Графический интерфейс SCADA–систем

Все современные SCADA–системы позволяют создавать графический интерфейс, что облегчает диалог оператора с машиной. Среди SCADA– систем распространена векторная графика, что позволяет создавать отдельные графические объекты, производить различные операции над ними, обеспечивать динамичность изображения за счет масштабирования, перемещения, вращения, изменения цвета объектов, образующих изображение.

Графический интерфейс может создаваться в специальном редакторе. Во многих случаях (InTouch, Genesis 32) необходимо запускать специальный редактор для создания интерфейса человек- машина. Редактор может быть встроен в систему, предназначенную для разработки АСУ ТП (Trace Mode, Genie).

Редакторы графического интерфейса позволяют создавать различные окна, отличающиеся размерами, цветом фона или изображением, используемым в качестве фона. SCADA–системы позволяют производить переключение между созданными окнами. Окно может создаваться двумя путями:

1. создается стандартное окно (Trace Mode, Genie), которое пользователь настраивает в соответствии с требованиями;

2. создается окно с предварительным выбором типа окна (InTouch, Citect).

В последнем случае пользователь выбирает тип (шаблон) окна, которое он хочет создать. Количество типов окон может быть различным от трех(InTouch) до двенадцати (Citec), к примеру. При большом количестве типов (шаблонов) окон, когда пользователь использует ряд окон, остается только указать имена переменных, которые связанны с создаваемым окном, что позволяет ускорить создание графического интерфейса человек-машина.

Все многообразие изображений, создаваемых в SCADA–системах можно поделить на две большие группы:

1. статическое изображение, которое не изменяется в течение времени (рис. 1.2);

2. динамическое изображение, которое изменяется, отображая ход того или иного технологического процесса или значение физической величины.

Сочетание динамического и статического изображения позволяет получить на экране интуитивно понятное изображение технологического процесса (рис. 1.3), состояние данного процесса. Мнемосхема, изображенная на рис. 1.3 содержит статическое изображение и динамическое. Статическое изображение представлено трубами, насосами, емкостями. Мнемосхема содержит также элементы управления— ползунок, поля для вывода данных,

таких как температура на определенном участке производства. Динамическое изображение, в данном случае, представлено разрезами емкостей, которые позволяют показать уровни жидкостей, которые находятся в них.

Рис. 1.2 Пример статического изображения

Рис. 1.3 Сочетание статического и динамического изображения Среда INTouch предлагает инструменты, которые позволяют создавать

графические примитивы (линии, кнопки, заполненные контуры,), графики (тренды). У каждого графического объекта можно изменить свойства такие, как цвет линии, заполнения, ориентация в пространстве, ширина. Настраивая данные свойства можно обеспечить статичность или динамичность изображения.

Графическая среда Citec в отличии от InTouch содержит специальный инструмент, который позволяет разместить на разрабатываемом окне объекты с динамическими свойствами. Предлагаются следующие стандартные свойства: перемещение (горизонтальное, вертикальное, вращательное), размер (горизонтальный, вертикальный), цвет заполнения и изменение цвета, команда, выполняемая по нажатии и так далее. Среда также позволяет разместить статические изображения из библиотек, что позволяет разместить такие стандартные изображения, как емкость, клапан, электродвигатель. Можно сохранить ряд графических объектов, объединив их в одну группу, что позволяет их разместить в последующем на создаваемом окне. Последнюю возможность предлагает инструмент джинни, что позволяет сократить разработку SCADA–системы, используя созданные ранее графические элементы, объединенные в одну группу.

Графическая среда Trace Mode предлагает инструменты для создания таких графических примитивов, как линия, ломанные, кривые, прямоугольники, плоские фигуры, объемные фигуры, а также различные кнопки, тренды (графики), выключатели, приборы для отображения значения величины, регулятор в виде ползунка, диаграммы. Ряд графических примитивов дают возможность настроить свойства динамического изображения, что позволяет сделать изображение динамическим. Можно выделить следующие виды динамического изображения: динамическая заливка, динамический контур, динамическая трансформация. Многие объекты позволяют настроить выполнения того или иного действия при нажатии или отпускании левой клавиши мыши. Многие графические объекты, позволяют изменять цвет заполнения замкнутой фигуры в зависимости от принадлежности параметра тому или иному диапазону.

