這是一個(gè)20年前發(fā)生在我身上的故事，這些事情改變了我對(duì)我所從事的PLC自動(dòng)化領(lǐng)域的看法，之后我決定進(jìn)入(當(dāng)時(shí)迅速發(fā)展的)IT網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
我擁有電子工程學(xué)位，并且已經(jīng)做了十多年的網(wǎng)絡(luò)管理員。我原本打算進(jìn)入自動(dòng)化行業(yè)，但20世紀(jì)90年代末的我所遇到的事情改變了我對(duì)這個(gè)行業(yè)的看法。這里提供的信息是為了講述當(dāng)時(shí)發(fā)生的事件，如果你考慮進(jìn)入PLC編程領(lǐng)域，這篇文章所提供的信息可能會(huì)對(duì)你有所幫助。但在此之前請(qǐng)考慮到，經(jīng)濟(jì)環(huán)境會(huì)隨時(shí)間變化，我曾經(jīng)所遇到的問(wèn)題可能并不適用于現(xiàn)如今你在這個(gè)領(lǐng)域的情況。
最初我是在軟件編程行業(yè)開(kāi)始工作的，作為程序員工作了大約一年半。當(dāng)我完成學(xué)業(yè)時(shí)，20世紀(jì)90年代初的經(jīng)濟(jì)衰退終于開(kāi)始消退，我的大多數(shù)前同學(xué)都已經(jīng)找到了工作，我也一樣。我的第一個(gè)雇主提供的條件并不是最好的，但我認(rèn)為在這份工作所獲得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)我未來(lái)就業(yè)非常有利。所以當(dāng)大多數(shù)前同學(xué)在一年內(nèi)都離開(kāi)了這個(gè)條件不是很好的領(lǐng)域，去尋找更好的機(jī)會(huì)時(shí)，我卻認(rèn)為我在PLC自動(dòng)化行業(yè)會(huì)更有發(fā)展，因?yàn)镻LC編程是我在論文中做過(guò)的內(nèi)容，而且我認(rèn)為這會(huì)更容易一些。但事實(shí)證明這是一個(gè)錯(cuò)誤。
我找到了一份新工作，作為PLC程序員。一開(kāi)始，我接觸了兩個(gè)較小的項(xiàng)目，首先是對(duì)一個(gè)新落地的西門(mén)子S7系統(tǒng)進(jìn)行增補(bǔ)，然后是一個(gè)全新的西門(mén)子S5系統(tǒng)。一個(gè)月后，我與一位資深自動(dòng)化工程師一起，在一個(gè)大項(xiàng)目中裝配了一個(gè)S5程序。這個(gè)PLC的說(shuō)明書(shū)是由另一家負(fù)責(zé)實(shí)施物理基礎(chǔ)設(shè)施(管道、裝配、容器)的工程公司通過(guò)分包提供的。我沒(méi)有被告知這個(gè)項(xiàng)目或與這家外部工程公司的任何其他項(xiàng)目的合同細(xì)節(jié)。他們每隔三四天就會(huì)給我們寄來(lái)一大包信封，里面裝滿了紙張，上面寫(xiě)滿了需要控制的條件和執(zhí)行器的狀態(tài)，所有這些都是以有限狀態(tài)機(jī)狀態(tài)的列表形式寫(xiě)下來(lái)的。
PLC程序的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單：它包含十幾個(gè)需要逐步執(zhí)行的順序程序。這些順序程序中，每次只允許執(zhí)行一個(gè)，并且每個(gè)步驟都有自己的步驟編號(hào)。西門(mén)子S5中有一種編程塊，稱為SB(Step Block，或最初稱為Schritt Baustein)，但在這個(gè)項(xiàng)目中并沒(méi)有使用這種編程方式。相反，采用了一種自定義的編程方案，即為每個(gè)步驟都指定了一個(gè)完整的FB(Function Block)。