POWRÓT

SEMESTR V

Tradycyjne i nowoczesne praktyki tworzenia systemów obrazowania informacji z wykorzystaniem wizualizacji.


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Przemysłowe systemy wizyjne
Panele HMI
Różnice pomiędzy HMI a SCADA


 

Przemysłowe systemy wizyjne

     
   

   Wizualizacja z funkcjami w zakresie sterowania procesem stanowi punkt połączenia operatora i systemów automatyki. Stąd też ważna jest nie tylko intuicyjna obsługa systemu, ale również wsparcie przy rozwiązaniu problemów, jakie mogą wystąpić w trakcie realizacji procesu. Dane muszą być gromadzone oraz analizowane pod kątem wielu kryteriów i trendów. Do obsługi procesów służą również panele operatorskie HMI. W przemyśle zastosowanie znajduje kilka typów wizualizacji. Na przykład bazując na ofercie firmy Astor, w przypadku prezentowania niewielkiej liczby
podstawowych parametrów pracy maszyn i urządzeń oraz stanu realizacji procesu, zastosować można panel operatorski HMI. W panelu ważne jest predefiniowane oprogramowanie wizualizacyjne. Tym sposobem zyskuje się ekonomiczną prezentację danych, ale przy ograniczonym zakresie i możliwościach funkcjonalnych. Innym sposobem prezentacji danych jest aplikacja wizualizacyjna bazująca na dedykowanym środowisku wizualizacyjnym klasy HMI.

   Niezależnie od warstwy sprzętowej można tworzyć znacznie bardziej rozbudowane oraz zaawansowane graficznie i funkcjonalnie interfejsy wizualizacyjne na ekranie panelu operatorskiego. W trzecim rozwiązaniu wykorzystywane są funkcjonalne narzędzia przeznaczone do tworzenia systemów SCADA. Niejednokrotnie uwzględnia się przy tym wieloserwerowe, rozproszone aplikacje, których ekrany wizualizacyjne stanowią wyłącznie część funkcjonalności.

Można wyróżnić trzy główne rodzaje systemów wizualizacji w przemyśle.

Pierwszym jest prezentacja niewielkiej ilości podstawowych parametrów pracy urządzenia lub systemu z wykorzystaniem panelu operatorskiego HMIPanel operatorski z predefiniowanym oprogramowaniem wizualizacyjnym pozwala na ekonomiczną prezentację danych operatorowi kosztem ograniczonego zakresu i możliwości funkcjonalnych. Rosnącą popularność w ostatnich latach w zakresie urządzeń HMI można zaobserwować na przykładzie paneli operatorskich Astraada HMI lub GE Intelligent Platforms.
Drugim sposobem prezentacji danych z procesu lub produkcji, jest stworzenie aplikacji wizualizacyjnej w oparciu o dedykowane środowisko wizualizacyjne klasy HMI - przykładem takiej wizualizacji jest oprogramowanie Wonderware InTouch, które będąc niezależne od warstwy sprzętowej pozwala na tworzenie już znacznie bardziej rozbudowanych i zaawansowanych graficznie i funkcjonalnie ekranów wizualizacyjnych w porównaniu do ekranów na panelu operatorskim.
Trzecim jest wykorzystanie wysoce wydajnych i bardzo zaawansowanych funkcjonalnie narzędzi do tworzenia systemów SCADA – często wieloserwerowych, rozproszonych geograficznie aplikacji, których ekrany wizualizacyjne są jedynie częścią funkcjonalności. Przykładem takiego oprogramowania jest Platforma Systemowa Wonderware oferująca unikalne podejście do tworzenia systemów SCADA w oparciu o modelowanie obiektowe.

