2 na stronę - Stefan Brock

Wizualizacja - cele
wykresy
animowane ekrany
raporty
alarmy z instrukcjami
ich usuwania
zanalizowane dane
zmiany nastaw
korekty pracy systemu
usuwanie awarii
Struktura systemu wizualizacji
• czesć sprzetowa: komputery PC, sterowniki
PLC, panele operatorskie oraz aparatura
pomiarowa i sieciowa.
• czesć programowa: srodowisko systemu
operacyjnego, oprogramowanie
narzedziowe do tworzenia aplikacji typu
MMI (Man - Machine - Interface) lub
SCADA (Supervisory Control and Data
Acquisition), programy komunikacyjne.
1
SCADA
Jest to oprogramowanie
wykorzystywane do zbierania danych
ze sterowanego procesu i przesyłające
je do centralnego komputera, w którym
są wykorzystywane do zarządzania i
sterowania.
Podstawowe funkcje
oprogramowania SCADA
• wizualizacja pracy procesu na obrazie
synoptycznym,
• wybór i zadawanie parametrów
technologicznych,
• sterowanie automatyczne,
• zdalne sterowanie węzłami
technologicznymi,
• alarmowanie o awariach i przekroczeniach
parametrów technologicznych.
2
System sterowania, zarządzania i archiwizacji danych SCADA
Podstawowe wymagania stawiane
systemom wizualizacji
• obiektowe, zintegrowane środowisko informatyczne, otwarte
na współpracę z róŜnymi systemami i aplikacjamią,
• obsługa urządzeń pomiarowo – kontrolnych z róŜnymi
protokołami komunikacyjnymi i monitoring komunikacji,
• skalowalność tj. moŜliwość rozbudowy sprzętowej i
programowej bez konieczności dokonywania istotnych zmian
w istniejącej strukturze urządzeń i programu,
• moŜliwość rejestracji, archiwizowania i raportowania,
• łączność z bazami danych z moŜliwością dynamicznych
zmian konfiguracji (on line),
• ochrona przed nieuprawnionym dostepem oraz moŜliwość
nadawania uprawnien na róŜnych poziomach.
3
Rozpowszechnione programy do
tworzenia systemów wizualizacji
•
•
•
•
•
•
FixDynamics firmy Intellution
Wizcon firmy PC Soft International Ltd
Genie firmy Advantech
InTouch firmy Wonderware
Asix firmy Askom
LabVIEW firmy National instruments
InTouch – co to jest?
• pakiet do wizualizacji procesów
przemysłowych,
• elastyczne narzędzie do:
–
–
–
–
graficznego odwzorowania procesu
zbierania danych z procesu
alarmowania
sterowania
4
InTouch
Charakterystyczne cechy
•
•
•
•
•
•
Graficzne tworzenie aplikacji
Monitorowanie awarii urządzenia
Korzystanie ze zmiennych zdalnych
Archiwizacja danych
MoŜliwość budowy aplikacji sieciowych
Szybka komunikacja ze sprzętem PLC
Graficzne tworzenie aplikacji
– obiektowa grafika,
– wiele rodzajów połączeń animacyjnych,
– Gotowe obiekty graficzne dla przemysłu
- przełączniki, lampki, regulatory i t.p.,
– generator nowych inteligentnych
obiektów,
– moŜliwość wykorzystania wielu
gotowych elementów (kontener ActiveX).
5
Monitorowanie awarii
urządzenia
– alarmy ze względu na wartość zmiennej, jej
odchylenie od wartości zadanej lub szybkość
zmian,
– zbieranie danych o alarmach na dysk lub
drukowanie,
– potwierdzanie alarmów,
– animacja obiektów w zaleŜności od warunków
obiektowych,
– zestawienia aktywnych alarmów i historii.
Korzystanie ze zmiennych
zdalnych
• MoŜna korzystać z oddalonych źródeł
danych bez konieczności tworzenia
zmiennych lokalnych.
