动化硬件和软件，比独立的机器控制更容易集成。只需要提供一种集成的开发和编程环境，就可以一种平易近人的、有凝聚力的方式呈现自己。
选择一种编程语言还不够，这只适用于直接的机器应用程序。现在，机器自动化要求集成更多功能：HTML5人机界面（HMI）、输入/输出（I/O）、顺序逻辑、运动和网络安全、机器人和协作机器人运动学、视觉、安全机器人和运动、状态和能量监测、机器对机器通信。可与多个生产模块和智能跟踪系统、边缘和云通信以及接口的协调。
企业需求的不仅仅是直接控制功能。制造企业越来越需要通过数字双胞胎功能集成报告、数据库管理和机器模拟，以进行初始设计和持续优化。
这些功能需要对自动化软件平台采用全面的、自下而上的方法，该平台可扩展、模块化、有记录、可重复使用，并且基于IEC-3编程语言标准。如今，自动化技术公司可提供全面的功能，包括单轴和多轴运动、计算机数字控制（CNC）、配方和报警功能、用户管理和审计跟踪、行业标准（如OMAC包装工作组的PackML）和网络诊断等。
许多出色的功能，过去仅作为第三方软件提供，但现在已经成为许多软件包的标准功能，并且有助于更改自动化的实施。
动态人机界面
动态HMI内容可以更轻松地显示复杂的制造流程。一种方法是使用窗口小部件，使用户可以将已有的基于XML的可缩放矢量图形（SVG）图像设置动画，或者使用运行数据从2DCAD转换过来。
用户将小部件拖放到HMI应用程序中的目标页面上，并在那里进行配置。在运行时，可以从应用程序控制图像动画。可以将SVG图像旋转、过渡和移动，这节省了创建多个图像序列所需的时间和成本。由于SVG图像基于矢量图形，因此即使放大也能保持高分辨率而不会降低图片的质量。
图1：动态HMI内容（例如可缩放矢量图形）有助于可视化复杂的制造过程。本文图片来源：贝加莱工业自动化
配置的灵活性
通过模块化应用程序，可以在不改动机器代码的情况下，随时将I/O模块添加到现有程序。可以在机器交付之前、甚至在运行时进行，这简化了管理机器和设备变体。可以从企业资源规划（ERP）或订单管理系统生成I/O变体配置。即使添加了第三方驱动器或模块，也不需要工程工具。
可以使用适当的配置工具，直接在机器上配置其它变体和选项。一些开发环境包括一个工具，允许在梯形图逻辑中更改配置，而不影响机器的主要应用程序。无需修改机器原始软件即可进行调试，为最终用户提供所需的灵活性，同时保持原始设备制造商（OEM）解决方案的完整性。
图2：I/O机器变体配置，可以直接从ERP或订单管理系统生成，无需工程工具。
集成视觉
另一个趋势，是将视觉相机集成到机器控制程序中，包括智能相机、照明和先进的图像处理算法。这允许机器视觉和其它自动化组件之间实现微秒级的同步，而这只需要管理一个工程工具和一个应用程序。
PDF报告
控制系统可以内置通信平台，并自动生成PDF报告。报告功能从控制平台提供的任何软件组件收集统计机器数据和信息。可以自定义报表的数据、布局和设计，用户可以定义使用的语言和单位。
报告设计选项可以根据用户的需求自定义报告。报告中可以包含图片和表格等图形化元素。为了防止未经授权的访问，可以对文件进行加密。报告可以在指定时间通过电子邮件自动发送，也可以由特定事件触发。此外，报告可以保存到外部存储介质（如USB闪存驱动器）或直接从机器发送到网络打印机。
图3：内置了通信平台的控制系统，可以自动生成PDF报告。有一些选项可根据不同用户的特定需求自定义报告。
大数据管理
使用数据库集成工具箱可以更轻松地在应用程序中部署数据库。无论该数据库位于现场还是位于云中，都可以将数据从现场层存档到数据库。这简化了大量数据的管理，是工业物联网（IIoT）数据采集和分析要求的关键。
制造设备每天会产生大量数据，这些数据必须可视化、可存档或能够传递给更高级别的系统，以便进行处理生成有用的信息。为控制系统提供数据库接口，可以直接从控制器向数据库发送数据。诸如存储过程之类的通用数据库功能，允许根据需求生成关键性能指标（KPI），从而优化制造过程。
机器仿真与数字双胞胎
自动化编程不再局限于彼此隔离的机器程序。它现在包括集成的生产系统，例如定义了自适应机器的下一代智能跟踪技术。
考虑在轨道系统上，与数十甚至数百个其它航天系统协作，独立控制单个产品移动所带来的自动化软件挑战。每个工作站代表一个机器模块，所有机器控制和辅助功能适用于每个产品、生产模块和整个系统。
内置仿真软件是可视化和优化智能跟踪系统要求的有用工具。它有助于工程设计、缩短新轨道系统的上市时间，并在现有系统上运行新产品。集成仿真软件基于面向过程的编程。
这些仿真工具有助于确保航天飞机不会发生碰撞、超越虚拟障碍或超出配置的速度限制。符合FDA标准的跟踪也可以实施。该软件可以将产品数据与相应的航天飞机相链接，并使制造过程可追溯。
当使用面向过程的编程创建轨道系统应用程序时，软件工程师定义航天飞机在轨道上的行为规则。当航天飞机通过虚拟触发点时，规则被激活。这使得运动序列的实现更有效，并且减少了各航天飞机所需的编程量通过集成的仿真选项，轨道系统开发人员可以运行测试以确定最佳数量和速度，从而最大限度地提高航天飞机的吞吐量。
在仿真和实际工厂中使用相同的系统软件，这样就可以在任何时间在仿真和实际操作之间进行切换。航天飞机如何与机器人等机械元件的相互作用也被可视化。
独立机器操作软件注意事项和工具扩展之间的差距，使得机器自动化程序员要考虑的问题，不再仅仅是选择梯形逻辑与C编程的问题。它是关于选择一个集成的自动化平台，提供可配置的软件套件来管理，而不仅仅是控制机器。
对于系统架构师来说，在一次性机器项目的基础上开发这些功能是令人生畏的，而且实际上是不切实际的。同时，这些新的软件功能对于实现机器联网至关重要，更不用说制造支持IIoT、旨在提供可以支持新数字商业模式的设备。
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本文来自于《控制工程中文版》（CONTROLENGINEERINGChina）年07月刊《技术文章》栏目，原标题为：集成先进功能的控制器编程
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