    Rozważając wybór technologii do wizualizacji danych należy w pierwszej kolejności zastanowić się, czy efektem pożądanym przez użytkownika powinien być prosty system HMI (Human Machine Interface) czy rozbudowany i rozwojowy system SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). W przypadku opcji pierwszej, kolejnym krokiem jest oszacowanie ilości zmiennych, które będą wizualizowane oraz określenie, na ile zaawansowana ma być wizualizacja. W zależności od wyniku tej oceny oraz weryfikacji dostępnych interfejsów komunikacyjnych w urządzeniach będących źródłem danych, można rozważyć zarówno opcję panelu operatorskiego, jak i bardziej zaawansowanego oprogramowania HMI. Należy jednak mieć na uwadze, że te 2 technologie różnią się od siebie znacząco. W przypadku potrzeby stworzenia systemu SCADA, jedyną słuszną drogą jest wybór dedykowanego do tego celu oprogramowania.
   Panele operatorskie HMI (Human Machine Interface) wykorzystywane są do wizualizacji i zadawania parametrów pracy obiektów i maszyn oraz do udostępniania informacji procesowych do nadrzędnych systemów informatycznych. Stanowią interfejs pomiędzy operatorem a maszyną oraz wspierają użytkownika podnosząc intuicyjność obsługi instalacji. Panele HMI ułatwiają integrację wszystkich urządzeń pracujących na instalacji w jeden spójny system oraz oferują zaawansowane funkcje, np. logowanie danych i zdarzeń, monitoring kluczowych parametrów, alarmowanie, obsługa skryptów, receptury, aplikacje wielojęzyczne, zabezpieczenia.
   Współcześnie produkowane panele operatorskie są często wyposażane w ekran dotykowy (ang. touchpanels) i oprogramowanie, które umożliwia im przejmowanie zadań komputerów przemysłowych[1]. Takie panele służą nie tylko do bieżącej wizualizacji procesów, ale także udostępniają coraz bardziej złożone funkcje ułatwiające pracę operatorom, jak raportowanie, generowanie trendów, rejestracja danych do systemów MES, komunikacja z innymi urządzeniami. Możliwe jest także podłączenie do nich różnych innych urządzeń, jak sterowniki PLC, moduły komunikacyjne, drukarki.



Panel operatorski z rodziny ESAWARE firmy ESA

Do góry


 

Panele HMI

     
   

   Panele sterownicze HMI (ang. Human – Maschine Interface) pojawiły się wraz z pierwszymi maszynami. Początkowo stanowiły nieskomplikowane elementy służące do komunikowania się człowieka z maszyną, takie jak np. przyciski do sterownia , pokrętła do regulacji, czy liczniki do odczytu danych z urządzeń. Obecnie dzięki rozwojowi komputeryzacji, panele HMI nierzadko przejmują zadania komputerów przemysłowych. Nowoczesne panele mogą być sterowane zdalnie, wyposażone są także w oprogramowanie oraz ekrany dotykowe, co znacznie ułatwia wymianę informacji na poziomie człowiek-maszyna. Oprócz komunikacji ze serwonapędami, zasilaczami czy urządzeniami peryferyjnymi. Panele sterownicze znajdują zatem szerokie zastosowanie, zarówno w urządzeniach spotykanych na co dzień, przykładem może być wielofunkcyjna kierownica lub pokrętło nawigacyjne w samochodzie, jak i skomplikowanych instalacjach przemysłowych.

Wyposażenie paneli HMI

   W zależności od przeznaczenia jak i stopnia zautomatyzowania danego urządzenia lub instalacji przemysłowej, stosowane są różne modele paneli sterowniczych. Mogą zawierać klawiaturę membranową lub/i kombinację różnych przełączników, przycisków, liczników czy pokręteł. Jedną z głównych zalet współczesnych paneli HMI jest wyposażenie ich w wyświetlacze. Oprócz wyświetlaczy LCD stosowane są coraz częściej, popularne w dzisiejszych czasach, ekrany dotykowe (ang. touchscreens). Ekrany dotykowe umożliwiają zmniejszenie gabarytów paneli, następuje to dzięki przeniesieniu funkcji niektórych przycisków lub pokręteł bezpośrednio na ekran, gdzie sterowanie odbywa się za pomocą dotyku.
   Drugą ważną cechą paneli HMI jest wyposażenie ich w porty komunikacji. Poza portami szeregowymi, takimi jak RS232,422,485 służącymi do szeregowej transmisji danych, a także używanymi do programowania sterowników, stosowane są również złącza USB. Pozwalające one na wymianę danych między innymi z urządzeniami peryferyjnymi. Często panele HMI wyposażone są również w złącze Ethernet oraz Wi-Fi.
   Trzecią cechą jest oprogramowanie, które często przejmuje zadania komputerów przemysłowych. Tworzenie unikatowych i elastycznie rozszerzanych aplikacji umożliwia stworzenie oprogramowania według potrzeb, tzn. może zostać skonfigurowane zarówno do zarządzania prostymi maszynami lub procesami, jak i może zostać rozbudowane i przedstawiać zaawansowaną wizualizacji procesu, zorientowaną na konkretną maszynę. Nowoczesne panele HMI pozwalają na połączenie się z innymi urządzeniami np. sterownikami PLC, a także dają możliwość zbierania danych w czasie rzeczywistym - bezpośrednio ze stanowisk produkcyjnych - i następnie przysyłania tych danych do systemu MES. Mogą także wchodzić w skład systemu SCADA.