• Zmienne zdalne mogą być powiązane z
większością źródeł Wejścia/Wyjścia (za
pomocą protokołu DDE lub SuiteLink)
6
Archiwizacja danych
– logowanie zmian wartości zmiennych,
– wykresy przedstawiające dane
historyczne i bieŜące zmiany,
– 16 pisaków na jednym wykresie,
– wykres wtopiony w ekrany animacyjne,
– eksport danych do baz danych i Excela.
Szybka komunikacja ze
sprzętem PLC
• ponad 600 programów komunikacyjnych (w
tym Siemens, Modicon, GE Fanuc, Allen
Bradley),
• moŜliwość stworzenia własnego drivera,
• otwarte protokoły komunikacyjne:
SuiteLink, DDE, fastDDE, NetDDE,
• moŜliwość połączenia InTouch’a z innymi
programami Windows.
7
DDE - Dynamiczna wymiana danych
(Dynamic Data Exchange - Microsoft)
• Protokół przesyłania danych między
współbieŜnie pracującymi aplikacjami
klient – serwer.
• Aplikacja serwera udostępnia dane i
przyjmuje Ŝądania przesyłania danych,
wysyłane przez inne aplikacje.
• Aplikacje wysyłające Ŝądania nazywane są
klientami.
Protokoły: FastDDE, NetDDE
• FastDDE umoŜliwia
upakowanie wielu
komunikatów w
pojedynczy komunikat
DDE. Upakowanie
zwiększa efektywność
oraz szybkość
komunikacji.
• NetDDE pozwala na
komunikowanie się za
pomocą sieci
lokalnych i złączy
szeregowych.
8
Protokół Wonderware SuiteLink
• zaprojektowany do zastosowań przemysłowych
dla przesyłania cyklicznie duŜych ilości danych,
• oparty o TCP/IP ,
• działa w systemie operacyjnym Windows NT,
• kompatybilny z OPC,
• z wbudowanymi mechanizmami kontroli
wydajności (Win NT monitor wydajności).
Klient-serwer
Jest to architektura systemu komputerowego, która
umoŜliwia korzystanie z serwerów baz danych lub
aplikacji.
• Zadania serwera:
– jest przechowywanie danych,
– przyjmowanie zgłoszeń
– świadczenie usług na rzecz klientów,
• Klient: zgłaszają się do serwera z konkretnymi
zapytaniami i oczekują odpowiedzi.
• Zalety architektury klient - serwer:
– jest to, Ŝe przez sieć przesyłane są tylko odpowiedzi na
konkretne pytania, a nie całe pliki lub aplikacje.
9
Mechanizm komunikacji
InTouch’a ze sterownikami
IT
PC
Excel
SuiteLink
GEF
SuiteLink
sieć
GEF
Siemens
GE Fanuc
PC
PC
IT
Siemens
ABB
ABB
Mechanizm współpracy InTouch’a ze
sterownikiem S7 i wymiana danych z
obiektem
Poziom 1
Poziom 2
InTouch
PC
DDE
Kep
Server
Obiekt
Kanał
komunikacyjny
Sterownik
S7-200
10
Współpraca InTouch’a ze
sterownikiem S7:
• Poziom 1: sterowanie obiektem (procesem)
w czasie rzeczywistym, zbieranie danych.
• Poziom 2: wizualizacja procesu –
komunikacja sterownika z programem
wizualizacyjnym za pośrednictwem drivera
komunikacyjnego KepServer.
Lista zmiennych
• Jest to baza danych zawierająca bieŜące
wartości wszystkich zmiennych
wykorzystywanych przez aplikację.
• KaŜda zmienna musi mieć
przyporządkowaną nazwę i typ.
• Dopuszczalna liczba zmiennych zaleŜy od
wersji oprogramowania (wersja pełna: do
61405 zmiennych).
11
Typy zmiennych
•
•
InTouch umoŜliwia wykorzystanie dwóch
typów zmiennych:
Zmienne własne typu pamięciowego –
wykorzystywane wewnątrz aplikacji
InTouch.
Zmienne globalne typu I/O – wymieniane
z innymi aplikacjami.
