Информация HMI на базе операторских панелей (человеко-машинный интерфейс)
HMI на базе операторских панелей (человеко-машинный интерфейс)
HMI на базе операторских панелей
В большинстве случаев рабочие станции устанавливаются централизовано в диспетчерском центре (операторной), охватывающем одну технологическую установку, производственный участок, а иногда и целый завод.
Однако зачастую требуется предусмотреть пункты локального управления по месту. Такой подход дает возможность персоналу, работающему в непосредственной близости к технологическому оборудованию, осуществлять эффективный мониторинг тех. процесса и локальное управление. И действительно, проходя мимо шкафа ввода/вывода, специалист-технолог, скорее всего, захотел бы взглянуть на показания датчиков и при необходимости внести некоторые корректировки (например, поменять температурную уставку). Не бегать же каждый раз в центральную диспетчерскую!
Элегантным и современным решением, пришедшим на смену устаревшим кнопочным пультам управления, является использование операторских панелей локального мониторинга и управления (operator panels).
Операторская панель представляет собой компактную вычислительную машину со встроенным жидкокристаллическим дисплеем. Для реализации функций управления панели снабжаются блоками кнопочного управления и/или сенсорными экранами (touch screens).
Типовая панель предоставляет пользователю следующий функционал:
1. Визуализация параметров технологического процесса в текстовом или графическом режимах;
2. Управление и обработка аварийных сообщений, регистрация времени и даты возникновения аварийных сообщений;
3. Ручное управление с помощью функциональных кнопок или сенсорного экрана;
4. Возможность свободного программирования графики и настройки функциональных клавиш;
5. Построение диаграмм и трендов, отображение сводных отчетов.
В графическом режиме визуализация процесса происходит с помощью интерактивных мнемосхем, очень похожих на те, что рассматривались в предыдущей статье, только более компактных (связано с ограниченным разрешением экрана). В текстовом режиме процесс отображается в виде строк или, в лучшем случае, в виде специальных таблиц. Очевидно, что текстовый формат представления данных не достаточно нагляден и информативен, поэтому текстовые панели используются все реже и реже.
Аппаратная архитектура панели устроена по подобию обычных персональных компьютеров, только вместо жесткого диска используется Flash-память. Типовая панель состоит из следующих аппаратных компонентов: 32-разрядный RISC-процессор; оперативная память SDRAM небольшого объема; встроенная Flash-EEPROM память для хранения ОС и накопления пользовательских данных; различные слоты расширения и интерфейсы для подключения программатора и/или сети передачи данных.
Можно выделить следующие важные характеристики панелей оператора:
1. Тип и размер экрана. Экран может быть разного разрешения, начиная от миниатюрного 128x128 и кончая внушительным 1024x768 (последнее сопоставимо с офисными ПК). Экран может быт как монохромным, так и цветным, причем количество отображаемых цветов может варьироваться от 16 до 16 млн. Конечно, все эти параметры влияют на удобство восприятия информации.
2. Организация управления. Тут вариантов отнюдь не много: или с помощью прозрачного сенсорного экрана, наклеиваемого на ЖК-экран, или с помощью функциональных кнопок и манипуляторов, расположенных на фронтальной стороне. Возможен и комбинированный вариант.
3. Количество поддерживаемых сетевых протоколов. Современные панели имеют встроенную поддержку сразу нескольких коммуникационных протоколов, например, Profibus DP и Industrial Ethernet. Причем на шинах передачи данных панели могут выступать и в качестве мастера, и в качестве слейва.
4. Степень защиты. Для фронтальной части – это, как правило, IP65, для остальной части корпуса – IP20. Наибольшее значение имеет степень защиты именно фронтальной части, что связанно с особенностью монтажа.
5. Быстродействие процессора и объем встроенной Flash-памяти. Эти характеристики определяют максимальный объем прикладной программы визуализации, а также комплексность схем отображения. Функциональные возможности панели косвенно зависят от этой характеристики.