Schemat integracji PLC i SCADA poprzez bazę SQL (pozyskano ze strony http://iconics.elmark.com.pl/index.php/2019/07/10/integracja-systemow-sterowania-plc-i-wizualizacji-scada/)

   Jeszcze do niedawna panele HMI służyły do bezpośredniej komunikacji pomiędzy maszyną a operatorem, który to musiał znajdować się blisko tej maszyny. Obecnie dzięki wyposażeniu w gniazda Ethernet, łącza Wi-Fi, a także pojawieniu się paneli mobilnych, istnieje możliwość zdalnej komunikacji. Wiele współczesnych procesów wymaga komunikacji na odległość.
Poza tym, panel HMI powinien charakteryzować się:

  • łatwością obsługi (intuicyjność obsługi),
  • realizacją zadań w odpowiedniej kolejności,
  • dobrą rozdzielczością ekranu,
  • ograniczoną do niezbędnego minimum ilością wyświetlanych informacji,
  • kontekstualizacją, polegającą na udostępnianiu i ukrywaniu/blokowaniu niektórych funkcji obsługowych, to znaczy powinno występować pogrupowanie wyświetlanych informacji. Niektóre okna dialogowe są przeznaczone dla operatorów maszyn, z kolei inne zawierają opcje przydatne np. dla serwisantów maszyn,
  • pogrupowaniem przycisków,
  • żywotnością (tyle samo co maszyna),
  • odpornością na zanieczyszczenia takie jak olej, wilgoć, pyły,
  • odpornością na wysokie temperatury,
  • odpornością na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie promieni słonecznych,
  • możliwością pracy w miejscach zagrożonych wybuchem lub w miejscach narażonych na działanie pól magnetycznych.

Do góry

 

Różnice pomiędzy HMI a SCADA

     
   

System SCADA (ang. Supervisory Control And Data Acquisition) jest bardziej rozbudowany i posiada obszerniejszą wizualizacje procesu w porównaniu do paneli HMI. Wyposażony jest dodatkowo w komputer PC, zawierający odpowiedni program. Komputer ten pełni funkcje priorytetową, tzn. jest jednostką nadrzędną nad wieloma sterownikami PLC i innymi urządzeniami sterującymi, występującymi w danej instalacji. Sterowanie oraz monitorowanie procesu odbywa za pomocą programu, zainstalowanego na komputerze PC. Alarmy również podawane są w czasie rzeczywistym, pozwala to na szybkie zareagowanie na błędy występujące podczas procesu produkcyjnego.

   Panel HMI z reguły stosowany jest do komunikacji z pojedynczymi urządzeniami i mniejszymi liniami technologicznych. System SCADA zbiera natomiast dane ze wszystkich urządzeń wyposażonych w sterowniki PLC i inne urządzenia sterujące, i wizualizuje te dane w jednym miejscu tworząc całość, czyli zbiór wszystkich dostępnych danych. Oznacza to możliwość komunikacji z każdym urządzeniem z jednego stanowiska pracy, wyposażonego w system SCADA. Systemy SCADA są stosowane do bardziej rozbudowanych i zaawansowanych instalacji, pozwalają na korzystanie z wielu baz danych. Jego możliwości rozbudowy są praktycznie nieograniczone.
Można przyjąć, że panele HMI służą do:

  • obsługi i monitorowania procesu technologicznego pojedynczych urządzeń (OMS - Operating and Monitoring System)
  • oceny danych procesowych danej instalacji lub urządzenia dla celów zarządzania i optymalizacji (IMS - Information Management System lub PIMS - Process Information Management System)

Systemy SCADA służą przede wszystkim:

  • do zbierania wszystkich danych w jednym miejscu, w celu np. dalszej analizy funkcjonowania poszczególnych instalacji i urządzeń
  • do planowania oraz konfiguracji parametrów zadanych.
  • do kontroli utrzymania instalacji przemysłowych oraz sprawowania nadzoru nad całym procesem,
  • do szybkiej diagnostyki, dzięki ułatwieniu zlokalizowania usterek i wykonania ich naprawy z jednego miejsca

Do góry


 

 (C) 2011 - 2020 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved