在很多應用領域，制造企業和工廠需要一套內部標準，用于指導其自動化系統的硬件和軟件的最佳實踐。這些標準有助于確保軟硬件的一致性和安全性，同時為新項目提供了清晰的指導方針。這些內部標準不但要符合行業規定，而且還會更加具體，對于工廠和車間來說更易于實施和操作。
圖1：HMI面對各式各樣的圖形化用戶界面應用都應該很容易配置、安裝和維護。圖片來源：AutomationDirect
這些標準應該覆蓋4個關鍵區域：
（1）安全、電氣以及液壓。
（2）人機界面（HMI）和操作員接口終端（OIT）。
（3）控制器和輸入/輸出（I/O）系統。
（4）傳感器和儀表。
安全、電氣和液壓
很多國家和國際機構都明確規定了安全、電氣和液壓標準。內部標準應該包括一個適用的國家和國際標準的列表，同時提供關于如何嚴格遵守這些標準的指導原則。
內部標準應該要求遵守所有適用的地方和國家規范，應該列出這些規范并具體說明。這些規范規定了機器和設備的安裝和運行，根據區域不同而有所不同，而且經常隨著時間的變化而變化。工廠人員要負責確定應該遵循哪些規范，并且要驗證設備、安裝和運行是否符合這些規范的最新版本。
在美國，內部標準必須要遵循NFPA 70-2017的所有適用部分：國家電氣規范（NEC）、國家防火協會（NFPA）、以及國家電氣制造業協會（NEMA）。其他國際規范也可能適用，特別是對于將要運輸到海外的那些OEM制造商生產的機器。
NFPA 79-2018: 用于工業機械的電氣標準是很好的保護操作員、機械以及設施免于電氣和火災危險的規范。監管機構或政府部門可能會提供額外的要求。這些機構可以幫助確定確定哪些規范和標準對于機器的安全安裝和運行是必要的。
如果沒有遵循適用的規范和標準，那么對人員或機器造成的嚴重損害就可能會發生。如果發生任何事故，從法律角度來講不遵守國家規范和標準都可能會增加需要承擔的責任。
內部標準必須參考適用的標準，而且內部人員和外部人員都要了解這些信息，例如工程師、機器制造商、以及系統集成商。這些標準也可以成為新項目驗收標準的功能性基礎，以確保正確的產品設計、安裝和運行。
列出并遵循適用的規范和標準是朝著確保工廠車間實現一致的、可支持的自動化邁出的第一步。為了確保可以按照最佳實踐去做，內部標準必須要涵蓋HMI、控制器和現場設備。
HMI和OIT
對HMI和OIT的規格要求應該從運行條件（請見圖1和2）開始。例如，要求的運行溫度高達122華氏度以及將NEMA 12作為保護的最低等級在大多數的工廠車間里都運行得很好。
圖2：小型操作員接口終端（OIT）提供的功能比HMI少，不過更加經濟且更加緊湊。
一家企業內部的HMI和OIT規格要求通常會列出用戶可接受的一系列指定供應商的產品。嚴格按照該產品列表執行能保證不同應用之間的一致性、簡化設計、執行和運行。
應該清楚定義特定HMI和OIT的使用場合。一個微型觸摸文本面板OIT可以為小的機器提供經濟有效的圖形和操作員互動，不過并不適合用于中大型機器、或者生產線。如果要在圖形化顯示設備上顯示一臺自動化設備的每個按鈕、開關、儀表和外圍設備，顯示屏的大小就是個問題了。因此，內部標準應該清楚地說明屏幕尺寸的要求，同時針對每個應用類型定義合適的屏幕數量的范圍。
畫面設計標準應該仔細定義。通用總畫面、手動功能、數據以及默認畫面（包括前后一致的導覽按鈕）應該與實際的應用案例一起進行記錄在案。顏色的使用和顯示功能也應該被記錄在案。強化這個標準，因此可以在所有的機器和設備上使用，會降低培訓要求、簡化操作、而且縮短故障診斷時間。
在設計規格書中應該包括特定的HMI和OIT編程軟件，同時包括一個流程確保每個人都使用正確的軟件以及正確的版本。
HMI和OIT連接到控制器、工廠網絡以及可能的云。內部標準應該定義可接受的硬件連接和通訊協議。通用的硬件連接包括以太網、RS-232C/422/485串行、以及USB。有超過10種不同的工業以太網協議可以使用，這些協議的量已經大到很不實用了，所以內部標準應該定義盡量少種類的可使用協議。對于串口協議來說也是一樣的。
將可接受的以太網協議限制在幾個常用的選項之內，例如Ethernet/IP和Modbus TCP，可以簡化連接，不過可能也需要例外。有一個例子是在需要特定機器的時候，需要通過在內部標準里沒有定義的協議進行通訊。
