FLProg + Nextion HMI. Урок 1 / Блог компании FLProg / Хабр
Добрый день.
Хочу рассказать об одном очень интересном проекте компании ITEAD STUDIO — цветной ЖК дисплей + резистивный сенсор касаний с собственным контроллером, управляемые по UART “Nextion HMI”. Данный проект появился на краудфандинговой платформе Indiegogo и при заявленных 20000 долларах проект собрал более 45000 долларов.
Один из пользователей программы FLProg прислал мне образец такой панели для ознакомления. Начав работать с ней, я был восхищён её возможностями, при очень демократичной цене. По возможностям она очень близко подходит к промышленным HMI панелям, а её редактор представляет собой практически полноценную SCADA систему. Поэтому я интегрировал управление этой панелью в проект FLProg.
В этой серии уроков я расскажу, как работать с этой панелью, и управлять ею из программы FLProg. Первый урок будет посвящён программе Nextion Editor и созданию проекта визуализации в ней.
Для начала предоставлю таблицу характеристик различных моделей панели
Скачать программу Nextion Editor на сайте производителя.
Основное окно программы.
При создании нового проекта (“File” -> “New”) в первую очередь необходимо выбрать место хранения и имя нового проекта. После этого будет предложено выбрать используемую модель панели, ориентацию экрана, и необходимую кодировку.
Для поддержки русских символов необходимо использовать кодировку iso-8859-5.
Рассмотрим окно программы с открытым проектом.
Зоны окна:
- Главное меню.
- Библиотека элементов.
- Библиотека изображений /Библиотека шрифтов.
- Область отображения.
- Список страниц проекта
- Зона редактирования атрибутов выбранного элемента.
- Окно вывода результатов компиляции.
- Окно для ввода кода, выполняемого при возникновении события.
- Меню управления выравниванием и порядком элементов.
Сразу после создания проекта в нём будет создана первая страниц с индексом 0 именем по умолчанию “page0”. Данное имя можно сменить, сделав двойной клик на нём и введя новое имя. Имя страницы должно быть уникальным в пределах проекта. После ввода нового имени страницы необходимо нажать “Enter”.
Рассмотрим меню списка страниц (5).
— Добавить страницу.
— Удалить страницу. Индексы страниц будут пересчитаны для устранения пустот.
— Вставить страницу перед выделенной. Индексы страниц будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— Поднять страницу в списке вверх. Индексы страниц будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— Опустить страницу в списке вниз. Индексы страниц будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— Скопировать выделенную страницу. Копия выделенной страницы будет добавлена в низ списка.
— Удалить все станицы.
При выборе страницы в списке, в зоне редактирования атрибутов (6) будет возможно изменить параметры странницы.
При выборе определённого атрибута в нижней части данной зоны будет показана дополнительная информация по атрибуту.
Я до конца не освоил или не понял необходимость всех атрибутов имеющихся в редакторе, поэтому буду рассказывать только о тех, с которыми разобрался.
Атрибуты страницы.
- vscope – Видимость. Возможные значения:
- local – видимость в пределах данной страницы
- global – видимость на всех страницах. Мне непонятно назначение данного атрибута в контексте страницы.
- sta – Режим заливки фона. Возможные значения:
- no background – нет заливки. При отображении страницы в таком режиме в качестве фона окажется ранее отрисованная страница
- solid color – сплошная заливка цветом, заданным с помощью атрибута “bco”
- image – использование в качестве фона картинки. В качестве картинки используется изображение с индексом заданным в атрибуте “pic”. Соответственно данное изображение предварительно должно быть загружено в библиотеку изображений(3). Изображение по размеру должно соответствовать разрешению экрана панели. В случае превышения изображением размера панели будет выдана ошибка, и изображение не будет наложено, в случае размера изображения меньшего, чем панель на незакрытых им областях экрана будет видна отрисованная ранее страница
Следующий атрибут зависит от режима заливки фона.
В режиме “no background” этот атрибут отсутствует.
В режиме “solid color” это атрибут “bco”. Он определяет каким цветом будет заливаться фон страницы. В поле значения данного атрибута отображается код цвета в формате Hight Color. При двойном клике на этом поле открывается окно выбора цвета.
Данное окно используется при задании значений всех атрибутов связанных с цветом.
В режиме “image” это атрибут “pic”. Он определяет, какое изображение используется для заднего фона страницы. При двойном клике на поле значения данного атрибута открывается окно выбора изображения.
Данное окно так же используется в программе для задания значений всех атрибутов связанных с изображением.