Zmienne typu pamięciowego
• Memory Discrete - Wewnętrzna zmienna
dyskretna o wartości 0 (False, Off) lub 1 (True,
On).
• Memory Integer
32 bitowa zmienna całkowita ze znakiem.
• Memory Real
Zmienna typu rzeczywistego o wartościach z
zakresu +/–3.4*1038.
• Memory Message
Zmienna tekstowa o długości do 131 znaków.
12
Zmienne typu I/O
• Obsługują wymianę danych (odczyt i zapis) ze
sterownikami PLC, komputerami sterującymi
procesami oraz stacjami sieciowymi.
• Wykorzystują protokół DDE lub Wonderware
SuiteLink.
• KaŜda zmiana wartości zmiennej I/O powoduje
natychmiastową aktualizację tej zmiennej w
aplikacjach w których jest ona wykorzystywana.
Rodzaje zmiennych I/O
• I/O Discrete - Wewnętrzna zmienna dyskretna o
wartości 0 (False, Off) lub 1 (True, On).
• I/O Integer
32 bitowa zmienna całkowita ze znakiem.
• I/O Real - Zmienna typu rzeczywistego o
wartościach z zakresu +/–3,4*1038
13
Konwencja adresowania w
DDE
Dane w programie komunikacyjnym
identyfikowane są poprzez podanie nazwy,
składającej się z trzech składników:
• nazwy aplikacji,
• nazwy tematu,
• nazwy elementu.
InTouch łączy nazwę aplikacji i tematu w
jedną całość – nazwę dostępu.
• W celu uzyskania danych z innej aplikacji
program klienta otwiera kanał
komunikacyjny do programu servera.
• Aby InTouch mógł odczytać dane z innej
aplikacji musi znać nazwę aplikacji
dostarczającej dane, nazwę tematu
wewnątrz aplikacji oraz nazwę elementu w
obrębie tematu. Dodatkowo naleŜy określić
typ danych: dyskretne, całkowite,
rzeczywiste lub tekstowe.
14
Nazwy dostępu w InTouch’u
• Dla zmiennych typu I/O naleŜy określić
nazwę dostępu.
• Nazwa dostępu zawiera informacje
wykorzystywane do komunikowania się z
innym źródłem danych We/Wy.
Konfiguracja komunikacji
pomiędzy InTouch’em a PLC
InTouch komunikuje się ze sterownikami PLC za
pośrednictwem programów komunikacyjnych.
Program komunikacyjny automatycznie obsługuje
wymianę informacji do i z PLC. NaleŜy
skonfigurować:
• komunikację pomiędzy programem
komunikacyjnym a PLC
• Komunikację pomiędzy programem
komunikacyjnym a InTouch’em.
15
Monitorowanie statusu
wymiany danych
Za pośrednictwem programu
komunikacyjnego moŜna nadzorować stan
komunikacji:
• Programu komunikacyjnego ze
sterownikiem PLC
• InTouch’a z programem komunikacyjnym
Połączenia animacyjne
Zdefiniowanie połączeń animacyjnych
umoŜliwia zmianę wyglądu (barwa,
przesuwanie, migotanie, dźwięki ..) obiektu
lub symbolu graficznego, w celu
zobrazowania zmian wartości zmiennej.
Np. pompa moŜe mieć kolor czerwony gdy
jest wyłączona, a zielony podczas pracy.
16
Rodzaje połączeń
animacyjnych
W InTouch’u dostępne są dwa rodzaje
połączeń:
• połączenia dotykowe – pozwalają
uŜytkownikowi wprowadzać dane do
systemu (przyciski, suwaki,..),
• połączenia wyświetlające – przedstawiają
informacje wyjściowe systemu (kolor
wypełnienia, migotanie obiektu,..).
Skrypty
• Dają moŜliwość wykonywania poleceń oraz
operacji logicznych w zaleŜności od
spełnienia określonych kryteriów.
• UmoŜliwiają utworzenie szeregu
zautomatyzowanych funkcji systemowych
• Są sterowane zdarzeniami.
