Transcript SCADA HMI 1
Vizualizácia technologických procesov a systémy SCADA / HMI Ing. Ladislav Körösi KASR, FEI STU [email protected] Úvod Ergonomika ako ľudské schopnosti najlepšie využiť v prac. procese ako prac. prostredie nakonfigurovať a prispôsobiť človeku vedné odvetvia (fyzika, technika, fyziológia a psychológia) Psychologické predpoklady zmyslové orgány (krátkodobá, dlhodobá pamäť) človek prijíma 1bilión bit/s ale iba 100 bit/s dokáže spracovať (priveľa informácií vedie k malej akcieschopnosti => pozornosť sústredená len na časť údajov) Ľahšie zapamätanie si informácií pri ich vzťahu k už existujúcim vedomostiam a znalostiam (informačné jednotky) SW pre man-machine interfejs 50-75% SW RS ! Vizualizácia technologických procesov súčasť riadiacich systémov podporný prostriedok v riadení a rozhodovaní Vizualizácia je použitie teoretických, technických programových a/alebo komunikačných prostriedkov pre zviditeľňovanie definovaných (abstraktných alebo reálnych) objektov. Oblasti: vizualizácia techn. procesov a výrobných procesov – operátor, supervízor, manažér vizualizácia údajov, vedomostí, programov automatizácia návrhu dizajnu výrobkov strojové videnie, virtuálna realita Vizualizácia technologických procesov Priemyselná vizualizácia je použitie teoretických, technických, programových a/alebo komunikačných prostriedkov v priemyselnom podniku pre zviditeľňovanie definovaných objektov v automatizovaných častiach informačného a riadiaceho sytému (IaRS) Procesná vizualizácia je použitie teoretických, technických, programových (aj inteligentných) a/alebo komunikačných prostriedkov v priemyselnom podniku pre zviditeľňovanie definovaných objektov týkajúcich sa technologického či výrobného procesu, príp. ich automatického riadenia s cieľom podpory rozhodovania a riadenia v reálnom čase v automatizovaných častiach IaRS Pri procesnej vizualizácii sa nejedná len o grafické zobrazenie objektov, ale o všetky činnosti týkajúce sa ich definovania, získania a spracovania. Príklad – čerpacia stanica Technologické zariadenie Príklad – čerpacia stanica Pohony Príklad – čerpacia stanica Zber údajov Príklad – čerpacia stanica Spracovanie údajov Príklad – čerpacia stanica Riadenie výkonu Príklad – čerpacia stanica Dialóg človek - stroj Príklad – čerpacia stanica Distribučný rozvod Forma energie: Elektrická Pneumatická Hydraulická Príklad – čerpacia stanica Procesná a riadiaca úroveň Systémy SCADA / HMI Vizualizačné systémy - systémy realizujúce vizualizáciu procesov Supervisory Control and Data Acquisition / Human Machine Interface Supervízorové riadenie a zber údajov / Rozhranie človek stroj Prenáša informáciu od stroja k ľuďom, čo umožňuje riadenie, monitorovanie a zaznamenávanie systému cez interfejs ako obrázok, klávesnicu, ethernet, touchscreen, softvér atď. „The HMI interface is where people and technology met“ Vizualizačné systémy Pojmy - terminológia Vizualizačný systém – synonymum pre anglickú skratku SCADA/HMI Technologický proces, technológia - proces (technika, energie, materiály a postupy) spojitej alebo dávkovej výroby. Výrobný proces - proces (technika, energie, materiály a postupy) kusovej výroby Technologický systém, zariadenie (plant, facility, Anlage, Verfahrentechnik) - súhrn všetkých technických komponentov, prvkov, skupín, úsekov, ktorý slúži na vykonanie technologických procesov Úsek, sekcia - podsystém celkového technologického systému, súhrn viacerých funkčne súvisiacích komponentov. Názov úseku je obyčajne odvodený od jeho technologického účelu, napr. príprava vody, destilácia, absorpcia Pojmy - terminológia Technologická skupina (part of plant, Teilanlage) – časť úseku, súhrn niekoľkých komponentov Komponent, prvok zariadenia (component, Anlageteil) jednotlivé samostatné časti technologického systému, napr. agregát, stroj, prístroj ale aj materiál a energia Riadiaca technika – súhrn všetkých technických obvodov, skupín, sekcií určených na riadenie, reguláciu Používateľské rozhranie (user interface) - súhrnný pojem pre všetky objekty s ich sledovateľnými akciami a reakciami, ktoré slúžia na komunikáciu s používateľom. Typickými komponentmi používateľského rozhrania sú signalizačné prístroje a nastavovacie prvky ale aj obrazovka monitora a klávesnica. Typickou akciou je vyžiadanie údajov od používateľa (napr. prístupového hesla). Typickou reakciou systému je napr. neprijatie chybných údajov Pojmy - terminológia Identifikátor premennej, údaju (tag) – označenie premennej, údaju najčastejšie priamo získaného z technologického procesu Trend (trend) - vizualizácia priebehov hodnôt premenných najmä vzhľadom na časovú os vo forme postupnosti bodov alebo čiar Konfigurácia - činnosť, pri ktorej sa prispôsobuje určitý riadiaci systém na realizáciu konkrétnych úloh tým spôsobom, že jednotlivé moduly (aj softvérové) riadiaceho systému sa vyberajú, zoraďujú a spájajú tak, aby sa vytvorila funkčná jednotka Správa (message) – hlásenie o vzniku udalosti Supervízne riadenie (supervisory control) - vzdialené nastavovanie hodnôt a odoslanie riadiacich informácií, povelov Pojmy - terminológia Udalosť (event) – zmena, prechod z jedného diskrétneho stavu do iného stavu Operátorský panel (riadiaci panel, pole, faceplate) - panel, na ktorom sú umiestnené všetky zobrazovače a ovládače, potrebné na obsluhu riadiaceho systému. Tieto panely vznikli v konvenčnej technike, kde boli čelné tabule porozdeľované ukazovateľmi a ovládačmi. Riadenie procesu sa robilo mechanicky pomocou prístrojov, ktoré mohli byť oddelene zabudované do pultov Objekt HMI – ľubovoľná entita nachádzajúca sa v používateľskom rozhraní, napr. obrazovka, okno, symbol, pohľad, obraz, operátorský panel, prvok obrazu, hásenie, trend Inštrumentálna technika – súhrn senzorov a akčných členov Pojmy – terminológia Hierarchia techniky technologického procesu Pojmy – terminológia Hierarchia riadiacej techniky Ukážky HMI od Allen-Bradley PanelView Plus Multi-vendor communications Podpora trendov Data log Priame prezeranie adries RS Logix-u 5000 za pomoci RS Studio Ukážky HMI od Allen-Bradley VersaView CE Okamžité zastavenie Integrovaný HMI softvér (RSView Machine Edition) Podpora viacerých aplikácii Ukážky HMI od Allen-Bradley PanelView Standard Alarmovanie Komunikácia cez EtherNet/IP Odolnosť ATA PC memory card Bezpečnosť (heslá) Ukážky HMI od Allen-Bradley PanelView ‘E’ Alarmovanie Komunikácia Rozšíriteľná pamäť Foto kvalita Trendy Pojmy - terminológia “Väčšina moderných IaRS využíva na styk, komunikáciu používateľa s riadeným procesom počítačové pracoviská, kde sa najmohutnejšiemu využitiu dostáva vizuálnemu rozhraniu.” SCADA/HMI Vizulalizácia procesov (VP) Man MI (MMI) Person MI (PMI) Manufactoring Execution System (MES) Enterprice Resource Planning/Manufactoring Resource Planning (ERP/MRP) Hierarchický (pyramídový) model IaRS IaRS Vizualizačné systémy Typické črty otvorených vizualizačných systémov snaha o dosiahnutie minimálnej závislosti na technologických sieťach, napr. pomocou lokálnych sietí a internetu/intranetu (aplikačné www servre, klienti pre vzdialenú vizualizáciu) možnosť prepojenia do sietí LAN, WAN po rôznych prenosových médiách (jednotná telefónna sieť, systém GSM, rádiové siete, družicový prenos a iné) softvérové architektúry na báze distribuovaných objektov, komponentov, podporujúcich otvorenosť a stupňovateľnosť časté fyzické oddelenie riadiacich automatických funkcií t.j. riadiacej procesnej úrovne od vizualizačných, automatizovaných ergonomické a používateľsky príjemné grafické rozhranie pre procesnú vizualizáciu na rôznych úrovniach, napr. pre operátora, dispečera, vedúceho prevádzky, vedúceho výroby, podniku Vizualizačné systémy Typické črty otvorených vizualizačných systémov samostatné databázy (pre reálne-operačné a historické údaje) s niektorými, podpornými grafickými funkciami, vznik dátových skladov DW - Data Warehouse a naväzujúcej vizualizácie objektov získaných napr. prostriedkami OLAP On Line Analysis Processing výrazné posilnenie podporných inteligentných modulov napr. expertné systémy, štatistické riadenie procesu SPC Statistical Process Control, spracovanie signálov v spektrálnej oblasti, rôzne metódy rozpoznávania, situačné riadenie, predvídanie chybových stavov existencia modelov vizualizácie aktuálnych výrobných zdrojov a toku materiálov, možnosti dávkového (batch, Charge) riadenia Funkcie vizualizácie v systémoch SCADA/HMI a MES uľahčenie orientácie v riadenom procese, systéme pomocou vizualizácie (animovaných pohľadov, displejových zobrazení) podľa reálnej štruktúry a stavu procesu rôzne možnosti zobrazenia, spracovania a archivácie aktuálnych a historických procesných informácií v reálnom čase pre operatívne sledovanie, monitorovanie možnosť ovládania (diaľkového povelovania, supervízneho riadenia) napr. pre zadanie nového požadovaného stavu technických prvkov, pre zasahovanie do riadiaceho procesu v prípade mimoriadnych nepredvídaných udalostí, nastavenie havarijných medzných hodnôt, ovládanie akčných členov, prestavovanie parametrov regulačných obvodov, riadenie sekvenčných procesov, evidencia povelov Funkcie vizualizácie v systémoch SCADA/HMI a MES zobrazovanie štatistických informácií pre monitorovanie a riadenie kvality procesu možnosť privilegovaného prístupu a archivácia, (záznam, protokolovanie, logging) činnosti používateľa diagnostika zariadenia podľa periodického programu alebo podľa špeciálnych požiadaviek zobrazovanie, spracovanie a archivácia správ prichádzajúcich z procesu a procesných staníc, t.j. signalizácia vzniku výstrahy a alarmu (kritických hodnôt), ich potvrdzovanie, triedenie podľa závažnosti, možnosť priradenia zvukovej signalizácie schopnosť komunikácie s podriadenými a nadradenými stanicami rôznych výrobcov schopnosť distribúcie funkcií a komunikácie na tej istej úrovni IaRS, napr. na báze medziaplikačných protokolov