Sterowniki Programowalne (SP) Wykład #5 Interfejs użytkownika UI, interfejsy człowiek-maszyna (MMI, HMI), systemy SCADA WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI KATEDRA INŻYNIERII SYSTEMÓW STEROWANIA Jarosław Tarnawski Październik 2016
Plan wykładu Definicje UI, MMI, HMI, SCADA, Zadania SCADA Sterowanie nadzorcze Akwizycja danych Prezentowanie danych Archiwizacja Raporty Alarmy Udostępnianie danych Kontrola dostępu
Plan wykładu cd. Dostarczanie danych do SCADA Własne wbudowane mechanizmy ODBC/ SQL DDE/NetDDE OPC Bazy danych Programy wspomagające produkcję Udostępnianie okien i danych w Internecie Przegląd dostępnych na rynku rozwiązań
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)
Interfejs 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
Przykłady UI 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
Przykłady UI Telefony komórkowe Sposoby informowania użytkownika Ekran Dźwięk Wibracje Sposoby oddziaływania ze strony użytkownika Klawiatura Joystick Gesty (rozpoznawane przez akcelerometry) Siła nacisku Sterowanie głosem Odcisk palca Skaner tęczówki oka
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
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
Rola człowieka w systemie sterowania Automatyka to ogólnie dziedzina, która zajmuje się ograniczaniem udziału człowieka związanymi ze sterowaniem różnymi obiektami Po co zatem interfejs użytkownika w zastosowaniach automatyki?
Realizacje HMI Klasyczne: diody, wskaźniki wychylne, wyświetlacze, panele sterujące, operatorskie tablice synoptyczne rejestratory itd. Współczesne: programowe aplikacje wizualizacyjne prezentujące stan obiektu w postaci graficznej dobranej przez projektanta
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
Zadania systemu SCADA Zadania systemu SCADA: - realizacja sterowania nadzorczego rozumiana jako wprowadzenie człowieka jako elementu nadzoru nad zautomatyzowanym procesem sterowania realizowanym przez PLC możliwość wprowadzania programów w formie skryptów realizujących zdania nadzoru nad procesem i pracą PLC pośrednictwo i koordynacja w warstwowym systemie sterowania złożonym z PLC/SCADA i warstwami optymalizacji i zarządzania - zbieranie, przetwarzanie, archiwizacja danych pochodzących z PLC - raportowanie tj. tworzenie cyklicznych podsumowań - realizacja interfejsu użytkownika, wizualizacja komputerowa stanu procesu, alarmy, zdarzenia, kontrola dostępu, autoryzacja, zabezpieczenia, udostępnianie danych przez OPC, SQL/ODBC, WWW
Zadania systemu SCADA SCADA to nie wyłącznie aplikacja wizualizacyjna Moduł wizualizacji jest jedną ze składowych systemu SCADA
Model warstwowego komputerowego systemu sterowania SCADA PLC
Realizacje HMI
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
Wybrane aplikacje SCADA InTouch Wonderware ifix GE Fanuc (dawniej Intellution) Wizcon Supervisor - Wizcon Systems WinCC Siemens CitectSCADA - Citect Lookout National Instruments Asix ASKOM (PL) Ale również open source -> http://openscada.org/
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
Stacja operatorska Definicja 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
Stacja operatorska 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
Stacja operatorska 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)
Cechy SCADA otwarty elastyczny sieciowy zlokalizowany skalowalny (możliwość łatwej rozbudowy) uaktualniany
Cechy SCADA Zainstalowany na obiekcie system wizualizacji, sterowania i nadzoru nad przebiegiem procesu technologicznego powinien zapewniać: 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
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
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 Archestra! To jej obecnie towarzyszy InTouch
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 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)
Licencjonowanie SCADA Prezentacja zmiennej procesowej, wartości zadanej, progów alarmów itd. wymaga zmiennych przechowujących stan danej wielkości Aplikacje SCADA licencjonowane są w oparciu o liczbę zmiennych Powiększenie liczby zmiennych spowodowane np. rozwojem aplikacji nie wymaga zmiany oprogramowania tylko licencji. Otrzymujemy to samo oprogramowanie do różnej skali zastosowań różniące się wielkością licencji.
Urządzenia HMI Komputery stacjonarne Komputery przenośne Grupa tzw. cienkich klientów (ang. thin clients) Tablety Palmtopty Telefony komórkowe Programowo realizowane przesyłanie danych np. zdalny pulpit, strony WWW bądź specjalizowane aplikacje
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)
Projektowanie HMI Stacja operatorska jest wizytówką systemu Wrażenia wizualne są subiektywne! Iteracyjność w realizacji Uzgodnienia/odbiory częściowe Schematy kolorów interfejsu Zasadniczo podobne zasady jak przy projektowaniu stron WWW