Оператору для решения задач возрастающей сложности требуется все больше информации. При этом огромную роль начинают играть системы (устройства) организации человеко-машинного интерфейса (HMI). В первую очередь устройства HMI предназначены для взаимодействия с оператором, однако в настоящее время они все шире принимают на себя функции и устройств обработки информации с повышенными коммуникационными возможностями.
Главная особенность современных средств HMI является их интеллектуализация – они становятся равноправными элементами распределенных систем управления. В их состав включается процессор, который выполняет свою программу работы. Таким образом, устройство HMI превращается в специализированный контроллер, основной функцией которого является получение от человека и выдача человеку управляющей информации с помощью встроенных кнопок, индикаторов и т. п. Общение с другими элементами распределенной системы осуществляется современными устройствами HMI по цифровой сети. Широкий выпуск устройств HMI и их унификация обеспечивают минимальные сроки разработки систем управления, простоту их модернизации.
В данном разделе будут продемонстрированы основные направления создания устройств HMI, их типы. Представленный материал ни коей мере не будет претендовать на полноту рассмотрения этой области, т.к. количество производителей таких устройств и следовательно их типо-номиналов очень велико.
В простейшем случае, для того чтобы контроллер превратился в систему управления подвластную оператору, необходимы кнопки управления.
Для таких случаев фирма Siemens выпускает кнопочные панели трех типов: SIMATIC РР7, РР17-I, РР17-II. Общий вид панелей показан на рис. 2.39.
Р и с. 2.39 Общий вид панелей SIMATIC РР7, РР17-I, РР17-I фирмы Siemens.
Перечислим основные свойства этих кнопочных панелей:
· управляется с помощью меню параметризации через задний дисплей с мини клавиатурой;
· цветные режимы для светодиодов;
· встроенный режим мигания, 0,5Гц и 2Гц для всех дополнительных выходов;
· кнопки и цифровые выходы могут быть также параметризованы индивидуально, как переключатели;
· все параметры сохраняются на заменяемой карте памяти;
· простота эксплуатации;
· благодаря одинаковому дизайну могут быть соединены в единое целое.
Для тех случаев когда функции человеко-машинного интерфейса сводятся к необходимости нескольких кнопок управления и небольшого текстового дисплея фирма Siemens выпускает текстовые панели оператора ОР3/ОР7/ОР17.
Функции промышленного применения этих панелей:
1. визуализация значений машинных данных;
2. управление и обработка сообщений, регистрация времени и даты генерации сообщений;
3. функции программных клавиш;
4. линейные преобразования;
5. функции программатора.
Панель ОР3 (рис.2.40) разработана для самых простых приложений. Возможно использование этой панели в качестве переносного устройства визуализации и контроля.
Рис. 2.40 Панель оператора ОР3.
Панель ОР7 (рис. 2.41) компактное устройство с большим количеством разнообразных функций.
Рис. 2.41. Панель оператора ОР7
Панель ОР17 (рис. 2.42) самое мощное устройство в семействе текстовых панелей оператора Siemens.
Рис. 2.42. Панель оператора ОР17
Изделия такого класса выпускают многие компании. Например фирмы VIPA выпускает операторные панели TD 03 и OP 03
Вид операторной панели TD 03 показан на рис. 2.43 Она имеет ЖК-дисплей 2х20 символов, MPI-интерфейс. Конфигурирование панели осуществляется с помощью программного пакета TD-Wizard VIPA
Рис. 2.43. Панель оператора TD-03 VIPA
Операторная панель OP 03 (рис. 2.44) имеетЖК-дисплей 2х20 символов, 256 Кбайт памяти пользователя, MPI-интерфейс. Конфигурирование осуществляется с помощью OP Manager VIPA или ProToolSiemens
Рис. 2.44. Панель оператора OP-03 VIPA
Компания Siemens выпуская и ПЛК и операторные панели, не могла не создать устройство, объединяющее их в единый конструктив. Устройства семейства SIMATIC C7 являются функционально законченными устройствами, объединяющими в одном блоке программируемый логический контроллер SIMATIC S7-300 и панель оператора. Фронтальная панель блоков имеет степень защиты IP65. Для увеличения количества обслуживаемых входов и выходов могут быть использованы модули контроллера SIMATIC S7-300.
Объединение в одном блоке функций программируемого контроллера и панели оператора позволяет создавать компактные законченные системы управления, требующие для своей установки минимальных объемов, и отличающиеся высокой рентабельностью.
Рассмотрим лишь два примера из устройств семейства SIMATIC C7.
В состав SIMATIC С7-634/Р (рис. 2.45) входит:
· центральный процессор с объемом памяти 48 Кбайт;
· панель оператора SIMATIC ОР17;
· встроенный интерфейсный модуль IM360 для расширения системы ввода/вывода модулями SIMATIC S7-300;
· МРI интерфейс;
· интерфейс для подключения принтера;
· буферная батарея для сохранения данных;
· 16 входов для ввода и 16 выходов для вывода дискретных сигналов напряжением 24В;
· 4 входа для ввода и 4 выхода для вывода аналоговых сигналов;
· 4 универсальных входа;
· карта 5Кбайт Flash-EEPROM для энергонезависимого хранения программ и данных.
Р и с. 2.45. Система SIMATIC С7-634/Р
Система SIMATIC C7-626 используется для решения сложных задач автоматического управления, требующих использование графических возможностей человеко-машинного интерфейса (рис. 2.46). Система выпускается в следующих модификациях: С7-626, С7-626/Р, С7-626DP, C7-626/P DP.
В состав SIMATIC С7-634/Р входит:
· центральный процессор с объемом памяти 96 Кбайт;
· панель оператора SIMATIC ОР25;
· встроенный интерфейс ведущего/ведомого устройства PROFIBUS-DP
· МРI интерфейс
· встроенный интерфейсный модуль IM 360 для расширения системы ввода/вывода модулями SIMATIC S7-300;
· интерфейс для подключения принтера;
· буферная батарея для сохранения данных;
· 16 входов для ввода и 16 выходов для вывода дискретных сигналов напряжением 24В;
· 4 входа для ввода и 4 выхода для вывода аналоговых сигналов;
· 4 универсальных входа;
· возможность подключения одного модуля ввода/вывода С7;
· наличие встроенного интерфейса PROFIBUS-DP, позволяющего использовать в системе ввода/вывода широкий спектр компонентов распределенной периферии SIMATIC DP.
Р и с. 2.46. Система SIMATIC С7-626
Siemens выпускает различные графические панели оператора. Например панели оператора ОР27/ОР37 (рис. 2.47) позволяют создавать графические изображения управляемых установок или станков и в режиме реального времени отображать протекающие в них процессы и управлять ими. Машинные данные могут представляться на этих устройствах визуализации и обслуживания в виде гистограмм и графических объектов, меняющих свой вид в зависимости от состояния переменных программы управления.
Они имеют следующие функции промышленного применения:
1. управление рецептурами;
2. отображение статуса управляемой установки;
3. резервное копирование и восстановление данных проекта/рецептур;
4. интегрированный порт подключения принтера;
5. функции программатора.
Р и с. 2.47. Панели оператора ОР27/ОР37 Siemens
Удобны в работе сенсорные панели Siemens ТР27/ТР37 (рис. 2.48). Они позволяют управлять процессами прямо с экрана. Простые, само-поясняющиеся графические кнопки упрощают управление и помогают избежать ошибок.
Основные свойства эти панелей:
1. быстродействующие графические способности;
2. высококонтрастный TFT и STN дисплей обеспечивающий прекрасную читаемость;
3. ССFL панель с подсветкой с временем жизни превышающим 25000 часов;
4. модули СРI и клавиш прямого управления;
5. сенсорные кнопки для фиксированного текста, текстовых списков, графики, графических списков.
Р и с. 2.48. Панели оператора ТР27/ТР37 Siemens
В данной книге неоднократно приводились примеры продукции фирмы OMRON. Среди ее элементов организации человеко-машинного интерфейса можно выделить терминалы серии NS (рис. 2.49). Серия NS компании Omron поддерживает такие функциональные возможности, как мощная встроенная функция обработки данных и удобный интуитивно понятный программируемый интерфейс, что позволяет создавать сложные операторские интерфейсы, которые раньше создавались только с помощью мощного персонального компьютера.
Они используются в качестве панелей оператора для эффективного контроля и управления технологическим оборудованием в режиме реального времени. Позволяют отображать информацию, как в графическом, так и в символьном виде, а также вводить требуемые данные, обеспечивают высокую вычислительную мощность и расширенные функции передачи данных.
Конструкция и электрические параметры программируемых терминалов OMRON обеспечивают их продолжительную работу в суровых промышленных условиях. Терминалы, предназначеные для панельного монтажа или монтажа в стойку, имеют степень защиты лицевой панели IP65.
В серии NS представлены терминалы с диагональю 7, 10 и 12 дюймов. Жидкокристаллические мониторы на 32000 цветов имеют высокую яркость и широкий угол обзора. Шрифты в формате Unicode обеспечивают удобную многоязычную поддержку и отображение различных шрифтов на одной экранной странице. Предусмотрено управление анимацией, автоматической передачей данных и другими процессами с помощью макропрограмм.
Пользовательские программы и рабочие данные можно передать на персональный компьютер по сети или с помощью карт памяти. Объем встроенной памяти протоколов 1:N, NT-Link N:N и FINS составляет 4 Мбайт и может быть увеличен с помощью набора микросхем или карты памяти.
