Interfejs użytkownika UI, interfejsy człowiek-maszyna (MMI, HMI), systemy SCADA

Transkrypt

1 Komputerowe Systemy Sterowania Interfejs użytkownika UI, interfejsy człowiek-maszyna (MMI, HMI), systemy SCADA dr inż. Jarosław Tarnawski,

2 Plan wykładu Definicje UI, MMI, HMI, SCADA, Zadania SCADA Sterowanie nadzorcze Akwizycja danych Prezentowanie danych Archiwizacja Raporty Alarmy Udostępnianie danych Kontrola dostępu

3 Plan wykładu Dostarczanie danych do SCADA Własne wbudowane mechanizmy ODBC/ SQL DDE/NetDDE OPC Bazy danych Programy wspomagające produkcję Udostępnianie w internecie Przegląd dostępnych na rynku rozwiązań

4 Interfejs użytkownika Wymuszony przez projektanta sposób współpracy użytkownika z obiektem np. maszyną, urządzeniem, programem komputerowym systemem składający się ze sposobu prezentowania stanu obiektu oraz metod, sposobów oddziaływania na stan tego obiektu nazywany jest interfejsem użytkownika (ang. User Interface -UI)

5 Realizacja interfejsu użytkownika Zastosowany UI ma wpływ na: możliwości obserwacji stanu obiektu (dokładność, sposób prezentowania danych) możliwości oddziaływania na obiekt (ciągły, dyskretny, ) Łatwość/trudność współpracy, obsługi Komfort, ergonomię pracy Dostępność (specjaliści, masowy dostęp) Czas konieczny na zapoznanie się z obsługą Czas reakcji

6 Przykłady interfejsu użytkownika Termometr (wyjściowe) wysokość słupa rtęci, wyświetlacz cyfrowy Zegarek (we, wy) Wychylenie wskazówki, wyświetlacz cyfrowy Pokrętło, przyciski do wprowadzania czasu Samochód (we, wy) Panel, wyświetlacz z informacją o stanie pojazdu (prędkość, temp silnika, ilość paliwa) Pedały, dźwignia biegów, przyciski System operacyjny (we, wy) Tekstowy DOS, Graficzny Windows Klawiatura, mysz, tablet

7 Przykłady interfejsu użytkownika Telefony komórkowe Sposoby informowania użytkownika Ekran Dźwięk Wibracje Sposoby oddziaływania ze strony użytkownika Klawiatura Joy Sterowanie głosem

8 HMI, MMI Termin UI w odniesieniu do urządzeń, maszyn, komputerów nazywany często jest interfejsem człowiek maszyna HMI (ang. Human Machine Interface) lub MMI (ang. Man Machine Interface) HMI, MMI, UI to warstwa pośrednicząca w komunikacji pomiędzy użytkownikiem (człowiekiem) a pracą samej maszyny, urządzenia

9 Rola HMI w automatyce Automatyka to ogólnie dziedzina, która zajmuje się ograniczaniem udziału człowieka związanymi ze sterowaniem różnymi obiektami Po co zatem interfejs użytkownika w zastosowaniach automatyki?

10 Rola HMI w automatyce Prezentowanie stanu zmiennych stanu, wielkości wyjściowych Nadzór nad prowadzeniem procesu w sposób automatyczny Informacja o awarii urządzeń Informacja o zakłóceniach Wprowadzanie wartości zadanych

11 Realizacja HMI diody, wskaźniki wychylne, wyświetlacze, panele sterujące, operatorskie tablice synoptyczne rejestratory itd. programowe aplikacje wizualizacyjne prezentujące stan obiektu w postaci graficznej dobranej przez projektanta

12 SCADA SCADA (ang. Supervisory Control and Data Aquisition) czyli system sterowania nadzorczego i akwizycji danych Zadania Zbieranie (akwizycja) danych procesowych Realizacja warstwy sterowania nadrzędnego Realizacja HMI Archiwizacja danych System alarmów Raportowanie Udostępnianie danych Kontrola dostępu

13 Sterowanie warstwowe SCADA PLC

14

15 Wymiana danych ze SCADA Własne wbudowane mechanizmy Standardy DDE / NetDDE (Dynamic Data Exchange) OPC (OLE for Process Control) ODBC / SQL (Open DataBase Conectivity) Przeważnie korzysta się z serwera danych (zewnętrznej aplikacji) wymieniającej dane ze SCADA

16 Aplikacje SCADA InTouch Wonderware ifix GE Fanuc (dawniej Intellution) Wizcon Supervisor - Wizcon Systems WinCC Siemens CitectSCADA - Citect Lookout National Instruments Asix ASKOM (PL)

17 Cechy aplikacji SCADA Wymagania sprzętowe Czy jest przyjazny dla użytkownika Sposób tworzenia wykresów Interfejs graficzny Sposób tworzenia animacji Praca w sieci i wersja językowa Sposób komunikacji z urządzeniami automatyki Sposób tworzenia zmiennych i raportów Zawartość bibliotek gotowych elementów Sposób dołączania sterowników

18 Stacja operatorska Urządzenie umożliwiające operatorowi systemu śledzenie procesu technologicznego oraz wpływanie na jego przebieg (stacja operatorska nazywana jest czasami stacją wizualizacyjną) Przeznaczenie Ma umożliwić operatorowi kontakt z systemem automatyki zainstalowanym na obiekcie Rola Powinna realizować zadania określone skrótowo jako MMI i SCADA

