Odpowiednio dobrane systemy wizualizacji danych usprawniają odbiór informacji. Dzięki temu umożliwiają podejmowanie właściwych decyzji w krótszym czasie, a w konsekwencji – skuteczne nadzorowanie realizacji procesów przemysłowych.
Wizualizacje wraz z funkcjami sterowania procesem są elementem łączącym operatora procesu z systemami automatyki, czujnikami i elementami sterującymi. Projektując systemy wizualizacyjne, stawia się więc na intuicyjną obsługę oraz możliwość wsparcia operatora w przypadku wystąpienia sytuacji krytycznych. Ważne jest przy tym, aby dane napływające z urządzeń i maszyn procesowych były nie tylko gromadzone, ale również analizowane z uwzględnieniem różnych kryteriów i trendów.
Rodzaje wizualizacji
Przy wizualizowaniu prostych procesów, gdzie ilość prezentowanych danych jest niewielka, bardzo często wykorzystuje się panele operatorskie HMI (Human Machine Interface). Chodzi np. o aplikacje związane z wizualizowaniem stanu realizowanego procesu czy podstawowych parametrów pracy maszyn. W takich panelach zwykle uwzględnia się predefiniowane oprogramowanie wizualizacyjne. Takie rozwiązania są ekonomiczne, przy czym sprawdzają się wyłącznie w mniej rozbudowanych aplikacjach, pracujących w ograniczonym zakresie.
Jako system wizualizacyjny wykorzystuje się również dedykowane środowisko wizualizacyjne klasy HMI. W tym przypadku bez względu na warstwę sprzętową tworzone są bardziej rozbudowane ekrany czy całe aplikacje wizualizacyjne z szerszą funkcjonalnością, wykorzystując jako element przekazu informacji ekran panelu operatorskiego. Innym rozwiązaniem w zakresie wizualizacji danych jest wykorzystywanie narzędzi o szerokich możliwościach funkcjonalnych, przeznaczonych do tworzenia systemów SCADA (Supervisory Control And Data Acguisition). W takich aplikacjach bardzo często znajdują zastosowanie rozproszone aplikacje systemowe, bazujące na wielu serwerach i bazach danych, w których ilość wyświetlanych informacji jest dobierana pod kątem konkretnego operatora.
W takich aplikacjach wizualizacyjnych ważne są makra programowe, budowane w stosunku do operacji warunkowych i sekwencyjnych, obsługujące wejścia/wyjścia, a wybrane dane można zapisywać do pliku. Warto podkreślić, że współczesne panele operatorskie, niejednokrotnie bazujące na architekturze przemysłowych komputerów klasy PC, mogą samodzielnie sterować prostymi procesami, bez konieczności wdrażania sterownika PLC. Przydatne rozwiązanie stanowi również wbudowany symulator pracujący w trybie offline lub online. Tryb offline umożliwia testowanie aplikacji pod kątem poprawnego działania projektowanego ekranu. Z kolei w trybie online dodatkowo używana jest rzeczywista komunikacja z podłączonymi urządzeniami. Biblioteki programu zawierają elementy graficzne. Oprogramowanie paneli pozwala na obsługiwanie skryptów, receptur, alarmów, a wszystkie lub zdefiniowane przez użytkownika zdarzenia, które zachodzą w procesie, mogą być rejestrowane.
W wielu aplikacjach sprawdzą się panele z obudowami przystosowanymi do pracy w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Chodzi np. o urządzenia, które mają wzmocnione matryce dotykowe, obudowy z frontami z podwyższonym stopniem ochrony oraz panele mogące pracować w szerokim zakresie temperatur.
Ważnym parametrem paneli operatorskich jest rozdzielczość ekranu i pojemność pamięci na program wizualizacyjny. Jednocześnie należy podkreślić, że w odniesieniu do aplikacji wizualizacyjnych dla przemysłu nie zawsze najwyższa rozdzielczość jest najlepsza. Ważniejsza jest właściwa widoczność elementów graficznych czy szybkość przetwarzania np. dynamicznych elementów grafiki.
Jak optymalizować interfejsy HMI?
W wielu fabrykach po pewnym czasie użytkowania systemów sterowania i monitoringu współpracujących z aplikacjami HMI narzędzia i funkcje sterowania są optymalizowane, a w konsekwencji zwiększana jest wydajność produkcji. Menedżerowie, właściciele fabryk oraz projektanci i wdrożeniowcy narzędzi zarządzania produkcją oczekują nowoczesnych sterowni, gdzie za pomocą jednego panelu sterowania odbywa się nadzorowanie pracy większości procesów. Wszystkie źródła informacji powinny być wyprowadzane do jednego urządzenia sterującego. Ważny jest przy tym prosty i dobrze zorganizowany interfejs użytkownika programu wizualizacyjnego, obsługiwany przez skutecznie wyszkolonych operatorów, którzy błyskawicznie reagują na wszelkie alarmy i powiadomienia generowane przez system automatyki.
