Rozwiązania systemowe klasy HMI i SCADA w systemach automatyki

 

Wizualizacja z funkcjami w zakresie sterowania procesem stanowi punkt połączenia operatora i systemów automatyki. Stąd też ważna jest nie tylko intuicyjna obsługa systemu, ale również wsparcie przy rozwiązaniu problemów, jakie mogą wystąpić w trakcie realizacji procesu. Dane muszą być gromadzone oraz analizowane pod kątem wielu kryteriów i trendów. Do obsługi procesów służą również panele operatorskie HMI.

 

W przemyśle zastosowanie znajduje kilka typów wizualizacji. Na przykład bazując na ofercie firmy Astor, w przypadku prezentowania niewielkiej liczby podstawowych parametrów pracy maszyn i urządzeń oraz stanu realizacji procesu, zastosować można panel operatorski HMI. W panelu ważne jest predefiniowane oprogramowanie wizualizacyjne. Tym sposobem zyskuje się ekonomiczną prezentację danych, ale przy ograniczonym zakresie i możliwościach funkcjonalnych. Innym sposobem prezentacji danych jest aplikacja wizualizacyjna bazująca na dedykowanym środowisku wizualizacyjnym klasy HMI. Niezależnie od warstwy sprzętowej można tworzyć znacznie bardziej rozbudowane oraz zaawansowane graficznie i funkcjonalnie interfejsy wizualizacyjne na ekranie panelu operatorskiego. W trzecim rozwiązaniu wykorzystywane są funkcjonalne narzędzia przeznaczone do tworzenia systemów SCADA. Niejednokrotnie uwzględnia się przy tym wieloserwerowe, rozproszone aplikacje, których ekrany wizualizacyjne stanowią wyłącznie część funkcjonalności.

 

Systemy klasy SCADA

Coraz więcej systemów klasy SCADA wyposaża się w możliwości w zakresie obsługi mobilnej za pomocą urządzeń, takich jak smartfon lub tablet. Udostępniane są przy tym wszystkie informacje procesowe w postaci danych bieżących i archiwalnych oraz alarmów. Zyskuje się interfejs pozwalający na wizualizację wybranych pomiarów kontrolowanego obiektu i sterowania jego pracą. Ważne jest dostosowanie interfejsu graficznego obsługi za pomocą niewielkich ekranów dotykowych. Niektóre systemy zawierają bibliotekę gotowych bloków programowych przeznaczonych do obsługi urządzeń, które są najczęściej wykorzystywane w automatyce budynkowej. Chodzi więc o wzorce: elementów central wentylacyjnych, regulatorów sterujących klimatyzacją, monitorujące i sterujące oświetleniem, elementów sterujących żaluzjami, bloków harmonogramów czasowych.

W wielu przypadkach systemy klasy SCADA to oprogramowanie dedykowane, które jest przeznaczone do pracy ze sprzętem danego dostawcy. W efekcie niejednokrotnie pojawiają się problemy podczas integracji urządzeń innych producentów, jednak za osobną grupę należy uznać dostawców oprogramowania niezwiązanych z producentami sprzętu. Tacy dostawcy dużą uwagę przywiązują do rozwoju produktów informatycznych, a systemy cechują się elastycznością, otwartością oraz dobrym wsparciem technicznym.

 

Funkcjonalność systemów SCADA

Nowoczesne systemy SCADA mają szeroką funkcjonalność, łącznie z możliwościami, które wcześniej były zarezerwowane wyłącznie dla oprogramowania klasy ERP i MES. Ważne miejsce zajmują przy tym rozbudowane narzędzia raportowe pozwalające na przeprowadzanie skomplikowanych analiz, kontroli jakości czy diagnostyki całego układu sterowania, łącznie z możliwością automatycznego powiadamiania serwisu o nieprawidłowościach występujących w procesie.

Coraz większą uwagę przywiązuje się do funkcjonalności w odniesieniu do analizy i predykcji parametrów realizowanych procesów, natomiast w zakresie bezpieczeństwa danych ważne jest kodowanie SSL, uwzględnienie protokołu OPC UA oraz tworzenie kanałów VPN.

 

Wybór oprogramowania

Na etapie wyboru oprogramowania do zarządzania procesami produkcyjnymi zwraca się uwagę na rozwiązania modułowe pozwalające na dostosowanie systemu do potrzeb klienta. W jednym przypadku istotna będzie wizualizacja przebiegu procesu i wyświetlanie alarmów, a w innym kluczową rolę odegrają szerokie możliwości w zakresie raportowania oraz analizy danych w trybie on-line. Odpowiednio wdrożony modułowy system pozwoli na zwiększenie funkcjonalności niemal na każdym etapie użytkowania. Zatem przyszłość systemów wizualizacji procesów produkcyjnych należy do rozwiązań elastycznych dopasowanych do potrzeb i wymagań klientów.

