Vizualizácia technologických procesov a systémy SCADA / HMI

1. Vizualizácia technologickýchprocesova systémySCADA / HMI Ing. Ladislav Körösi KASR, FEI STU ladislav.korosi@stuba.sk

2. 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 !

3. Vizualizácia technologických procesov • súčasť riadiacich systémov • podporný prostriedok v riadení a rozhodovaní Vizualizácia je použitie teoretických, technickýchprogramových a/alebo komunikačných prostriedkov prezviditeľňovanie 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

4. 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.

5. Príklad – čerpacia stanicaTechnologické zariadenie

6. Príklad – čerpacia stanicaPohony

7. Príklad – čerpacia stanicaZber údajov

8. Príklad – čerpacia stanicaSpracovanie údajov

9. Príklad – čerpacia stanicaRiadenie výkonu

10. Príklad – čerpacia stanicaDialóg človek - stroj

11. Príklad – čerpacia stanicaDistribučný rozvod Forma energie: • Elektrická • Pneumatická • Hydraulická

12. Príklad – čerpacia stanicaProcesná a riadiaca úroveň

13. Systémy SCADA / HMI Vizualizačné systémy - systémy realizujúce vizualizáciuprocesov • Supervisory Control and Data Acquisition / Human Machine Interface • Supervízorové riadenie a zber údajov / Rozhranie človek stroj Prenáša informáciu od stroja k ľuďom, čo umožňujeriadenie, monitorovanie a zaznamenávanie systémucez interfejs ako obrázok, klávesnicu, ethernet,touchscreen, softvér atď. „The HMI interface is where people and technologymet“

14. Vizualizačné systémy

15. 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

16. 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

17. Pojmy - terminológia • Identifikátor premennej, údaju (tag) – označeniepremennej, 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 určitýriadiaci 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

18. 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

19. Pojmy – terminológiaHierarchia techniky technologického procesu

20. Pojmy – terminológiaHierarchia riadiacej techniky

21. Ukážky HMI od Allen-BradleyPanelViewPlus • Multi-vendor communications • Podpora trendov • Data log • Priame prezeranie adries RS Logix-u 5000 za pomoci RS Studio

22. Ukážky HMI od Allen-BradleyVersaView CE • Okamžité zastavenie • Integrovaný HMI softvér (RSView Machine Edition) • Podpora viacerých aplikácii

23. Ukážky HMI od Allen-BradleyPanelViewStandard • Alarmovanie • Komunikácia cez EtherNet/IP • Odolnosť • ATA PC memory card • Bezpečnosť (heslá)

24. Ukážky HMI od Allen-BradleyPanelView ‘E’ • Alarmovanie • Komunikácia • Rozšíriteľná pamäť • Foto kvalita • Trendy

25. Pojmy - terminológia “Väčšina moderných IaRS využíva na styk,komunikáciu používateľa s riadenýmprocesom počítačové pracoviská, kde sanajmohutnejšiemu využitiu dostávavizuálnemu rozhraniu.” • SCADA/HMI • Vizulalizácia procesov (VP) • Man MI (MMI) • Person MI (PMI) • Manufactoring Execution System (MES) • Enterprice Resource Planning/Manufactoring Resource Planning (ERP/MRP)

26. IaRS Hierarchický (pyramídový) model IaRS

27. Vizualizačné systémyTypické črty otvorenýchvizualizačných systémov • snaha o dosiahnutie minimálnej závislosti natechnologických sieťach, napr. pomocoulokálnych sietí a internetu/intranetu (aplikačné www servre, klienti pre vzdialenúvizualizáciu) • možnosť prepojenia do sietí LAN, WAN po rôznych prenosových médiách (jednotnátelefónna sieť, systém GSM, rádiové siete, družicový prenos a iné) • softvérové architektúry na báze distribuovaných objektov, komponentov, podporujúcichotvorenosť a stupňovateľnosť • časté fyzické oddelenie riadiacich automatických funkcií t.j. riadiacej procesnej úrovne odvizualizačných, automatizovaných • ergonomické a používateľsky príjemné grafické rozhranie pre procesnú vizualizáciu narôznych úrovniach, napr. pre operátora, dispečera, vedúceho prevádzky, vedúceho výroby,podniku

28. Vizualizačné systémyTypické črty otvorenýchvizualizačných systémov • samostatné databázy (pre reálne-operačné a historické údaje) s niektorými, podpornýmigrafickými funkciami, vznik dátových skladov DW - Data Warehouse a naväzujúcejvizualizácie objektov získaných napr. prostriedkami OLAP - On Line Analysis Processing • výrazné posilnenie podporných inteligentných modulov napr. expertné systémy, štatistickériadenie procesu SPC - Statistical Process Control, spracovanie signálov v spektrálnejoblasti, rôzne metódy rozpoznávania, situačné riadenie, predvídanie chybových stavov • existencia modelov vizualizácie aktuálnych výrobných zdrojov a toku materiálov, možnostidávkového (batch, Charge) riadenia

29. Funkcie vizualizácie v systémochSCADA/HMI a MES • uľahčenie orientácie v riadenom procese, systéme pomocou vizualizácie (animovanýchpohľadov, displejových zobrazení) podľa reálnej štruktúry a stavu procesu • rôzne možnosti zobrazenia, spracovania a archivácie aktuálnych a historických procesnýchinformácií 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 parametrovregulačných obvodov, riadenie sekvenčných procesov, evidencia povelov

30. Funkcie vizualizácie v systémochSCADA/HMI a MES • zobrazovanie štatistických informácií pre monitorovanie a riadenie kvality procesu • možnosť privilegovaného prístupu a archivácia, (záznam, protokolovanie, logging) činnostipoužívateľa • 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, triedeniepodľa 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 bázemedziaplikačných protokolov