Остальные атрибуты показывают размеры страницы, и доступны для редактирования, но я не советую их трогать, поскольку поведение страницы в этом случае не предсказуемо.
Теперь рассмотрим библиотеку изображений и библиотеку шрифтов. Они находятся в зоне 3 на вкладках “Picture” и “Fonts” соответственно.
Вкладка “Picture”.
На вкладке показываются загруженные в проект изображения, а так же отображены их индекс и размеры.
Меню вкладки.
— Добавить изображение. При нажатии этой кнопки откроется стандартное окно выбора файла изображения на диске. Возможен множественный выбор.
— Удалить выделенное изображение. Индексы изображений будут пересчитаны для устранения пустот.
— Заменить выделенное изображение. При нажатии на эту кнопку откроется стандартное окно выбора файла изображения на диске. Выбранное изображение заменит выделенное, при этом не только в библиотеке, но и в тех местах, где оно используется.
— Вставить новое изображение перед выделенным. При нажатии на эту кнопку откроется стандартное окно выбора файла изображения на диске. Выбранное изображение вставится перед выделенным. Индексы изображений будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— Поднять изображение в списке вверх. Индексы изображений будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— Опустить изображение в списке вниз. Индексы изображений будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— удалить все изображения.
Вкладка “Fonts”.
На этой вкладке отображаются шрифты, используемые в проекте. Для того что бы добавить шрифт в проект, необходимо сначала сгенерировать файл шрифта с помощью инструмента “Font Generator”. Данный инструмент вызывается из главного меню программы “Tools” -> “Font Generator”.
В окне этого инструмента надо выбрать размер шрифта, выбрать исходный шрифт из системы, схему (я, честно говоря, не понял что это такое) и ввести имя шрифта которое будет отображаться в списке шрифтов. Затем нажимаем кнопку “Generate font”. При этом будет запрошено место сохранения шрифта и имя файла. Файл шрифта сохраняется с расширением “.zi”. При закрытии окна “Font Generator” будет предложено сразу добавить сгенерированный шрифт в библиотеку шрифтов проекта.
Меню вкладки.
— Добавить шрифт. При нажатии этой кнопки откроется стандартное окно выбора файла шрифта на диске. Возможен множественный выбор.
— Удалить выделенный шрифт. Индексы шрифтов будут пересчитаны для устранения пустот.
— Заменить выделенный шрифт. При нажатии на эту кнопку откроется стандартное окно выбора файла шрифта на диске. Выбранный шрифт заменит выделенный, при этом не только в библиотеке, но и в тех местах, где он используется.
— Вставить новый шрифт перед выделенным. При нажатии на эту кнопку откроется стандартное окно выбора файла шрифта на диске. Выбранный шрифт вставится перед выделенным. Индексы шрифтов будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— Поднять шрифт в списке вверх. Индексы шрифтов будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— Опустить шрифт в списке вниз. Индексы шрифтов будут пересчитаны для обеспечения последовательности сверху вниз.
— Пред просмотр выделенного шрифта.
— удалить все шрифты.
Теперь рассмотрим библиотеку элементов (2).
Элементы в проект добавляются кликом по нему. Графические элементы добавляются в позицию 0@0, таймер и переменная в строку под зоной экрана.
Практически все графические элементы имеют атрибуты “objname”, “vscope” и “sta”. Коротко я уже рассказал о последних двух в контексте страницы. Немного расширю рассказ.
- “objname” – имя элемента. Используется при написании кода и при запросах к атрибутам через UART.
Атрибут “vscope” определяет доступность элемента для изменения его атрибутов и может иметь два значения:
- “local” – прочитать и изменить атрибуты элемента можно, только если активна страница, на которой он расположен. Это касается как кода исполняемого на самой панели, так и при запросах через UART.
- “global” — прочитать и изменить атрибуты элемента можно в любой момент времени. Это касается как кода исполняемого на самой панели, так и при запросах через UART. При использовании этого значения атрибута необходимо следить за уникальностью имени в пределах всего проекта.
Атрибут “sta” определяет режим заливки фона элемента и может иметь следующие значения:
- “solid color” – заливка фона сплошным цветом.
- “image” – использование картинки в качестве фона. Размер элемента подгоняется под размер картинки.
- “crop image” – дословный перевод «вырезанное изображение». По смыслу наиболее близко как ни странно к прозрачному фону. Идеология такая. В качестве фона берётся картинка, но она накладывается в нулевые координаты страницы. В качестве фона элемента используется участок изображения, который совпадает с проекцией элемента на область страницу. Но это легче попробовать, чем объяснить.