每個(gè)步驟或FB都包含3個(gè)網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用于根據(jù)下一個(gè)步驟的條件將順序程序跳轉(zhuǎn)到下一步，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用于通過(guò)Set-bit將執(zhí)行器設(shè)置為高電平，還有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)用于通過(guò)Reset-bit將執(zhí)行器復(fù)位。一個(gè)小的中央步進(jìn)控制FB用于跳轉(zhuǎn)到正確的步驟，它基本上所做的就是通過(guò)“BMW 200, SPA FB 0”指令，使用加載在ACCU1中的步驟編號(hào)跳轉(zhuǎn)到正確的步驟FB。當(dāng)通過(guò)下一個(gè)步驟的條件請(qǐng)求跳轉(zhuǎn)到下一步時(shí)，當(dāng)前步驟FB中的執(zhí)行器會(huì)使用Reset-bit進(jìn)行復(fù)位，步驟計(jì)數(shù)器會(huì)增加，然后在同一個(gè)PLC掃描周期內(nèi)，下一個(gè)步驟的FB會(huì)被Set-bit調(diào)用，以確保輸出中未更改的值不會(huì)切換其執(zhí)行器。一個(gè)順序程序可能包含10個(gè)步驟(即10個(gè)FB)到20個(gè)步驟(即20個(gè)FB)，大約有15個(gè)順序程序，每個(gè)步驟/FB中大約有70個(gè)執(zhí)行器需要設(shè)置或復(fù)位。對(duì)這些進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，結(jié)果顯示大約有15×15×70
=約16000個(gè)執(zhí)行器需要編程到約220個(gè)FB中。所有步驟切換的條件以及設(shè)置 與/或 復(fù)位執(zhí)行器的條件都提供在成捆的紙張上，這些紙張用訂書(shū)釘裝訂在一起，我必須將這些執(zhí)行器的所有條件列表復(fù)制到FB中。
在編程了2個(gè)月后，我們發(fā)現(xiàn)提供的說(shuō)明書(shū)中存在大量冗余，這些冗余是我們無(wú)法預(yù)見(jiàn)的，因?yàn)槊?到4天才交付一個(gè)順序程序，而且我們花了大約1.5個(gè)月的時(shí)間才推斷出這些冗余在整個(gè)PLC程序中都存在，因此重寫(xiě)將使之前的工作全部無(wú)效。我們?cè)谒胁襟E中都有那些沒(méi)有更新但被重復(fù)的執(zhí)行器。除此之外，實(shí)際上我們還發(fā)現(xiàn)，一個(gè)順序程序中的單個(gè)步驟與另一個(gè)順序程序中的其他步驟非常相似。這些程序只是彼此的變體。所有這些步驟幾乎都是相同的，如果我們事先知道這一點(diǎn)，整個(gè)PLC程序可以實(shí)施得更小。雖然在過(guò)程中我們實(shí)施了一些捷徑，但更多是事后才想到的。
我必須使用實(shí)際的S5 AWL代碼進(jìn)行所有編程。外部項(xiàng)目工程公司已經(jīng)完成了所有步驟的布局以及輸入、輸出和條件的分配決策。我不需要做任何輸入，只是枯燥地復(fù)制了+1000頁(yè)文本上提供的無(wú)數(shù)條件和執(zhí)行器的列表。這項(xiàng)極其無(wú)聊的工作花了3.5到4個(gè)月的時(shí)間才完成，其中包括了SCADA屏幕的開(kāi)發(fā)。
現(xiàn)在，你們中的一些人可能會(huì)想，“誰(shuí)還會(huì)用這種方式工作？為什么外部項(xiàng)目工程公司不雇用自己的PLC工程師？”這個(gè)問(wèn)題我也曾有過(guò)：我唯一能給出的合理解釋是，外部項(xiàng)目工程公司沒(méi)有資源提供公司所需的全天候24×7支持，因此將支持外包給了我們，而且我們必須以一種非常工具化的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這些程序，以便能夠在不考慮實(shí)際程序具體細(xì)節(jié)的情況下進(jìn)行故障排除。這并不是他們告訴我的原因，他們告訴我他們這樣工作的原因是，當(dāng)公司發(fā)出需要工程師的支持請(qǐng)求時(shí)，支持工程師不需要花時(shí)間去理解PLC程序。而在我申請(qǐng)這份工作時(shí)，并沒(méi)有人提前告訴我這種工作方式。
