Poradnik Automatyka: Jak dobrać wizualizację na miarę potrzeb?

fot. ASTOR

W kolejnej części „Poradnika Automatyka” zastanowimy się nad wyborem sposobu wizualizacji danych, w zależności od ich ilości, rodzaju informacji, którą na ich podstawie chcemy dostarczyć oraz osób, dla których wizualizacja jest przeznaczona.

Można wyróżnić trzy główne rodzaje systemów wizualizacji w przemyśle.

Pierwszym jest prezentacja niewielkiej ilości podstawowych parametrów pracy urządzenia lub systemu z wykorzystaniem panelu operatorskiego HMI. Panel operatorski z predefiniowanym oprogramowaniem wizualizacyjnym pozwala na ekonomiczną prezentację danych operatorowi kosztem ograniczonego zakresu i możliwości funkcjonalnych. Rosnącą popularność w ostatnich latach w zakresie urządzeń HMI można zaobserwować na przykładzie paneli operatorskich Astraada HMI lub GE Intelligent Platforms.

Drugim sposobem prezentacji danych z procesu lub produkcji, jest stworzenie aplikacji wizualizacyjnej w oparciu o dedykowane środowisko wizualizacyjne klasy HMI – przykładem takiej wizualizacji jest oprogramowanie Wonderware InTouch, które będąc niezależne od warstwy sprzętowej pozwala na tworzenie już znacznie bardziej rozbudowanych i zaawansowanych graficznie i funkcjonalnie ekranów wizualizacyjnych w porównaniu do ekranów na panelu operatorskim.

Trzecim jest wykorzystanie wysoce wydajnych i bardzo zaawansowanych funkcjonalnie narzędzi do tworzenia systemów SCADA – często wieloserwerowych, rozproszonych geograficznie aplikacji, których ekrany wizualizacyjne są jedynie częścią funkcjonalności. Przykładem takiego oprogramowania jest Platforma Systemowa Wonderware oferująca unikalne podejście do tworzenia systemów SCADA w oparciu o modelowanie obiektowe.

Rozważając wybór technologii do wizualizacji danych należy w pierwszej kolejności zastanowić się, czy efektem pożądanym przez użytkownika powinien być prosty system HMI (Human Machine Interface) czy rozbudowany i rozwojowy system SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). W przypadku opcji pierwszej, kolejnym krokiem jest oszacowanie ilości zmiennych, które będą wizualizowane oraz określenie, na ile zaawansowana ma być wizualizacja. W zależności od wyniku tej oceny oraz weryfikacji dostępnych interfejsów komunikacyjnych w urządzeniach będących źródłem danych, można rozważyć zarówno opcję panelu operatorskiego, jak i bardziej zaawansowanego oprogramowania HMI. Należy jednak mieć na uwadze, że te 2 technologie różnią się od siebie znacząco, co zostało opisane w dalszej części poradnika. W przypadku potrzeby stworzenia systemu SCADA, jedyną słuszną drogą jest wybór dedykowanego do tego celu oprogramowania.

Prostota tworzenia aplikacji HMI na panelu operatorskim

Panel operatorski HMI jest zwykle pierwszym pomysłem na realizację wizualizacji w sytuacji, gdy planujemy prostą aplikację obsługującą maksymalnie kilka okien i niewiele zmiennych. Znajdują one zastosowanie nie tylko w mało wymagających aplikacjach, ale także w przypadku, gdy panel wraz z wizualizacją ma być komponentem powielalnej maszyny. Główną zaletą tego rozwiązania jest to, że w cenie panelu zwykle dostajemy oprogramowanie do przygotowania wizualizacji bez dodatkowych kosztów. Tak jest np. w przypadku oprogramowania Astraada HMI CFG dla paneli Astraada od firmy ASTOR.

Wizualizacja na panelach HMI marki Astraada, GE Intelligent Platforms oraz Horner z oferty firmy ASTOR

Kolejną zaletą jest prostota warstwy software w panelu. Nie ponosimy dodatkowych kosztów związanych z systemem operacyjnym, gdyż zwykle jest to autorski system producenta lub Windows Embedded Compact, na którego konfigurację nie mamy wpływu. Zwykle nie mamy także sztywnego ograniczenia na obsługiwaną ilość zmiennych, ale specyfikacja techniczna paneli i praktyka pokazują, że nie da się tworzyć bardzo rozbudowanych i jednocześnie wydajnych wizualizacji na panelu HMI. Jak sama nazwa wskazuje panel HMI (Human Machine Interface) jest tylko interfejsem pomiędzy maszyną i człowiekiem i ma służyć do zadawania parametrów pracy maszyny oraz bardzo prostej wizualizacji stanu jej pracy.

W sytuacji, gdy ekran ma pełnić rolę bardziej zaawansowanej wizualizacji lub zmierzać w kierunku SCADA, jedynym słusznym podejściem jest wybór oprogramowania wizualizacyjnego uruchamianego na komputerze klasy PC lub komputerze panelowym. 

