Роль и значение панелей оператора в современных АСУТП
Вологдин В.В., Харазов В.Г.
The article describes the up-to date technologies of the Human to Machine Interface panels (HMI) provided by leading manufacturers in industrial automation systems. The advanced control and visualization functions of such equipment are accordingly described. Also the article introduces the communication possibilities and network applications of the HMI panels.
Операторская панель представляет собой устройство оперативного ввода и отображения буквенно-цифровой или графической информации при обмене данными с удаленным контроллером или компьютером. Эта информация отображается на экране текстовых или графических панелей оператора при подключении их к контроллеру или компьютеру по последовательным интерфейсам RS-232, RS422/RS485 и интерфейсу Ethernet. Помимо буквенно-цифровой информации на экране графических панелей оператора отображаются графики, диаграммы, тренды, динамические рисунки и пр.
В качестве устройства ввода применяется функциональная пленочная клавиатура или сенсорный экран. Помимо клавиш и жидкокристаллического индикатора на лицевую панель могут быть выведены светодиодные индикаторы работы каналов, сигнализации аварии и др.
Панель оператора обменивается информацией по сетям Ethernet, Modbus, Profibus, DeviceNet с рабочими станциями и другими панелями оператора Панель оператора имеет возможность подключения к контроллерам большинства фирм - производителей. Программное обеспечение панелей оператора для конфигурации под ОС Windows 98/NT/2000/XP обеспечивает удобное и легкое программирование панелей.
Применение операторской панели во многих случаях более экономично, чем применение панельного компьютера. Как панельные компьютеры, так и панели оператора отображают данные на своих экранах не напрямую с датчиков и преобразователей, а получают данные с контроллеров (компьютеры - с помощью ОРС-сервера, а панели через интерфейсы связи, в основном RS232/RS-485 и Ethernet). По сравнению с панельными компьютерами панели оператора имеют более высокие показатели устойчивости к температурным и механическим воздействиям в жестких промышленных условиях производства. В настоящее время с установкой более производительных процессоров панели оператора помимо функций визуализации все больше обретают функции контроллеров. Помимо свойственных функций локального управления процессом панели оператора получили возможность обмена данными между несколькими панелями и между панелями и операторскими станциями. Все это расширяет возможности операторских панелей, делая их применение более экономичным по сравнению с применением рабочей станции со SCADA-системой [1].
Помимо отображения измеряемых параметров, операторская панель позволяет управлять процессом, изменяя задание регуляторам или состояние исполнительных механизмов. Встроенные часы реального времени имеют функцию автоматического перехода на летнее время. Часы реального времени в ПЛК гарантированно синхронизируются с часами реального времени панели. Панель оператора позволяет без труда составить отчет, сохранить его в flash памяти или передать на принтер или ПК. Отчет представляет собой текстовый блок и содержит информацию об изменении значений параметров процесса (регистров управляющего контроллера) во времени. Печать отчета может производиться либо в определенное время, либо по событию. Возможность защиты паролем различных объектов и кнопок позволяет избежать постороннего воздействия на производственный процесс. Можно установить несколько уровней защиты, что позволяет предоставлять различным пользователям различные права. Ряд панелей оператора, снабженных портом Ethernet, могут отсылать аварийные и обычные отчеты, тренды и рецептуры по электронной почте. Имеется возможность удаленной диагностики панели оператора через Internet. Сообщения также могут пересылаться на мобильные телефоны в виде SMS. Таким образом, панель оператора реализует большинство функций SCADA-системы, но в отличие от SCADA-системы не требует лицензирования при переносе программного обеспечения панели оператора на др. панели в других проектах [2].
Операторские панели имеют слоты для одной или двух карт расширения. Доступны следующие типы карт расширения:
1. IFC-MC используется для увеличения памяти терминала PCMCIA флэш - картой. Память может использоваться как для самого проекта, так и для хранения резервной копии приложений, трендов и рецептов.
2. IFC-PI используется для подключения принтера через параллельный порт.
3. IFC-ETTP и IFC-ETCX используются для подключения терминала к Ethernet по TCP/IP протоколу. Подключение осуществляется витой парой, либо коаксиальным кабелем.
Получили применение текстовые и графические панели оператора.