Среда Genie предлагает инструменты, которые позволяют не только разместить графические примитивы, такие как линия, окружность, но и графики, стрелочные приборы, разного рода регуляторы, что позволяет пользователю не только отслеживать изменение параметров, но и управлять процессом. Графические примитивы позволяют изменять цвет отображения в зависимости от нажатия на объект или его активности (активен/неактивен).

Тревоги и события

На многих производствах необходимо контролировать тот или иной параметр для исключения аварии, выхода из строя оборудования. SCADA– системы позволяют контролировать значения параметров производственного процесса. Одного только контроля параметров не достаточно, необходимо во многих случаях сообщать оператору об аварийной ситуации, близости значения параметра к аварийному значению, вести учет всех имевших место аварийных ситуаций. Все современные SCADA–системы позволяют работать с тревогами (алармы) и событиями.

Тревога (аларм)— сообщение, предупреждающее оператора о возникновении ситуации близкой к критической, которая может привести к аварии, выходу из строя оборудования и требует внимания и, зачастую, срочного вмешательства оператора.

Событие— сообщение системы, которое не требует срочно вмешательства оператора.

Можно выделить аналоговые и дискретные тревоги. Дискретные тревоги происходят, при соответствующем изменении дискретного сигнала, то есть принимает значение истина или ложь. Аналоговые тревоги заключаются в том, что соответствующий параметр выходит за пределы заданного диапазона.

В SCADA–системе InTouch выделяют стандартную и распределенную систему тревог. Стандартная система тревог информирует об аварийных ситуациях, событиях, которые происходят в локальном InTouch приложении. Распределенная система тревог информирует о тревогах и событиях, которые генерируются другой удаленной InTouch системой, связь с которой осуществляется посредством сети.

Каждому событию и тревоге в системе InTouch ставят в соответствие приоритет. В качестве приоритета выступает целочисленное значение от 1 до 999. Чем меньше число, которое определяет приоритет, тем более важной является генерируемая тревога.

InTouch позволяет установить соответствие между переменной и группой тревог. Пользователь может задать иерархию созданных групп тревог.

InTouch допускает отображение тревог с помощью двух типов окон: текущие тревоги и архив тревог. Первый тип окон отображает текущую тревогу, а второй— выводит информацию о последних тревогах и событиях. Помимо вывода сведений о тревоги на экран предусмотрено сохранение сведений о тревоги в текстовом файле. Сведения о тревоге можно вывести на печать в данной SCADA–системе.

SCADA–система Citect также работает с тревогами и событиями. В данном случае выделяют тревогу аппаратную и конфигурируемую.

Аппаратная тревога возникает в случае неисправности устройств АСУ ТП. Система Citect производит диагностические процедуры для проверки состояния собственного и периферийного оборудования. Конфигурируемые тревоги возникают при выходе параметра за пределы установленного диапазона. Можно выделить четыре типа тревог: дискретные, аналоговые, с меткой времени, составные. Тревога с меткой времени срабатывает при изменении дискретного параметра но, в отличие от дискретной тревоги, имеет точную привязку ко времени, что позволяет достаточно точно определить время возникновения тревоги. Составные тревоги генерируются, когда результат определенного выражения меняет свое значение с «ложь» на

«истина».

Citect допускает классификацию тревог по различным признакам: участок производства, тип тревоги, имя и так далее. Пользователь может определить до 255 категорий тревог. У каждой тревоги свой приоритет. Важность приоритета уменьшается с увеличением его значения от 1 до 255. Таким образом, единице соответствует наивысший приоритет.

Для отображения тревог среда Citect позволяет использовать два объекта: страница текущих тревог и страница сводки тревог. Система позволяет вывести следующую информацию о тревоге: имя переменной, тревоги, описание тревоги, категория тревоги, справочная информация, уровень доступа, время или дата смены состояния, время и дата возникновения и окончания тревоги, длительность тревоги.