В списке атрибутов (6) часть из них показана зелёным цветом. Эти атрибуты доступны для чтения и записи как с помощью кода исполняемого на самой панели, так и с помощью команд через UART. Атрибуты, показанные чёрным цветом, изменяются только через редактор на этапе разработки проекта.
Рассмотрим доступные элементы.
— Поле с текстом.
Атрибуты элемента:- “objname”
- “vscope”
- “sta”
- “bco” – цвет заливки фона. Этот атрибут появляется при выборе значения “solid color” в атрибуте “sta”
- “pic” – индекс картинки для фона. Этот атрибут появляется при выборе значения “image” в атрибуте “sta”
- “picс” – индекс вырезанной картинки для фона. Этот атрибут появляется при выборе значения “crop image” в атрибуте “sta”
- “pco” – цвет надписи. Значение атрибута – код цвета в формате Hight Color, которым будет написан текст
- “font” – индекс шрифта, которым будет написан текст.
- “xcen” – Горизонтальное выравнивание. Возможные значения:
- 0 – по левому краю
- 1 – по центру
- 2 — по правому краю
- “ycen” – вертикальное выравнивание. Возможные значения:
- 0 – по верху
- 1 – по центру
- 2 – по низу
- “txt”
Панель оператора как средство создания высокоэффективного HMI
Сегодня существует три основных способа создания HMI.
Первый и традиционный способ — это применение светосигнальной арматуры (рис. 1) в виде переключателей, кнопок, сигнальных ламп, маячков, колонн и т. д. Преимуществами такого метода являются относительно низкая стоимость реализации, высокая надежность и ремонтопригодность. Он подходит для отдельных технических агрегатов и установок (электродвигатели, насосные агрегаты, вентиляторы и т. д.), на которых реализованы несложные технологические процессы и где используются системы управления на базе релейно-контактных схем.
Рис. 1. Светосигнальная арматура
Второй способ является развитием первого. Дело в том, что для управления сложными технологическими объектами с большим количеством сигналов контроля и управления применение HMI, реализованных только на базе светосигнальной арматуры, будет неэффективным решением. Громоздкие пульты управления с множеством сигнальных ламп, переключателей, тумблеров не способствуют повышению качества взаимодействия с оперативным персоналом. Поэтому второй метод основан на применении таких технический решений, как панельные компьютеры и панели оператора (НMI-панели, рис. 2).
Рис. 2. АРМ на базе HMI-панели
Третий способ — это реализация НMI на базе автоматизированных рабочих мест (АРМ), представляющих собой персональный компьютер (ПК) с развернутой SCADA-системой (рис. 3).
Выбор того или иного способа организации HMI зависит от ряда факторов: сложности и архитектуры автоматизированной системы, целесообразности применения тех или иных технических решений и др.
Рис. 3. АРМ на базе SCADA-системы
HMI-панели
Панели оператора используются в разных сферах человеческой деятельности. Их активно применяют для автоматизации отдельных агрегатов, установок или целого технологического процесса в структуре АСУ ТП.
Трехуровневая архитектура современных АСУ ТП (рис. 4) определила комбинированный подход к реализации HMI: на верхнем уровне (диспетчеризации) развернута SCADA-система, а на среднем (контроля и управления) помещены HMI-панели или панельные компьютеры.
Рис. 4. Трехуровневая структура АСУ ТП
Применение панелей оператора на среднем уровне позволяет прежде всего повысить надежность работы автоматизированной системы. Как правило, HMI-панель входит в состав щита или пульта управления отдельной технологической операцией, а то и технологическим процессом в целом. В случае выхода из строя центрального АРМ на базе SCADA-системы оперативный персонал может локально производить настройку и контроль параметров технологического процесса. Использование HMI-панелей также позволяет повысить скорость и эффективность пусконаладочных работ.
Более того, при автоматизации небольших объектов HMI-панель может стать хорошей альтернативой полноценной SCADA-системе и промышленным панельным компьютерам. Это возможно благодаря тому, что современные HMI-панели, такие как панели оператора ТМ ONI, обладают широким функционалом, который сопоставим с работой SCADA-системы.
Разработка HMI на базе панелей оператора
Современная HMI-панель — это специализированное микропроцессорное устройство с дисплеем, предназначенное для создания HMI. Она поставляется с предустановленными операционной системой и средой исполнения проектов пользовательского HMI. Этим панель оператора отличается от ПК и панельных промышленных компьютеров, на которые необходимо дополнительно устанавливать программные пакеты и другие приложения — как правило, платные.