Текстовые панели с буквенно-цифровым монохромным ЖК-дисплеем с подсветкой (рис. 1) имеют 2 (4) строки по 20 символов или 8 строк по 40 символов. Общее число клавиш, в том числе программируемых, у текстовых панелей колеблется от 5 до 30. Число пикселей экрана от 122х32, 128х64 до 160х180.
К числу функциональных возможностей текстовых панелей оператора относят парольную защиту, а также защиту ввода данных, создание архивов, трендов, алармов, диаграмм, барграфов, ввод/вывод дискретных сигналов, симуляцию щитовых приборов, индикацию состояния оборудования, математические и др. функции.
операторный панель станция
Графические панели оператора с монохромным и цветным сенсорным экраном позволяют создавать мнемосхемы процесса, динамически отображать значения переменных, управлять процессом с помощью функциональных клавиш, переключать страницы экрана и создавать отчеты, выводя страницы экрана на печать с указанием даты и времени, осуществлять диагностику контроллера или компьютера. Для проектирования изображений в состав ПО панелей входят встроенные графические компоненты, а также изображения различных видов кнопок, тумблеров, переключателей, измерительных приборов и регуляторов, часы, самописцы и др.
Графические панели имеют многоязыковую поддержку приложений и все другие функции текстовых панелей оператора. Размер монохромного или цветного экрана (поддержка 128 или 256 цветов) в зависимости от модели составляет от 5,7” до 12,1”. Графическая панель оператора с клавиатурой может иметь до 40 функциональных и сервисных буквенно - цифровых клавиш и имеет за счет этого большие габариты, чем панели оператора с сенсорным экраном.
На рис. 2а показана панель TP170B фирмы Siemens, на рис. 2б - панель Cimrex 90D фирмы Beijer Electronics, а на рис. 2в - QuickPanel фирмы GE Fanuc.
Отдельную группу составляют мобильные (переносимые на руке) панели оператора с цветным или монохромным ЖКИ (табл. 1). Мобильные панели позволяют выполнять функции оперативного управления и мониторинга параметров из любой точки системы. Терминалы при этом должны иметь специальные соединительные коробки. При необходимости мобильная панель может быть запрограммирована на непосредственное подключение к контроллеру, компьютеру или к сети через встроенный интерфейс (например, RS-485, Profibus). Подключение и отключение мобильных панелей оператора может производиться во время работы оборудования.
На рис. 2г представлена мобильная панель фирмы Siemens.
Панели оператора могут соединяться с контроллером или компьютером в режиме точка-точка, с использованием полевой шины в режиме одна панель - несколько ПЛК и один ПЛК - несколько панелей оператора или в сетевой архитектуре (Ethernet TCP/IP, Modbus Plus, Profibus DP, DeviceNet). Степень защиты большинства панелей оператора IP65.
Программирование панелей оператора осуществляется с помощью специализированного ПО, работающего в среде Windows 98/NT/2000/XP. Сохранение и перенос данных и параметров настройки возможен также с помощью SMC - карт (Smart Media Card).
Пакеты программирования помимо многоязыковой поддержки имеют развитую библиотеку графических символов и примитивов. В состав пакетов программирования обычно входят драйверы контроллеров большинства крупных фирм-производителей.
Возможности панелей оператора рассмотрим на примере панелей оператора компании Mitsubishi Electric (рис. 3).
Панели оператора компании Mitsubishi Electric предназначены для решения задач визуализации процесса и организации связи управляющего контроллера с оператором и/или сетевыми и периферийными устройствами на производстве. Исполнение панелей оператора позволяет устанавливать их в пульт управления в непосредственной близости к технологическому оборудованию.
Основными достоинствами панелей оператора Mitsubishi Electric являются:
- простота установки и программирования;
- возможность программировать контроллер через панель оператора;
- сетевой обмен данными.
Программирование панелей оператора производится с помощью специальных программных пакетов, установленных на ПК (E-View и GT-Works). Оператор может следить за параметрами процесса и при необходимости вмешиваться в процесс и корректировать эти параметры. Информация отображается в текстовом или графическом форматах в зависимости от модели и настроек панели оператора. Управлять процессом оператор может, используя функциональные клавиши, свободно программируемые под соответствующие действия, а также используя сенсорный экран.
Панели оператора имеют возможность подключения в промышленную сеть. Среди имеющихся коммуникационных возможностей можно выделить три основные группы соединений: связь точка-точка, промышленные сети и сети верхнего уровня.