可以通過協議轉換來處理這些例外情況。根據需要轉換的特定協議的不同，轉換過程通常可以在基于PC的HMI上完成。使用這些功能來制定HMI軟件在設計上是很好的做法。
要仔細考慮和定義遠程訪問策略。有一些HMI允許遠程用戶使用電腦、平板電腦、智能手機以及筆記本電腦來連接、監控以及控制HMI。如果這樣的訪問得到許可，必須定義一個被授權的用戶名單，包括每個人的訪問水平信息。為了提供所需要的網絡安全等級，也應該仔細定義登陸過程、多水平訪問控制以及程序通知標簽。
控制器和I/O
對于工廠自動化來說有三種主要的控制器類型：可編程邏輯控制器（PLC）、可編程自動化控制器（PAC）以及工業PC。在某些場合下，可以指定單個供應商和類型，但是通常需要一些靈活性。控制器的功能也在整合過程中，因此對于許多工廠和設施來說，指定來自于一個供應商的某個控制器系列也可以滿足大多數應用的需求（請見圖3）。
圖3：先進的可編程控制器具有多種構成形式，可在相同的控制器系列中提供了基于機架的、微小模塊化的或者堆疊式的硬件。
每一種控制器都有很多不同的I/O可以選用。有一些I/O要求添加一個標準，包括可接受的離散電壓水平、模擬量信號水平、以及特殊的模塊。對于離散信號來說，一種很好的標準是為輸入和輸出都采用24伏直流或120伏交流。也應該指定模擬量信號水平的標準，例如4-20毫安。例如電阻式溫度檢測器（RTD）、熱電偶以及稱重模塊等特殊模塊也應該包括在標準之內。
應該對通訊協議及其標準進行記錄，以便用于與控制器使用。協議的首選項通常是由所選的控制器來決定的。不管選擇了哪種控制器，提供幾個通訊接口都是很好的做法。對于實現工業物聯網（IIoT）和智能制造來說，通訊協議的選擇也是非常重要的。
與HMI和OIT一樣，支持以太網通信使遠程訪問控制器成為可能，因此需要在內部標準中定義規則。例如，不應該允許使用默認的互聯網協議（IP）地址或默認的網關，而應該更改這個出廠設置。內部標準應該將Web服務器的功能限制在只讀，而且要仔細定義遠程監控應用、賬戶名以及密碼。
定義遠程訪問策略和執行是至關重要的。要求只能通過HMI來對控制器進行遠程訪問，一般來說可以提供更高的安全性靈活水平以及數據訪問，也應該在內部標準內進行考慮和定義。
控制器數據記錄巡檢功能是另一個需要內部標準化的領域。對標簽數值定義周期性的或基于事件的數據記錄巡檢可以為設備綜合效率（OEE）和生產信息提供重要的歷史記錄，而且它還可以為上層系統提供數據緩沖。數據傳輸安全也應該被記錄。
對于控制器的內部標準還應該包括對應用的考慮。例如，應該提供以運動控制器或傳動設備優先的連接。應該清楚定義通訊的優先級以及同時控制多個傳動設備的需求。與視覺系統的高速通訊方式也應該定義好。此外，通訊方式和數據處理的需求也應該被記錄。
控制器編程標準是至關重要的需要定義的內部標準。應該在一個單獨的手冊中記錄要求和編程方式，以及例子。如果沒有這些類型的標準，每個編程人員可能會按照他個人的方式，創造出各種難以辨識的軟件應用程序。
傳感器和儀表
傳感器和儀表的標準有助于改善機器控制并減少所需的備件（請見圖4）。例如，一種常見的內部標準是要求在每個液壓缸或執行機構的行程末端提供一個傳感器。對于不同的傳感應用來說，首選的傳感器和電纜類型應該詳細說明。
圖4：將傳感器類型限制在幾個標準類型內會簡化維護工作，并降低對庫存的要求。
一個需要定義的重要標準是智能傳感器和儀表的使用標準。這些智能現場設備使用數字化通訊協議來與控制器，有時候也與HMI或OIT進行數據交換。智能現場設備比那些更簡單的同類產品更昂貴，所以只有當它們提供的額外數據可以用于生產運行的改進才會使用它們。
在每臺機器上安裝來自不同傳感器供應商或傳感器類型的產品，對于企業在設計、實施或維護方面都不夠高效。因此，包含傳感器、儀表供應商和類型在內的可接受的短名單應該是任何內部標準的一部分。
不管是HMI、OIT、控制器、還是現場設備，最大限度地減少供應商和通信協議的數量都將有助于企業降低成本、簡化培訓并提高生產力。從長遠來看，花費在記錄內部標準上的時間，對于實現這些好處并且改善安全性來說都是非常值得的。
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