Рассмотрим ключевые параметры HMI-панелей и особенности их практического применения на примере панелей оператора ТМ ONI.
Сегодня в ассортимент ТМ ONI входит шесть таких устройств: одна текстовая панель TD-MP-043 и пять сенсорных графических панелей серии ETG (рис. 5).
Рис. 5. Панели оператора ТМ ONI
Модели серии ETG оснащены микропроцессором ARM Cortex A8 с тактовой частотой 600 МГц и работают под управлением операционной системы на базе ядра Linux. Разработка проекта HMI осуществляется в программном обеспечении (ПО) ONI Visual Studio (рис. 6).
Рис. 6. Программное обеспечение ONI Visual Studio
Для текстовой панели оператора ONI TD-MP-043 предусмотрено отдельное ПО ONI TD (рис. 7).
Все программное обеспечение распространяется бесплатно и функционирует без ограничений. Актуальную версию можно скачать на сайте компании.
Рис. 7. Программное обеспечение ONI TD
Проект пользовательского HMI представляет собой набор экранов с расположенными на них графическими элементами. При помощи этих элементов осуществляются ввод и отображение информации.
Сенсорные панели оператора ONI серии ETG позволяют выводить информацию в стандартных для систем диспетчеризации формах: мнемосхемах, трендах (текущих и архивных параметров), аналитических отчетах за определенный период, журналах событий и аварий (рис. 8).
Рис. 8. Формы представления информации
Место хранения архивных данных (для их последующей обработки, анализа и вывода на экран) может определить разработчик проекта в зависимости от решаемой задачи и необходимой глубины хранения. Панели оператора ONI серии ETG позволяют хранить данные во внутренней памяти ПЗУ (ROM), но поскольку она ограничена по объему, можно использовать и внешнее запоминающее устройство USB или SD-карту памяти.
Благодаря широкому набору графических компонентов, а также возможности настройки их функций, внешнего вида, свойств и логики отображения можно создать HMI, способный удовлетворить самые разные требования. При этом реализованный в ONI Visual Studio функционал не требует от разработчика специальных навыков программирования.
Порядок разработки проекта можно описать как следующую последовательность шагов:
- Создание нового проекта в ONI Visual Studio (рис. 9).
Рис. 9. Окно создания проекта HMI
- Настройка коммуникационных портов и протоколов, по которым будет осуществляться обмен данными с внешними устройствами (рис. 10).
Рис. 10. Окно настройки коммуникационных портов
- Создание окон проекта HMI.
- На этом этапе определяется, сколько и каких окон будет в проекте. Настраиваются их свойства (цвет фона, границы, действия и функции при вызове) и порядок навигации (переключения) между окнами (рис. 11).
Рис. 11. Менеджер окон
- Разработка дизайна пользовательского интерфейса.
- Данный этап очень важен, ведь именно от него зависит дальнейшее удобство работы пользователя с НMI. Интерфейс должен быть эргономичным, соответствовать требованиям нормативной документации, а самое главное — удовлетворять требованиям заказчика. В связи с этим предварительно необходимо подготовить и согласовать эскиз НMI (рис. 12).
Рис. 12. Пример пользовательского интерфейса
- Привязка графических элементов к адресам памяти для обмена данными между панелью оператора и внешними устройствами контроля и управления.
В зависимости от своей функции графический элемент может отображать или передавать данные. Работа на данном этапе является очень кропотливой и требует большой концентрации внимания от разработчика. Облегчить процесс может инструмент «Библиотека адресных меток» в ONI Visual Studio. Он позволяет предварительно присвоить текстовые метки (tag name) всем адресам памяти внешнего устройства (рис. 13) и впоследствии работать уже с ними, а не с самими адресами.
Рис. 13. Библиотека адресных меток
Как было указано выше, в ONI Visual Studio доступен большой набор инструментов по созданию пользовательского интерфейса: готовые графические элементы, векторные примитивы для рисования, а также загрузка своих рисунков. Библиотеку графических элементов разработчик может пополнять собственными элементами (рис. 14).
Рис. 14. Библиотека графических элементов
Для предварительной отладки НMI можно воспользоваться инструментом «Моделирование в симуляторе», позволяющим скомпилировать и запустить проект на ПК без физического соединения с внешним устройством.