Система Trace Mode также позволяет работать с аналоговыми и дискретными тревогами. Система позволяет настроить аналоговые тревоги,

задавая различные диапазоны значений контролируемого параметра. Данная система для представления дискретных сигналов использует специальные типы данных— HEX16 и HEX32. Для настройки дискретных тревог необходимо установить соответствие между тревогой или событием и состоянием соответствующего бита значения, хранимого каналом HEX16(32). Система позволяет установить соответствие между событием или тревогою и категорией. Категория отображает степень важности для пользователя сообщения. В качестве примера можно привести следующие категории: без категории, ошибка, информация, тревога, сообщение, предупреждение.

Тревоги и события могут быть отображаться с помощью специального объекта— отчет тревог, который выводит на экран последнее сообщение о событии или тревоге. Информация о событии или тревоге может сохраняться в текстовом файле (отчет тревог). Сведения о тревогах и событиях могут также выводиться на принтер, отправляться на сотовый телефон в виде SMS, выкладывать в сеть. Возможно также воспроизведение определенного звукового файла при генерировании определенной тревоги или события.

Система Genie позволяет генерировать аналоговые тревоги. Тревоги генерируются, когда контролируемый параметр выходит за установленные границы. Сообщения о тревогах среда позволяет сохранить в файле архива тревог. Возможно также отображения информации о тревогах в специальном окне журнала событий. Система позволяет установить соответствие между объектом для вывода динамического изображения и блоком архива тревог, который генерирует сообщения о тревогах, что позволяет представить информацию об аварийной ситуации в графической форме.

Тренды

Динамику изменения технологического параметра во времени удобно представить в виде зависимости изменения данного параметра во времени. По этой причине в SCADA–системах нашли широкое распространение объекты, которые позволяют представить изменение определенного параметра во времени. Такие объекты называют трендами. Пример тренда

изображен на рис. 1.4 Можно выделить два типа трендов: тренды реального времени и архивные (исторические) тренды.

Рис. 1.4 Тренд

Тренд реального времени отображает в реальном времени изменение параметра. Происходит постоянный сдвиг зависимости влево, новые значения контролируемого параметра постоянного добавляются к построенной зависимости справа. Как правило, тренды содержат полосу прокрутки, что позволяет вернуться «назад» и посмотреть, что происходило ранее на производстве, или вернуться «в текущее время».

SCADA–системы позволяют создавать архив данных. Под архивом следует понимать бинарный файл, который содержит информацию об изменениях контролируемых параметров и времени, когда они произошли. Архивный тренд позволяет построить зависимость выбранного параметра от времени на основе данных, которые сохранены в архиве данных. Подобные тренды также содержат полосу прокрутки, что позволяет проанализировать весь объем данных, содержащихся в архиве.

В SCADA–системе InTouch выделяют тренды архивные и реального времени. Архивный тренд позволяет построить до 8 графических зависимостей параметров от времени. Тренд реального времени позволяет построить до четырех зависимостей. Данная среда поддерживает распределенные архивы, что проявляется в том, что тренд может получать данные от удаленных баз данных InTouch приложений.

SCADA–cистема Citect содержит единую распределенную систему трендов. В данной системе сбор, обработку и хранение информации об изменении параметров для графического представления осуществляет сервер

трендов. При необходимости построения тренда реального времени или архивного клиент обращается к серверу трендов и запрашивает данные.

SCADA–система Trace Mode позволяет строить диаграммы, тренды. Данная среда позволяет строить тренды реального времени и архивные, круговую диаграмму, гистограмму реального времени и архивную. Круговая диаграмма удобна, когда необходимо показать вклад каждой составляющей в сумму всех составляющих. Гистограмма позволяет отобразить значения нескольких параметров в виде столбцов, расположенных рядом друг с другом. Диаграммы удобны для сравнения нескольких параметров друг с другом. В отличие от InTouch и Citect есть тренд X-Y, что позволяет построить зависимость параметра Y от параметра X. Среда Trace Mode не накладывает ограничения на количество трендов или диаграмм, количество графиков на каждом тренде, столбцов гистограммы, секторов круговой диаграммы.

SCADA–система Genie позволяет строить зависимость параметра от времени, зависимость параметра X от Y как и среда Trace Mode.