Jednoczesne zwiększenie zarówno wydajności instrumentów HMI, jak i pracy operatora nie zawsze przychodzi łatwo. Mózg człowieka, zresztą podobnie jak komputer, rzadko jest używany w pełnym zakresie możliwości. Oprócz tego pojemność systemów sterujących również nie zawsze jest w pełni wykorzystywana, a niewielu operatorów chce zwiększać swoją wydajność pracy. Inżynierowie sprzedaży systemów automatyki szacują, że w większości wypadków wdrażane w fabrykach aplikacje odpowiedzialne za sterowanie bazują wyłącznie na spełnianiu bieżących potrzeb zakładu, bez uwzględnienia rozwoju i dynamiki zmian funkcji czy metod sterowania. Skutkiem tego systemy sterowania niejednokrotnie osiągają zaledwie 20% swojej wydajności. Za przyczynę tego zjawiska wymienia się źle dobrane lub niewystarczające poszczególne elementy systemu albo słabo wyszkolony personel. W rzeczywistości zwiększenie wydajności systemu HMI to zadanie, które można zrealizować niewielkimi nakładami finansowymi.
W automatyce i systemach wizualizacji procesów produkcji rozwój sprzętu zazwyczaj przebiega wolniej niż oprogramowania. Jednak w dużej mierze ma on wpływ na efektywność systemów. Warto wziąć pod uwagę chociażby wyświetlacze paneli operatorskich i komputerów, które cechują się coraz lepszymi parametrami w zakresie grafiki, rozdzielczości i wydajności. Inny przykład to renderowanie, czyli przedstawienie informacji zawartych w dokumencie elektronicznym w formie najbardziej właściwej dla danego środowiska (np. wizualnie, w tym na ekranie i w druku, czy też dźwiękowo). Do tego coraz większym uznaniem cieszy się mobilność urządzeń oraz zdalny dostęp do danych procesowych, zarówno tych bezpośrednich, jak i przetworzonych – trendy, wyniki analiz. W związku z tym w zaawansowanych systemach automatyki wdraża się coraz więcej urządzeń bazujących na technologii bezprzewodowej.
Systemy klasy SCADA
Są w stanie realizować funkcje programów klasy MES i ERP, a dzięki rozbudowanym narzędziom raportowym można przeprowadzać skomplikowane analizy, kontrole jakości oraz diagnostykę układów sterowania wraz z automatycznym powiadamianiem o nieprawidłowej pracy systemu. Systemy SCADA wykorzystują kodowanie SSL, tworzą i korzystają z dedykowanych kanałów VPN i uwzględniają protokół OPC UA.
W nowoczesnych systemach klasy SCADA stawia się na możliwość obsługi mobilnej poprzez urządzenia typu tablet i smartfon, zapewniające wgląd do danych procesowych w kontekście informacji bieżących, archiwalnych i alarmów. Mobilny interfejs wizualizuje wybrane pomiary kontrolowanego procesu, umożliwiając sterowanie jego pracą. Interfejsy mobilne są optymalizowane pod kątem obsługi poprzez ekrany o stosunkowo niewielkich przekątnych. Warto podkreślić, że niektóre systemy klasy SCADA mają też gotowe bloki funkcjonalne, pozwalające na obsługę urządzeń używanych w automatyce budynkowej. Są to takie elementy, jak centrale wentylacyjne, regulatory sterujące klimatyzacją, urządzenia sterowania oświetleniem, a także urządzenia sterowania roletami i żaluzjami czy bloki harmonogramów czasowych. Stąd możliwość ich integracji z systemami automatyki budynkowej klasy BMS (Building Management System).
Wizualizacja dopasowana
Każda fabryka jest inna, a co za tym idzie, odmienna jest także liczba alarmów i powiadomień. Alarmy mają przy tym różną hierarchię ważności i nie wszystkie z nich muszą być widoczne na interfejsie głównym aplikacji wizualizacyjnej. Z tego powodu w niektórych systemach przewiduje się funkcję podsumowania czy raportowania zaistniałych alarmów, które dodatkowo mogą być filtrowane i organizowane zgodnie z bieżącymi potrzebami procesu i operatora.
W nowoczesnych systemach HMI elastyczność aplikacji zyskuje się dzięki projektowaniu uniwersalnych obiektów wizualizacyjnych. Po zainstalowaniu programu powstałe elementy konstrukcyjne i szablony zdecydowanie ułatwiają tworzenie narzędzi raportowania oraz analiz na różnych poziomach nadzorowania procesów.
W oferowanych na rynku rozwiązaniach odchodzi się od budowy systemu akwizycji, przetwarzania i prezentacji danych, bazującego na mniejszych podsystemach. Unika się więc nieefektywności spowodowanej rozłącznym analizowaniem danych. Konfiguracja musi zapewniać wprowadzanie danych we właściwym kontekście bez konieczności ponownego przetwarzania. Jeżeli operator analizuje określone dane, to nie powinien tej samej czynności powtarzać jego przełożony czy menedżer. Ewentualna ponowna analiza informacji powinna być przeprowadzona w odmienny sposób na potrzeby uzyskania innych danych wyjściowych.
Autor: Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej.
Tekst pochodzi z nr 2/2017 magazynu „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