19 Funkcje stacji operatorskiej Nadzór nad procesem Sterowanie przebiegiem procesu (automatycznie lub przez operatora) Wizualizacja zautomatyzowanego procesu technologicznego (przemysłowego) Możliwość wymiany danych z: zakładowym systemem informatycznym arkuszami kalkulacyjnymi bazami danych

20 Miejsce stacji operatorskiej w systemie automatyki Przeznaczenie, rola, funkcje i zadania stacji operatorskiej Budowa (skład) stacji operatorskiej sprzęt (hardware) (komputer, drukarka, zasilacz awaryjny UPS, sieć/modem/radiomodem, stacja archiwizacji danych, panele operatorskie, tablice synoptyczne) oprogramowanie (software) systemowe narzędziowe użytkowe (aplikacyjne)

21 Cechy systemu wizualizacji otwarty elastyczny sieciowy zlokalizowany skalowalny (możliwość łatwej rozbudowy) uaktualniany

22 Komunikację ze sprzętem automatyki (np. ze sterownikami PLC) oraz pewną i niezawodną pracę Wizualizację procesu w czasie rzeczywistym (graficzne przedstawienie przebiegu procesu) Ingerencję w ten proces przez uprawnione osoby Wszechstronną analizę wybranych parametrów procesu Archiwizację danych i prezentację danych bieżących (trendy) oraz raportowanie (dzienne i okresowe) Generowanie komunikatów informacyjnych, ostrzegawczych i alarmowych Wymianę danych z innymi aplikacjami (np. arkuszami kalkulacyjnymi i bazami danych) Skalowalność (tzn. możliwość rozbudowy) systemu sterowania Zadania systemu wizualizacji Zainstalowany na obiekcie system wizualizacji, sterowania i nadzoru nad przebiegiem procesu technologicznego powinien zapewniać:

23 Wonderware InTouch Tryb pracy Projektowanie (development) Tryb pracy Wykonywanie (runtime) Wiele opcji animacyjnych i graficznego prezentowania stanu procesu System alarmowania Trendy historyczne i bieżące Archiwizacja Wymiana danych SQL, OPC, DDE

24 Oprogramowanie towarzyszące InTouch InSQL przemysłowa baza danych InTrack, InBatch wspomaganie produkcji ActiveFactory wspomaganie raportowania SCADA Portal ekrany InToucha jako strony WWW QI Analyst analiza statystyczna

25 Okno dominujące (popup) jest podobne do okna przykrywającego, ale zawsze pozostaje na wierzchu wszystkich otwartych okien, nawet jeżeli zostanie wybrane inne okno. Usunięcie okna dominującego zwykle wymaga specjalnego polecenia ze strony użytkownika (np. potwierdzenia alarmu) Typy okien (InTouch) Okno podmieniajace (replace) zastępuje każde okno, którego dotyka pojawiając się na ekranie. Każde dotknięte okno zostaje usunięte automatycznie z ekranu, a związane z nim zmienne nie są więcej aktualizowane Okno przykrywające (overlay) jest otwierane na aktualnie otwartym oknie (oknach), z wyjątkiem okien dominujących (popup). Gdy okno przykrywające zostaje zamknięte, okno (okna) które były nim zasłonięte pojawiają się ponownie

26 Licencjonowanie Prezentacja zmiennej procesowej, wartości zadanej, progów alarmów itd. wymaga zmiennych przechowujących stan danej wielkości Aplikacje SCADA licencjonowane są w oparciu o liczbę zmiennych Asix 32 zmnienne 1100PLN * IFIX standard HMI Pack 75 zmiennych 2100PLN netto * Zasady licencjonowania Pakiety ifix Standard HMI Pack dostępne są w wersjach na 75, 150, 300, 900 oraz nieograniczoną (unlimited) liczbę zmiennych. Przy wyznaczaniu liczby wykorzystywanych przez program zmiennych brane są tylko pod uwagę tzw. zmienne zewnętrzne, czyli te, które mają możliwość wymiany danych ze sterownikiem. Korzystny system licencjonowania zapewnia pełną ochronę inwestycji. Zwiększenie liczby zmiennych lub rozszerzenie funkcjonalności o dodatkowe opcje wiąże się tylko z koniecznością dopłaty różnicy ceny produktów. * dane ze stron WWW producentów

27 Urządzenia mogące pełnić rolę HMI (w oparciu o aplikacje wizualizacyjne) Komputery stacjonarne Komputery przenośne Palmtopty (tzw. thin clients) Telefony komórkowe Programowo realizowane przesyłanie danych np. zdalny pulpit, strony WWW bądź specjalizowane aplikacje

28 Projektowanie HMI Oszacowanie liczby zmiennych Dobranie odpowiedniego pakietu Wybranie prezentowanych wielkości oraz przyporządkowanie ich do poszczególnych ekranów Zasady dostępu i uprawnienia Tryb alarmowania i raportowania Sposoby prezentowania danych (animacja, wartość chwilowa, trend)

29 Projektowanie HMI Grupowanie: zbieranie informacji o podobnej treści na jednym ekranie Użyteczność i ważność: podanie najistotniejszych informacji i dostęp do głównych/najczęsciej używanych wielkości w jednym miejscu Spójność interfejsu Kolor, wielkość, położenie informacji na ekranie Umiar zbyt duża liczba szczegółów powoduje nieczytelność

30 Projektowanie HMI Iteracyjność Wrażenia wizualne są subiektywne! Uzgodnienia/odbiory częściowe Schematy kolorów interfejsu