Рекомендуют строить не более 8 графиков на одном тренде.

Программирование

Все SCADA–cистемы содержат встроенные языки программирования. У каждой системе индивидуальный язык программирования. Все многообразие языков программирования SCADA–систем в зависимости от навыков программирования, которые требуются от пользователя для написания программы, можно разделить на две большие группы:

1. языки, ориентированные на технологов;

2. языки, ориентированные на системных интеграторов.

Поскольку у технологов на практике нет опыта программирования, то использовать языки высокого уровня они не могут. Для них разрабатываются особые языки, которые являются упрощенными, не требующими специальных навыков. Все большее распространение получают графические языки программирования (рис. 1.5). В таком языке программирования пользователь размещает на рабочем поле блоки, которые выполняют

отдельные функции. Каждый блок содержит определенные входы и выходу. Пользователю остается соединить соответствующие выходы с входами, задавая направления передачи данных.

а) б)

Рис. 1.5 Графические языки программирования

Языки, ориентированные на системных интеграторов, у которых есть навыки программирования, больше похожи на Visual Basic.

Во всех языках программирования SCADA–систем можно выделить математические, логические функции, для работы со строками, DDL и SQL обмена данными.

В SCADA–системе InTouch программирование построено на скриптах.

Под скриптом следует понимать программные фрагменты, которые исполняются при определенных событиях, таких как нажатие кнопки, клавиши, открытие окна и так далее. Выделяют скрипты простые и сложные. Для простых скриптов характерно возможность использования операндов, которые позволяют выполнять простые математические действия, сравнения, присваивание и так далее. Сложные скрипты, в отличии от простых, логические операции, такие как оператор сравнения if во многих языках программирования высокого уровня, циклы.

В системе InTouch используются также функции, которые могут быть связаны со скриптами, командами. Система предлагает пользователю различные функции для работы со строками, математическими функциями, системными функциями, тревогами, трендами. Особое место занимает функции Quick Functions, которая является скриптом, вызываемым из других скриптов.

Для системы Citect характерен язык программирования Cicode. Данный язык по своей структуре похож на VisualBasic и C. Большую роль играет команда, которая вызывается тем или иным образом на исполнение и решает определенную задачу. Команды допускают ручной запуск, то есть по нажатие кнопки на экране или клавиши на клавиатуре. Автоматически вызываются на исполнение команды при регистрации оператора системой (оператор ввел пароль при входе в систему), открывании и закрывании окон проекта, при срабатывании тревог или событий, формировании отчета.

В Citect выделяют также выражения, которые, в отличие от команд, не выполняют конкретные задачи, а оценивают их. Выражения включают в себя константы, значения переменных, результат вычислений. Большую роль играют также функции— набор выражений, констант, переменных, операторов, условий. В отличи от команд функция позволяет решать более сложные задачи.

SCADA–система Genie содержит редактор задач. В данном редакторе задается алгоритм обработки данных и управления технологическим процессом на основе графического языка (рис. 1.5, а). Редактор задач, как и любой графический язык программирования, позволяет легко создать

АСУ ТП без навыков программирования. Помимо редактора задач используется Бейсик-сценарий— язык программирования, схожий с VisualBasic. Данный язык позволяет получить большую гибкость программирования, создавая небольшие подпрограммы.

SCADA–система Trace Mode использует модифицированные языки программирования, ST, IL, FBD, LD стандарта IEC61131-3. Язык TexnoST ориентирован на программистов, его синтаксис похож на Pascal и C. Язык позволяет легко писать программы как людям, знакомым с Pascal, так и с C. Это выражается в том, что присвоение, к примеру, можно производить оператором, который можно записать как «=», так и «:=». Данный язык позволяет использовать циклы, операторы безусловного перехода и с условием, выбора. Есть ряд стандартных функций аналогичных С.

Язык Texno IL похож на Ассемблер. Базовым понятием языка является аккумулятор. Аккумулятор— ячейка памяти, содержащая результат вычислений. В данную ячейку записываются результаты всех операций, оператор может туда записать значение любого операнда. Данный язык не содержит циклов, операторов выбора. Язык предоставляет пользователю

операторы для арифметических операций, сравнения, работы с логическими переменными, обращения к аккумулятору, безусловного перехода. Данный язык позволяет писать программы для контроллеров с низкой вычислительной мощностью.