На рисунке 1 представлена панель оператора MP370-12 Keys производства Siemens, обладающая следующими характеристиками:
Экран (управление): LCD 800x600 / 256 цветов + мембранная клавиатура;
Процессор: RISC частотой 250 МГц;
ОС: Windows CE;
Пользовательская flash-память: 12 Мб;
Интерфейсы: RS-232/422/485, MPI, Profibus DP до 12Мбит/с, Ethernet 10/100 Мбит/с;
Слоты: карты Compact Flash;
Защита: по фронту IP65, остальная часть IP20.
Рис. 1. Панель оператора MP370-12 Keys производства Siemens.
На рисунке 2 изображены панели E1100 (слева) и E300 (справа) производства Mitsubishi. Технические характеристики E1100:
Экран (управление): LCD 800x600 / 65536 цветов + touchscreen;
Процессор: RISC Intel XScale, 400 МГц;
OC: Windows CE.NET;
Flash-память: Intel Strata 32 Мб;
RAM: 64 Мб;
Интерфейсы: RS-232, RS-422/485 , Ethernet 10/100 Мбит/c, Modbus RTU, Profibus DP (опционально);
Слоты: Compact Flash;
Защита: по фронту IP66, остальная часть IP20.
Рис. 2. Операторские панели E1100 (слева) и E300 (справа) производства Mitsubishi.
Как монтируются панели? Наиболее часто применяются следующие варианты монтажа операторских панелей:
1. Установка целиком внутри шкафа с прозрачными дверьми;
2. Врезка в дверь шкафа так, чтобы снаружи находилась только фронтальная часть панели (остальная часть корпуса находится внутри шкафа).
На рисунке 3 изображены шкафы ввода/вывода, установленные на молочном комбинате. Обратите внимание, каждый второй шкаф снабжен панелью оператора, вмонтированной в переднюю дверь.
Рис. 3. Шкафы ввода/вывода с вмонтированными операторскими панелями.
Как подключаются операторские панели? Возможности по интеграции операторской панели в систему управления зависят от поддерживаемых сетевых протоколов и наличия соответствующих коммуникационных интерфейсов. Большинство панелей на подобие тех, что показаны на фотографиях, поддерживают, по меньшей мере, два сетевых протокола: один служит для подключения панели к полевой шине (Profibus, Modbus, A-bus, Interbus и т.д.), другой – для интеграции в сеть верхнего уровня (Industrial Ethernet). Подключенная к шине панель может выступать и как master, и как slave. На рисунке 4 показана одна и возможных схем подключения панели; на практике этот вариант используется наиболее часто.
Рис. 4. Схема подключения операторской панели к АСУ ТП.
Как программируются панели? Для возможности программирования панель подключают к персональному компьютеру или программатору. Чаще всего подключение осуществляется по интерфейсу RS-232 через обычные COM-порты. На компьютере инсталлируется специальный программный пакет для конфигурирования HMI (например, для панели MP370-12 это пакет WinCC Flexible). После того, как разработка HMI закончена, сконфигурированный проект загружается с компьютера в панель оператора, и на ней можно начинать работать. Стоит отметить, что программное обеспечение для конфигурирования панелей поставляется, как правило, отдельно и стоит немалых денег. В этом нет ничего удивительного, так как данное ПО представляет собой полноценную среду разработки SCADA, подобную тем, что применяются для конфигурирования HMI на рабочих станциях оператора, только адаптированную под несколько другую аппаратную платформу.
Существует очень элегантное техническое решение, объединяющее функционал панели оператора и возможности промышленного контроллера в одном устройстве. Такие многофункциональные устройства часто называют графическими супервизорами (visual supervisors).
На рисунке 5 представлен модельный ряд супервизоров серии Eycon компании Eurotherm. Что примечательно, эти графические устройства, по сути, являются полноценными промышленными контроллерами, которые, помимо типового функционала операторской панели, могут выполнять непрерывное, последовательное и рецептурное регулирование. Графические супервизоры часто устанавливаются на фармацевтических и пищевых производствах.
Рис. 5. Графические супервизоры Eycon производства Eurotherm.
Казанцев Андрей
