scada - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

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