bulk-engineering

DCS/PLC 自动化批量工程

问题

典型的中型工厂有：200-500 台电机、100-300 个阀门、500-2000 个模拟量回路、200-1000 个离散量 I/O。手动配置每个实例需要 15-60 分钟。批量工程可将数月的工作缩短到数天。

通用流程

[Instrument Index / Motor List / Valve List]  (Excel/CSV input)
        |
        v
[Engineering Database]  (SQLite / structured data)
        |
        v
[Template Library]  +  [Configuration Rules]
        |
        v
[Code Generator]  (Python + Jinja2 / string replacement)
        |
        v
[DCS/PLC Project Files]  (PRT, XML, FHX, etc.)
        |
        v
[Validation]  (cross-reference check, naming, completeness)
        |
        v
[Import to DCS Engineering Tool]

输入文档

文档	内容	用途
仪表索引（I/O 清单）	每个标签、类型、量程、单位、报警、P&ID 参考	创建标签、缩放、报警
电机清单	电机的功率、启动器类型、保护、联锁	生成电机块
阀门清单	阀门的类型、故障位置、执行器	生成阀门块
控制说明	每个单元的控制逻辑说明	实现逻辑
因果矩阵	表格形式的安全/联锁逻辑	生成联锁逻辑

输出工件

1. 控制器程序（功能块实例 + 逻辑 + 参数）
2. I/O 分配（通道到标签的映射）
3. HMI/操作员画面（图形、面板、导航）
4. 报警配置（优先级、限值、死区）
5. 历史数据库标签（趋势定义、存储速率）
6. OPC 服务配置

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ABB Freelance 批量工程（主要目标）

方法 1：PRT 文件模板化（推荐）

1. 为每种类型（电机、阀门、模拟量等）创建一个“黄金”模板 PRT
2. 导出为 .prt 文件
3. 对每个新实例进行编程：
   • 使用 UTF-16 编码读取模板
   • 替换所有标识符（节点名称、MSR 名称、EAM 信号、说明）
   • 更新参数
   • 将校验和设为 0000000000
   • 写入输出 .prt 文件
4. 将每个 .prt 导入 Freelance Engineering Workplace 中的目标项目

模板替换映射（电机）

元素	模板	替换为
节点名称	11301CLWW1A1	{area}{equip}{num}
MSR 主名称	11301.CLWW.1A1	{area}.{prefix}.{num}
MSR 短名称	11301.CW.1A1	{area}.{short}.{num}
图形引用	g11301CLWW1A1	g{area}{equip}{num}
说明	PHO RCK EXTR CNVR-1	{description}
EAM 信号	XA1/XA2/XB1/XL/XS1/XS2 + 节点	相同前缀 + 新节点

方法 2：CSV 完整项目操作

解析完整项目 CSV，添加新部分，然后重新导入。功能更强大，但风险更高。

方法 3：DMF 画面模板化

1. 在 DigiVis 中创建画面模板
2. 导出为 .DMF
3. 对每个新画面：
   • 替换 TXL 文本条目（标签名称、说明、单位）
   • 替换 ODB 变量绑定（DIGI 地址）
   • 更新画面导航引用

主要挑战

1. UTF-16 编码：必须正确读写
2. 内部交叉引用：EAM、MSR、LAD:PARA_REF 必须保持一致
3. 校验和：设为 0，由 Freelance 重新计算
4. 唯一命名：不允许重复
5. 区域映射：标签必须映射到正确的区域代码

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Siemens TIA Portal 批量工程

TIA Openness API (.NET)

using Siemens.Engineering;
using Siemens.Engineering.SW;

TiaPortal tia = new TiaPortal(TiaPortalMode.WithUserInterface);
Project project = tia.Projects.Open(new FileInfo(@"Project.ap17"));
PlcSoftware sw = device.GetService<PlcSoftware>();
sw.BlockGroup.Blocks.Import(new FileInfo(@"MotorFB.xml"), ImportOptions.Override);
PlcTagTable table = sw.TagTableGroup.TagTables.Create("Motors");

SiVArc（HMI 自动生成）

基于规则：定义类似“对于每个 MotL FB，创建一个面板”的规则。读取 PLC 结构，自动生成 WinCC 画面。

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Emerson DeltaV 批量工程

基于类的配置（功能最强大）

定义模块模板（类） -> 实例化多个模块 -> 模板变更会传播到所有实例。

FHX 文件生成

MODULE TEMPLATE "MT_MOTOR_1SPD" /
  MODULE_CLASS = DEVICE /
{
  FUNCTION_BLOCK "DC-1" / DEFINITION = "DC" /
  { ATTRIBUTE MODE_BLK.TARGET = AUTO ; ... }
}

基于文本，可解析，也可用 Python 生成。

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推荐技术栈

组件	技术	用途
语言	Python 3.10+	核心自动化
Excel I/O	openpyxl, pandas	读取输入电子表格
模板	Jinja2 / string.Template	生成输出文件
数据库	SQLite	工程数据库
文件 I/O	codecs (UTF-16)	读写 Freelance 文件
XML	lxml	PLCopen XML、SimaticML
验证	pydantic	数据验证
GUI（可选）	Streamlit / PyQt6	用户界面
VCS	Git	版本控制

Python 模板方法

import codecs
import re
import pandas as pd

# Read motor list
motors = pd.read_excel('motor_list.xlsx')

# Read template
with codecs.open('MOT_template.prt', 'r', 'utf-16') as f:
    template = f.read()

# Generate for each motor
for _, motor in motors.iterrows():
    output = template
    output = output.replace('11301CLWW1A1', motor['node_name'])
    output = output.replace('11301.CLWW.1A1', motor['msr_name'])
    output = output.replace('PHO RCK EXTR CNVR-1', motor['description'])
    # ... more replacements

    # Reset checksum
    output = re.sub(r'\[CHECKSUM\];.*', '[CHECKSUM];0000000000', output)

    with codecs.open(f"{motor['node_name']}.prt", 'w', 'utf-16-le') as f:
        f.write('\ufeff' + output)

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NAMUR NE 148 要求

NAMUR 自动化工程工具标准要求：

1. 单一数据源 - 每台仪表只需定义一次，即可在各处使用
2. 基于模板的工程设计 - 定义一次，实例化多次
3. 批量操作 - 批量创建／修改／删除
4. 一致性检查 - 验证交叉引用
5. 导入／导出 - 集成 Excel 和 P&ID 工具
6. 版本管理 - 跟踪变更
7. 多用户 - 支持并发工程设计
8. 目标独立性 - 为多个 DCS 目标生成配置

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第三方工具

工具	厂商	说明
SmartPlant Instrumentation	AVEVA	集中式仪表数据库，可为所有厂商生成 DCS 配置
COMOS	Siemens	将 P&ID 转换为 PLC 代码，集成 TIA Portal
Engineering Base	AUCOTEC	面向对象，支持多种 DCS 输出
Unity App Generator	Schneider	基于 Excel 生成 Modicon PLC 配置
Ignition	Inductive Automation	基于数据库的 SCADA／HMI，支持 Python 脚本

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以资产为中心与以信号为中心

以信号为中心（传统方式）： 从 I/O 信号入手。AI_Card1_Ch3 -> 创建标签 -> 配置。与硬件相匹配，但与设备脱节。

以资产为中心（现代方式）： 从物理设备入手。泵 P-101A 包括电机、流量、压力、振动和保护。更易于使用模板。符合 ISA-88/95。

方式	ABB Freelance	Siemens PCS 7	Emerson DeltaV
支持情况	中等（MSR 层级）	中等（工厂层级）	强（基于类别）