 

Cechy paneli HMI

Na etapie wyboru panelu operatorskiego bierze się pod uwagę rozdzielczość ekranu oraz ilość pamięci zajmowanej przez projekt wizualizacji. Istotną rolę odgrywa liczba sterowników używanych równolegle. Analizowane jest sprzężenie systemu, czyli liczba paneli operatorskich HMI/PLC komunikujących się ze sobą, liczba zmiennych (znaczniki), odświeżanie zmiennych, liczba lokalnych skryptów, a także liczba i częstotliwość logów.

Jako zalety nowoczesnych paneli operatorskich należy wymienić m.in. dowolną konfigurację ekranów o przekątnych mieszczących się pomiędzy 3,5 a 15". Ważne są szerokie możliwości komunikacyjne bazujące na standardach RS232/422/485, Ethernet, USB Client/Host czy MicroSD z możliwością obsługi ponad 300 protokołów komunikacyjnych. Warto zwrócić uwagę na zdalny dostęp za pomocą serwera FTP i serwera VNC. Na przykład panel operatorski HMI SIMATIC KTP 700 ma panoramiczny wyświetlacz LCD 7" z podświetleniem LED o rozdzielczości 800 × 480 pikseli przy wymiarach wyświetlacza 154,1 × 85,9 mm. Ekran ma 65 536 kolorów, ściemnianie podświetlenia, 8 klawiszy funkcyjnych oraz ekranową klawiaturę numeryczną i alfabetyczną. Urządzenie można zamontować pionowo lub poziomo z uwzględnieniem maksymalnego kąta nachylenia (bez wentylacji zewnętrznej) wynoszącego 35°. Panel ma procesor typu ARM, pamięć flash i RAM, a pamięć dostępna dla użytkownika ma pojemność 10 MB. Urządzenie jest zasilane napięciem 24 VDC przy prądzie wejściowym 230 mA i mocy 5,5 W. Oprócz tego panel zawiera zegar czasu rzeczywistego oraz zegar software’owy i retencyjny.

Do wielu urządzeń dołącza się bezpłatne oprogramowanie z biblioteką elementów graficznych i symulatorem. Obsługiwane są skrypty, receptury, alarmy, a zdarzenia zaistniałe w procesie poddaje się rejestracji. W razie potrzeby można zastosować urządzenia przeznaczone do pracy w trudnych warunkach. Stąd też uwzględnia się np. wersje ze wzmocnionymi matrycami dotykowymi czy z obudową z frontem o podwyższonym stopniu ochrony z możliwością pracy w temperaturze mieszącej się pomiędzy –20–60°C. Na przykład panele operatorskie B&R wykonane są ze stali nierdzewnej. Obudowa ma stopień ochrony IP69K. W urządzeniu przewidziano przyciski z pierścieniami podświetlanymi, wyłącznik awaryjny i czytnik RFID.

Dzięki makrom programowym operacji sekwencyjnych i warunkowych można obsługiwać wejścia/wyjścia oraz zapisywać wybrane dane do pliku. Ważna jest przy tym możliwość sterowania nieskomplikowanymi procesami z poziomu panelu bez konieczności pracy sterownika PLC. Niejednokrotnie uwzględnia się wbudowany symulator, który może pracować w trybie off-line i on-line. Używając trybu off-line, można testować aplikację pod względem poprawności działania projektowanych ekranów, zaś w trybie on-line realizowana jest rzeczywista komunikacja ze sterownikiem PLC lub innym urządzeniem podłączonym do portu komputera. Przydatne rozwiązanie stanowi możliwość przetestowania funkcjonalności panelu przed zakupem za pomocą darmowego oprogramowania. Na przykład urządzenia oznaczone jako WOP-2000 to seria paneli operatorskich z preinstalowanym systemem czasu rzeczywistego RTOS wraz oprogramowaniem do tworzenia aplikacji HMI. Są to już typowe panele operatorskie stosowane w automatyce przemysłowej, czyli jednostki dedykowane do aplikacji typu HMI i bezpośrednio przystosowane do współpracy (komunikacji) ze sterownikami programowalnymi, zdalnymi modułami We/Wy, napędami itp. Z kolei QuickPanel+ to nowa seria paneli operatorskich od GE Intelligent Platforms, bazująca na technologii zapewniającej szereg możliwości w zakresie wizualizacji, sterowania, a także efektywnej i intuicyjnej obsługi maszyn, urządzeń oraz linii technologicznych. Urządzenia mogą pracować w trybach: View (do wizualizacji pracy), Control (do sterowania i wykonywania programu logicznego) czy Historian Collector (do składowania danych procesowych).