當(dāng)所有編程代碼的輸入完成后，部門(mén)負(fù)責(zé)人和高級(jí)PLC工程師將在工廠現(xiàn)場(chǎng)部署PLC程序。我被指定為一個(gè)規(guī)模較小但類似的安裝項(xiàng)目部署一個(gè)類似的程序，不僅要輸入一個(gè)類似但更短的有限狀態(tài)機(jī)狀態(tài)列表，這次只涉及大約70個(gè)步驟和較少量的執(zhí)行器。我被要求以類似的方式實(shí)施，使用與之前項(xiàng)目中相同的FB。由于程序規(guī)模較小，我在幾周內(nèi)就完成了提供的表格的輸入，并開(kāi)始與外部項(xiàng)目工程公司的一名(女性)工程師在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。
在現(xiàn)場(chǎng)，首先出現(xiàn)了一個(gè)小問(wèn)題，即控制面板使用的通信FB與中央步進(jìn)控制FB內(nèi)部使用的MB發(fā)生了重疊：當(dāng)控制面板啟用時(shí)，程序沒(méi)有按預(yù)期工作。這個(gè)問(wèn)題很簡(jiǎn)單就解決了，只需將步進(jìn)控制FB的MB移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域即可。從MB 250-253區(qū)域移動(dòng)到MB 240-243區(qū)域或類似區(qū)域，功能仍然相同，但我必須更新每個(gè)步驟FB中對(duì)應(yīng)的條件跳轉(zhuǎn)，這花費(fèi)了一些時(shí)間。
然后出現(xiàn)了一個(gè)更嚴(yán)重的問(wèn)題。中央步驟控制FB出現(xiàn)了問(wèn)題：當(dāng)前一個(gè)程序完成后啟動(dòng)一個(gè)新的順序程序時(shí),PLC跳到了前一個(gè)程序的最后一步，而不是新啟動(dòng)程序的第一步。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的中央步驟控制FB不是應(yīng)該沒(méi)有錯(cuò)誤嗎？這讓人很困惑。我生成了整個(gè)PLC程序的交叉引用，開(kāi)始驗(yàn)證中央步驟控制FB的各個(gè)標(biāo)記，以確保沒(méi)有沖突。我調(diào)試了代碼，步驟控制FB的AWL代碼非常不直觀，因?yàn)樗Y(jié)合了字操作、字移位操作、使用掩碼操作的布爾字以及單個(gè)位操作，使其非常緊湊。作為最終測(cè)試，我禁用了除了這個(gè)FB之外的所有程序，結(jié)果證明問(wèn)題確實(shí)是由步驟控制FB本身引起的，而不是由我的某些代碼引起的。然后我打電話給在魯汶的現(xiàn)場(chǎng)高級(jí)工程師解釋了這個(gè)問(wèn)題。他聽(tīng)到這個(gè)問(wèn)題后非常驚訝，并回復(fù)說(shuō)這個(gè)中央控制被廣泛使用，從未遇到過(guò)任何問(wèn)題……
在調(diào)試該模塊時(shí)，我發(fā)現(xiàn)中央步進(jìn)FW的標(biāo)記在程序最后一步結(jié)束后沒(méi)有被重置，導(dǎo)致下一個(gè)程序從最后一步開(kāi)始。為什么呢？我將我的項(xiàng)目與我之前用作參考的項(xiàng)目進(jìn)行了比較，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何錯(cuò)誤，一切都相同。為了繼續(xù)測(cè)試實(shí)現(xiàn)，我不得不在每個(gè)順序程序的中央步進(jìn)控制FB之后采用條件重置。這將允許進(jìn)行測(cè)試，并且在外部項(xiàng)目公司的項(xiàng)目經(jīng)理忙于自己事務(wù)的空檔期，我可以對(duì)中央步驟控制FB的代碼進(jìn)行故障排除。
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作者：Jurgen Kobierczynski