Skalowalność aplikacji HMI/SCADA Wonderware InTouch

Oprogramowanie wizualizacyjne niezależne od warstwy sprzętowej jest rozwiązaniem najlepiej nadającym się tam, gdzie chcemy wykorzystać bogate możliwości systemów HMI/SCADA, takich jak Wonderware InTouch, bez konieczności oglądania się na ograniczenia w warstwie obsługiwanych protokołów komunikacyjnych czy wielkości ekranu, jak ma to miejsce w przypadku paneli HMI. Wspomniany Wonderware InTouch z oferty firmy ASTOR jest obecnie najpopularniejszym oprogramowaniem wizualizacyjnym klasy HMI na świecie oraz w Polsce. Niezależne badania przeprowadzone przez redakcje branżowe wskazują, że oprogramowanie Wonderware InTouch jest wykorzystywane w ponad 40% polskich fabryk.

Wizualizacja stworzona w oprogramowaniu Wonderware InTouch

Za wykorzystaniem oprogramowania wizualizacyjnego Wonderware InTouch przemawiają mnogość opcji konfiguracyjnych, możliwość współpracy z większością urządzeń automatyki przemysłowej dzięki dziesiątkom dostępnych programów komunikacyjnych, skalowalność systemu polegająca na możliwości tworzenia wizualizacji różnej wielkości w oparciu o jedno rozwiązanie oraz możliwości wymiany danych z systemami wizualizacyjnymi, bazodanowymi, produkcyjnymi czy nadrzędnymi ERP. Oprogramowanie Wonderware InTouch działa w oparciu o standardowe systemy operacyjne Windows 7/8 lub Windows Server 2008/2012, dzięki czemu może czerpać z możliwości, jakie dają te systemy operacyjne.

Ponadto Wonderware InTouch posiada bardzo rozbudowaną bibliotekę gotowych obiektów graficznych (także wspierających i przyspieszających projektowanie wizualizacji zgodnych z podejściem Situational Awareness).

W porównaniu do wizualizacji na panelu HMI (np. QuickPanel+ z oferty ASTOR) do skorzystania z możliwości oprogramowania Wonderware potrzebne jest posiadanie lub zakup komputera klasy PC z systemem operacyjnym klasy Windows lub komputera panelowego z ekranem dotykowym.

Z dostępem do elastyczności i skalowalności wizualizacji w InTouch’u wiążą się większe (w porównaniu do panelu HMI) koszty związane z zakupem odpowiedniej licencji oprogramowania oraz sprzętu komputerowego. 

Porównanie cech różnych technologii wizualizacji danych przemysłowych:

Standaryzacja i łatwość utrzymania aplikacji SCADA dzięki Platformie Systemowej Wonderware

W sytuacji, gdy pojawia się potrzeba stworzenia rozbudowanej, często rozproszonej wizualizacji, która dodatkowo będzie rozwijana i często modyfikowana, wtedy wykorzystanie kilkunastu bądź kilkudziesięciu paneli HMI lub dużej ilości wizualizacji w klasycznym InTouch’u robi się problematyczne. Każda zmiana wiąże się z modyfikacją konkretnej wizualizacji. Unikalnym podejściem do projektowania takich systemów SCADA jest Platforma Systemowa Wonderware, która oferuje możliwość obiektowego tworzenia wizualizacji. Takie podejście wymaga większej ilości czasu potrzebnej na zaprojektowanie i przygotowanie szablonów obiektów wizualizacyjnych, ale później pozwala na sprawne i szybkie wprowadzanie zmian czy rozbudowę w całym rozproszonym systemie SCADA.

Platforma Systemowa Wonderware jest zestawem komponentów tworzących jedną całość, ale odpowiedzialnych za realizację różnych funkcji. Składa się z takich komponentów jak: Application Server (odpowiedzialny za realizację logiki działania aplikacji), Historian Server (przemysłowa baza danych historycznych), Device Integration Server (odpowiedzialny za komunikację z urządzeniami automatyki przemysłowej), Information Server (zapewniający dostęp do danych i raportów z poziomu przeglądarki internetowej). Do tego zestawu dochodzą jeszcze aplikacje klienckie, takie jak Wonderware InTouch dla Platformy Systemowej służący do wizualizacji danych i interakcji operatora z systemem oraz Historian Client pozwalający na łatwą analizę zalogowanych danych historycznych.

Komponenty i obszary zastosowania Platformy Systemowej Wonderware

Co wybrać?

Podsumowując ten artykuł można jednoznacznie stwierdzić, że panele HMI, systemy wizualizacji HMI oraz systemy SCADA należy dobrać do konkretnych zastosowań. Panele HMI znajdą zastosowanie tam, gdzie pojawia się potrzeba zadawania parametrów produkcyjnych, a nie ma miejsca na komputer przemysłowy oraz przeznaczeniem wizualizacji na panelu nie jest kontrola procesu produkcyjnego. W sytuacji, gdy pojawia się potrzeba bardziej szczegółowej kontroli procesu bezpośrednio przy urządzeniu lub w centralnej dyspozytorni, należy zastosować dedykowane oprogramowania wizualizacyjne klasy HMI/SCADA, dobierając konkretną wersję do potrzeb opisanych wcześniej.

Należy pamiętać również, że z wdrożonych systemów korzystali będą ludzie i to z myślą o nich powinna zostać przygotowana wizualizacja. Niezależnie od wielkości systemu i jego stopnia złożoności, zapewnienie odpowiedniej ergonomii i przejrzystości ekranów wizualizacyjnych, zarówno w tych bardzo małych aplikacjach na panelach HMI jak i w kompleksowych oraz złożonych systemach SCADA, będzie kluczem do zadowolenia użytkownika końcowego.

>> www.astor.com.pl/hmi

>> www.astor.com.pl/scada