Р и с. 2.49. Терминалы серии NS фирмы OMRON
В качестве еще одного примера рассмотрим операторные панели серии Touch 500 компании IPC DAS (рис. 2.50).
Устройства серии Touch 500 представляют собой классическую панель оператора с сенсорным экраном. Имея небольшие габариты и массу, они прекрасно вписываются в большинство пультов управления и шкафов, а такие возможности как защита IP-65 по передней панели позволяют использовать их в местах, где возможно попадание воды, а также значительно облегчают уход за панелями.
Компания ICP DAS выпускает панели с диагоналями экранов 5,7 и 10,4 дюйма, которые могут быть монохромными, цветными STN или TFT, иметь поддержку Ethernet и позволять подключать принтер непосредственно к панели. Все панели серии Touch 500 могут работать с контроллерами различных производителей, таких как Siemens, Allen Bradley, Mitsubishi Electric, Omron, Yokogawa Electric, Sharp, Fuji. Также панели могут быть интегрированы в сеть Modbus RTU и RS-485 с протоколом ASCII, и таким образом взаимодействовать с контроллерами и периферийными устройствами этих сетей.
Связь с контроллером или управляющим компьютером осуществляется по интерфейсу RS-485 или RS-232, программирование же осуществляется только по RS-232 при помощи удобного программного пакета Easy Builder.
Панели операторы Touch 500 обладают высокой виброустойчивостью, выдерживая виброускорения до 2g в диапазоне от 10 до 25Гц, имеют твердость экрана 4H, защиту по передней панели IP-65, и рабочий диапазон температур от 0 до 45 oС.
Р и с. 2.50. Операторные панели серии Touch 500 компании IPC DAS
SCADA-СИСТЕМЫ
Программное обеспечение становится всё более сложным и дорогостоящим. Логика развития современной области разработки прикладного программного обеспечении для систем управления требует использования всё более развитых инструментальных средств. Особенно это очевидно при разработке сложных многокомпонентных продуктов, поддерживающих различные уровни АСУ.
Программируемые средства автоматизации должны, конечно, в первую очередь выполнять свои основные задачи по управлению технологическим процессом. Однако, их успешное применение совсем не исключает из процессов управления и контроля человека. Более того, часто эффективность работы системы напрямую зависит от того насколько своевременно, наглядно, удобно технические средства предоставляют оператору нужную информацию и обеспечивают доступ к элементам управления.
Для решения этих задач появились программные пакеты для создания интерфейса человек-машина (Man Machine Interface, MMI) и программного обеспечения операторных станций АСУ ТП (Supervisor Control And Data Acquisition, SCADA).
Что, как правило, нужно программисту при создании программы управления и визуализации для рабочего места оператора АСУ ТП? Это типичный набор средств и функций, которые повторяются во всех проектах автоматизации:
· средства для определения архитектуры системы автоматизации в целом – состава функциональных узлов и их назначения;
· язык для реализации алгоритмов управления, математических и логических вычислений, т.е. для создания прикладной системы управления для каждого узла.
· средства документирования, как самого алгоритма, так и технологического процесса;
· возможность создания архивов аварий, событий и поведения переменных процесса во времени (так называемые тренды), а также полное или выборочное сохранение параметров процесса через заданные промежутки времени постоянно или по условию;
· ядро или монитор реального времени, который обеспечивает детерминизм поведения системы или, иными словами, предсказуемое время отклика на внешние события;
· драйверы к оборудованию нижнего уровня АСУ ТП;
· сетевые функции;
· средства защиты от несанкционированного доступа в систему;
· многооконный графический интерфейс и другие очевидные функции, такие как импорт изображений и создание собственных библиотек алгоритмов, динамических объектов, элементов мнемосхем и т. п.
· экранные формы отображения параметров процесса типа стрелочных, полосковых или цифровых индикаторов, органов управления различных типов, (например кнопок, рубильников, ползунковых или поворотных регуляторов), а также сигнализирующие табло различной формы и содержания;
· средства отладки созданной прикладной программы в режиме эмуляции, в том числе отладки в реальном масштабе времени.
Такой спектр функциональных задач операторных станций можно реализовать практически во всех SCADA-пакетах.
Современные SCADA-пакеты строятся так чтобы максимально автоматизировать разработку соответствующего ПО. Место SCADA-систем в структуре АСУ продемонстрировано на рис. 3.4. SCADA-системы закрывают, прежде всего, цеховой уровень автоматизации, связанный с получением и визуализацией информации от программируемых контроллеров, распределенных систем управления. Существуют пакеты, обеспечивающие также обмен между уровнем контроллеров и уровнем управления производством (MES).
Р и с. 3.4. Области АСУ, охватываемые SCADA-системами.
Разработкой SCADA-пакетов занимается достаточно много как зарубежных так и Российских компаний (табл. 3.1).
Т а б л и ц а. 3.1.