Язык Texno FBD— графический язык программирования (рис. 1.5, б). В данном языке пользователь размещает на рабочем поле блоки, которые выполняют различные функции, и соединяет их входы и выходы, задавая направление передачи данных от блока к блоку.

Язык Texno LD предназначен для специалистов, которые привыкли составлять схемы релейной логики. Оператор размещает на рабочем столе катушки и контакты, блоки языка Texno FBD, соединяет их между собой, задавая алгоритм обработки.

Язык Texno SFC позволяет структурировать сложную программу. Внешне программа напоминает блок схему (рис. 1.6). Такая программа содержит шаги и условия. Каждый шаг такой программы— подпрограмма на одном из языков Trace Mode(TexnoST, Texno IL, Texno FBD, Texno LD), реализующая те или иные действия. Переход к следующему шагу в такой программе производится, когда условие, соответствующее данному переходу, возвращает значение «истина». Условие перехода к следующему шагу представляет собой программу, написанную на одном из языков

Trace Mode(TexnoST, Texno IL, Texno FBD, Texno LD). Таким образом, данный язык позволяет задать алгоритм вызова подпрограмм (шагов), которые могут быть написаны на разных языках Trace Mode.

Рис. 1.6 Пример программы на языке Texno SFC

Отчеты

SCADA–системы позволяют создавать различные отчеты. Под отчетом следует понимать документ, содержащий сведения о состоянии технологических процессов, разного рода событиях и тревогах. Можно выделить два вида отчетов: отчет тревог, который рассматривался при рассмотрении тревог, и отчет о состоянии производства. Рассмотрим подробнее отчет о состоянии производства.

Данный отчет может содержать различные сведения о процессах, оборудовании, тревогах, событиях. Это могут быть как данные, получаемые с различных датчиков, так и результаты обработки данных SCADA–системой. Сам отчет может быть представлен по-разному: как таблица или как html страница, к примеру. SCADA–системы позволяют сохранить созданный отчет в виде книги MS Exsel, pdf-файла, html- страницы.

Системы позволяют следующие действия с созданным документом:

1. отправить на печать;

2. отправить по электронной почте получателя;

3. опубликовать в интернете;

4. отправлять по факсу;

5. сохранять в заданной директории.

Отчет может быть создан SCADA–системой в различных случаях:

1. по команде оператора;

2. периодически с заданным периодом генерации;

3. по событию;

4. при генерировании тревоги;

5. по результатам вычисления.

SCADA–система Trace Mode позволяет создавать отчет в виде-html страницы. Как следствие, отчет позволяет представить различные данные: табличные данные, графики, отчет тревог (вывести тревоги и события), текст,

значения аргументов. Поскольку создается html-страница, пользователь может задать любой фон отчета, размещать рисунки и так далее.

Пользователь создает шаблон документа, который задает правила оформления, создания отчета SCADA–системой в последующем. SCADA– система может формировать отчет как по команде оператора, так и с заданной периодичностью, при различных событиях. Пользователь может написать программу, которая будет вызывать генерирование отчета в тех или иных случаях. Созданный отчет система Trace Mode позволяет вывести на печать, опубликовать на Web-сервере, сохранить в определенной директории. Отчет может быть создан на основе данных, полученной как в течение последнего часа, так и в течении года. Пример отчета системы Trace Mode приведен в приложении 1.

SCADA система Genie также позволяет создать отчет. Для создания отчета среда предусматривает сбор данных, которые сохраняются в файле базы данных. Система Genie 3.0 позволяет создавать отчеты только в табличной форме. Пользователь при задании формы отчета может вводить текст, задавать ключевые слова, определяя каждый столбец таблицы. В специальном планировщике пользователь задает моменты времени, когда должен генерироваться отчет. В заданные моменты времени формируется отчет о состоянии производства на основе созданной пользователем формы отчета, сведений, содержащихся в файле базы данных. Отчет может содержать данные за последние сутки, месяц, год. Пример отчета приведен на рис. 1.7.