В простейшем варианте панели подключаются к порту RS422 контроллера, что обеспечивает прямую связь. При использовании сети MELSECNET панели функционируют в ведомом режиме. При необходимости интеграции панелей в стандартную промышленную сеть Mitsubishi Electric обеспечивает поддержку сетей Profibus DP и Ethernet TCP/IP. Для панелей серии MAC E разработаны опциональные модули (MAC-Net, Ethernet 10Мбит/с), обеспечивающие одновременный доступ нескольких панелей оператора к контроллеру. Также предусмотрена возможность передачи данных на большие расстояния с помощью модема для дистанционного мониторинга и контроля.
Интерфейсы, поддерживаемые панелями оператора Mitsubishi Electric: RS232C, RS422, , RS485/RS422, MELSEC A-BUS, MELSEC Q-BUS, PROFIBUS/DP, Ethernet TP, CC-Link. Помимо перечисленных протоколов есть возможность подключения по свободному протоколу общения.
Панели оператора фирмы Mitsubishi Electric разделяются на 2 основные серии: MAC и GOT.
Панели оператора серии GOT (рис. 4а).
Эти панели оператора являются ведущим продуктом компании Mitsubishi Electric. Сочетание сенсорного экрана с полноценными графическими возможностями позволяет оптимально реализовать диалог человек-машина. Основным отличием панелей GOT от панелей MAC является то, что панели GOT предназначены для работы исключительно с контроллерами Mitsubishi.
Большинство панелей оператора GOT обладают сенсорным графическим экраном, некоторые модели имеют функциональные клавиши. Также имеются комбинированные модели с клавишами и сенсорным экраном. Панели GOT бывают стационарными и переносными.
Терминалом GT1020 Mitsubishi Electric запускает очень компактную серию панелей управления с обширным набором функций. Это новая модель начального уровня в серии GOT1000, обеспечивающая мощные функции визуализации при превосходном соотношении цены и возможностей. Панель имеет небольшие размеры (113х74х27 мм), тактильный экран с разрешением 160х64 пикселей и выбираемый пользователем цвет подсветки (красный, оранжевый или зеленый). Панель GT1020 поддерживает высокоскоростное последовательное соединение с контроллерами Mitsubishi (до 116 кбод). Терминал появился одновременно с новым поколением компактных контроллеров Mitsubishi Electric - серией FX-3U, имеет 512 кбайт пользовательской памяти, которой достаточно для больших и комплексных применений. Компания Mitsubishi Electric разработала GT1020 в сотрудничестве с компаниями, ориентированными на экспорт, производящими большое число малых и средних агрегатов. Серия GOT1000 - это составная часть концепции визуализации Vision 1000 от Mitsubishi Electric. Три серии панелей управления включают в себя всего 48 различных моделей, от простых кнопочных операторских устройств до терминалов с графическими сенсорными дисплеями и мощных промышленных ПК. Такой обширный диапазон обеспечивает превосходный набор гибких устройств интерфейса HMI и инструментов для визуализации для всего спектра промышленных применений. Все три серии, GOT1000, E1000 и IPC1000, являются одинаково гибкими, открытыми и совместимыми со всеми системами автоматизации Mitsubishi Electric.
В панелях оператора серии GOT1000 используется 64-битный RISC-процессор в сочетании с высокоскоростным графическим процессором. USB порт на лицевой панели оператора делает возможным изменение технологического процесса без вмешательства в пульт управления.
Серия панелей GOT1000 имеет прогрессивную систему отчетов аварий и ошибок, что гарантирует быстрый поиск неисправностей. Панели оператора могут подключатся как к контроллерам, так и к частотным преобразователям, сервоприводам Mitsubishi Electric, а также к промышленному оборудованию других производителей.
Программное обеспечение для программирования панелей оператора имеет библиотеки графических элементов и экранов, что позволяет упростить и ускорить процесс программирования. Встроенный помощник позволяет вести настройку новых проектов шаг за шагом, что дает возможность осуществить настройки панели непрофессиональному пользователю. Программное обеспечение позволяет просматривать экраны, переключать языки, осуществлять установку паролей доступа внутри программного пакета. Панели оператора серии MAC (рис. 4б).