W oferowanych na rynku panelach HMI zwraca się uwagę na bezpieczeństwo przesyłu danych. Istotne jest więc szyfrowanie połączeń VPN dla każdego panelu HMI zapewniające swobodną komunikację z urządzeniami. W efekcie nie trzeba konfigurować połączeń sieciowych i przekierowywać portów, a urządzenia podłączone do paneli również są widoczne przez internet. Niejednokrotnie panele pracują w technologii chmury (Cloud HMI), pozwalając nie tylko na używanie ekranu stacjonarnego, ale również na obsługę mobilną i za pomocą sieci.

Istotnym medium transmisji danych jest Ethernet, co pozwala na integrowanie systemów za pomocą sieci komputerowej. Oprócz tego nowoczesny panel operatorski nie obejdzie się bez gniazda karty SD oraz interfejsów USB pozwalających na podłączenie czytników RFID, kamer internetowych czy wielu innych akcesoriów. Można więc szybko tworzyć kopie zapasowe programu, przywrócić system operacyjny, konfigurować sieć, uruchomić pliki runtime, wykonać obsługę plików danych historycznych i receptur itp. Na przykład urządzenie PCD7.D410VT5F to programowalny panel webowy o przekątnej 10,4”, który łączy funkcje i możliwości webowego panelu operatorskiego, sterownika PLC i systemu do zarządzania zużyciem mediów. Oprócz standardowych funkcji paneli HMI urządzenie oferuje wbudowaną technologię Automation Server i komunikację w popularnych sieciach (S-Bus, Ether S-Net, Ether S I-O, Modbus RTU/TCP i M-Bus).

Nowoczesne oprogramowanie paneli operatorskich to nie tylko interfejs obsługowy, ale również możliwość śledzenia i analizowania wszystkich danych procesowych oraz czynności wykonywanych przez operatora. Oprogramowanie takie jest więc zbliżone do systemów klasy SCADA, zapewniając stałe monitorowanie i pozwalając na zapobieganie awariom, zwiększenie bezpieczeństwa systemu i optymalizację procesów. Dane mogą być przechowywane na wiele sposobów, np. za pomocą plików CSV z możliwością eksportu do MS Excel.

 

Panele mobilne

Interesujące rozwiązanie stanowią panele bezprzewodowe zapewniające pełną mobilność w zasięgu działania punktów dostępowych. Zastosować można przy tym urządzenia z wyłącznikiem bezpieczeństwa. Dzięki specjalnym transmiterom zabezpieczającym system jest chroniony przed niezamierzonym wyłączeniem, jeżeli operator znajduje się poza zasięgiem. Istotną rolę odgrywa funkcja odpowiedzialna za szybkie przełączanie panelu między poszczególnymi punktami dostępowymi i transponderami. Tym sposobem urządzenie działa stabilnie. Należy podkreślić, że systemy tego typu bardzo często znajdują zastosowanie w urządzeniach transportu, takich jak wózki widłowe czy ładowarki kołowe oraz w innych aplikacjach, gdzie połączenie kablowe jest niemożliwe do wykonania.

 

Rynek paneli HMI

Rynek paneli operatorskich HMi jest bardzo dynamiczny. W efekcie oferta produktowa jest ciągle poszerzana, a co za tym idzie – można wybrać odpowiednie urządzenie ściśle pod kątem aplikacji. Do mniej rozbudowanych systemów wystarczy panel z interfejsem pozwalającym na wprowadzanie danych, zaś złożone aplikacje wymagają np. rozwiązania z centralnym punktem komunikacyjnym umożliwiającym nie tylko zbieranie, ale i przetwarzanie danych z innych urządzeń.

Dla nabywców paneli ważne są szerokie możliwości w zakresie komunikacji i kompatybilność z urządzeniami wielu producentów. W wielu aplikacjach liczy się obudowa przeznaczona do pracy w trudnych warunkach. Ważne jest wsparcie techniczne, które pozwala na krótki czas wdrożenia systemu i szybkie usuwanie usterek. Bardzo często zwraca się uwagę na intuicyjne środowisko programowania i konfiguracji.

Nowoczesne systemy HMI i SCADA uwzględniają dostęp sieciowy z dużą liczbą urządzeń. Ważne jest przy tym udostępnianie danych w chmurze oraz możliwość realizowania wymagań w zakresie bezpieczeństwa. Stąd też producenci urządzeń i oprogramowania stawiają na zaawansowane szyfrowanie czy certyfikaty.

 

Damian Żabicki

Oferta: automatyka magazynowa, case study, centrum logistyczne, dystrybucja, logistyka, magazyn, magazynier, operator logistyczny, palety, regały, studia przypadków, system wms, wózek widłowy, wózki widłowe

Background Image

Header Color

:

Content Color

:

Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług zgodnie z Polityką prywatności. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do cookie w Twojej przeglądarce lub w konfiguracji usługi. Polityka prywatności.