• Język skryptowy wzorowany jest na Visual
Basic.
17
Struktura sys. ster. i wiz.kotlowni w fabryce
AMICA Wronki S.A. (1/3)
Wizualizacja pracy kotla (2/3)
18
(3/3)
System automatyki kotlowni zbudowano
bazujac na sterownikach Simatic S7-300
firmy Siemens. Do wizualizacji pracy
kotlowni zostal wykorzystany program
InTouch 7.0 pracujacy na komputerze
PC z zainstalowanym systemem
Windows NT 4.0.
System sterowania w Zakładach
Azotowych Kędzierzyn (1/4)
Instalacje kwasu azotowego wyposazono w
komputerowy system sterowania i pomiarów
oparty o sterowniki GE Fanuc i InTouch.
Proces wytwarzania kwasu azotowego na tej
instalacji polega na utlenianiu mieszaniny
amoniakalno - powietrznej w obecnosci katalizatora
platynowego,w celu otrzymania tlenków azotu, które
nastepnie sa wymywane woda w kolumnie
absorbcyjnej dajac w efekcie okolo 60 procentowy
kwas azotowy. Kwas ten jest nastepnie uzyty na
kolejnych instalacjach do produkcji nawozów
azotowych.
19
(2/4)
Charakterystyka systemu:
–komunikacja z siecią 10 sterowników
GE Fanuc, po dwóch niezaleŜnych
kanałach transmisyjnych: GENIUS i
ETHERNT
–3 stanowiska InTouch’a monitorują i
sterują kolumną do wytwarzania kwasu
azotowego.
(3/4)
System realizuje m.in.:
•Wizualizację procesu,
•Uklady regulacji (stalowartosciowe, stosunku,
kaskadowe),
•Sterowania cyfrowe (pompy, wentylatory,
zawory),
•Programy blokad,
•Obliczenia,
•Sumowanie czasu pracy urzadzen
technologicznych.
..
20
Ekran synoptyczny instalacji kwasu
azotowego (4/4)
Wizualizacja w hotelu (1/2)
21
(2/2)
•Stanowisko komputerowe znajduje
sie w recepcji
•Tablice synoptyczne pozwalaja na
przegladanie temperatur w kazdym
pomieszczeniu.
•Istnieje mozliwosc ustawienia
wartości zadanej temperatury, z
poziomu kaŜdego pomieszczenia.
Wizualizacja procesu w
reaktorze chemicznym
22
Ekran systemu sterowania
wytlaczarką (1/4)
(2/4)
Wytlaczarka do PVC sterowana jest
sterownikiem GE Fanuc z jednostka
centralna CPU 331 oraz komputerem
przemyslowym, w którym zastosowano
oprogramowanie wizualizacyjne InTouch.
23
(3/4)
System posiada:
• 80 wejsc cyfrowych,
• 48 wyjsc cyfrowych,
• 4 wejscia analogowe obslugujace, dzieki
zastosowaniu 4 krotnej multipleksacji,
pomiary 16 wielkosci
• 4 wyjscia analogowe
(4/4)
Komputer obsluguje komunikacje z operatorem :
•umoŜliwia zalaczanie i wylaczanie urządzen
linii wytlaczarkowej,
•umoŜliwia wprowadzanie wartosci zadanych i
odczyt wartosci rzeczywistych,
•rejestruje w cyklu 1 i 8 godzinnym wybrane
parametry procesu,
rejestruje stany awaryjne i zaklócenia,
•umoŜliwia korzystanie z recept produkcyjnych.
24
System z redundancją
• Dwa sterowniki i dwie stacje
operatorskie;
• Oba sterowniki wykonują ten
sam program;
• Tylko jeden oddziałuje na
moduły wyjściowe;
• Po kaŜdym przebiegu programu
następuje synchronizacja
danych - rejestry ze sterownika
aktywnego są przepisywane do
zapasowego;
• Sterownik zapasowy jest stale
gotowy do przejęcia sterowania.
25