Практически любую задачу, связанную с получением, хранением, отображением и передачей данных в HMI-панели, можно решить стандартными инструментами ONI Visual Studio. Если этого функционала не хватает, можно воспользоваться инструментом «Макрос» — он позволяет решать нестандартные задачи с помощью встроенного языка программирования С (рис. 15).
Рис. 15. Окно создания макроса
Интерфейс ПО ONI Visual Studio полностью русифицирован и интуитивно понятен. Для того чтобы освоить и начать создавать простые HMI-проекты в ONI Visual Studio, в среднем требуется один день.
Коммуникационные возможности HMI-панелей
Современные HMI-панели обладают широкими коммуникационными возможностями. Сенсорные панели оператора ONI серии ETG оснащены последовательными интерфейсами RS-232/RS-485, Ethernet, портами USB-Host и USB-Slave. В некоторых панелях также есть слот для SD-карты (рис. 16).
Рис. 16. Коммуникационные возможности HMI-панелей
Интерфейс USB-Slave предназначен для загрузки проекта HMI, разработанного в ПО ONI Visual Studio. С помощью USB-Host можно подключить к панели оператора клавиатуру и компьютерную мышь с USB-выходом. Кроме того, к этому порту можно подсоединить внешнее запоминающее устройство USB (USB-флэш-накопитель или жесткий диск). Как было сказано выше, это позволяет расширить объем внутренней памяти ПЗУ (ROM) панели оператора, если в ней планируется хранить большой объем архивных данных. Для загрузки проекта HMI можно также использовать Ethernet-соединение, интерфейс USB-Host или SD-карту.
Сенсорные панели оператора ONI серии ETG поддерживают большое количество протоколов передачи данных различных производителей (рис. 17), а также популярный открытый протокол Modbus (RTU и TCP). Текстовая панель ONI TD-MP-043 предусматривает только протокол Modbus RTU. Такие коммуникационные возможности делают панели универсальным средством создания HMI.
Рис. 17. Окно настройки COM-порта
Чаще всего панель оператора применяют в паре с программируемым логическим контроллером (ПЛК) или группой контроллеров. ПЛК осуществляет контроль и управление исполнительными механизмами согласно заложенному в нем алгоритму, а HMI-панель является средством отображения и ввода данных в ПЛК.
Такие инструменты ONI Visual Studio, как «Рецепт», «Таймер», «Расписание задач» и особенно «Макрос», позволяют реализовать алгоритм контроля и управления в самой HMI-панели. Такая возможность может быть актуальна, если в системе автоматизации отсутствуют ПЛК, но есть исполнительные механизмы и контроллеры с жесткой логикой, поддерживающие протоколы передачи данных. В качестве примера подобного технического решения можно привести систему управления несколькими насосными станциями с частотно-регулируемым приводом. В каждой насосной станции преобразователь частоты с протоколом Modbus RTU управляет насосом, и можно реализовать необходимый алгоритм чередования запуска станций с помощью одной HMI-панели.
Панели оператора ONI серии ETG предлагают еще несколько коммуникационных возможностей, которые может использовать разработчик для создания интересных и высокоэффективных технических решений:
- Работа HMI-панели в режиме «Удаленный НМI». В этом случае HMI-панель может получать доступ к регистрам памяти панели оператора, которая физически удалена (размещена в другом помещении, установлена в другом НКУ и т. д.). Такой режим можно настроить при наличии Ethernet-соединения.
- Используя Ethernet-соединение между двумя удаленными друг от друга HMI-панелями, можно применить еще один режим работы — «Удаленный ПЛК». Его суть заключается в том, что HMI-панель может получить доступ к регистрам контроллера, который подключен к удаленной HMI-панели по COM-порту.
- Встроенный в HMI-панели VNC-сервер позволяет организовать удаленный доступ к пользовательскому интерфейсу при помощи ПК, если они находятся в одной локальной Ethernet-сети (рис. 18). При наличии Wi-Fi-роутера можно обеспечить беспроводное управление с мобильного устройства (смартфона или планшета). Для работы в этом режиме ПК и мобильное устройство должны быть оснащены VNC-клиентом (как правило, распространяется бесплатно).
Рис. 18. Удаленный доступ к HMI-панели по технологии VNC
HMI-панель в составе НКУ
Панели оператора активно применяют для создания удобного HMI в различных низковольтных комплектных устройствах (НКУ), таких как щиты автоматизации, диспетчеризации, управления, мониторинга и т. д. Это позволяет свести к минимуму физические элементы: светосигнальную арматуру, кнопки, переключатели, стрелочные приборы и т. д.
Как правило, HMI-панель устанавливают на лицевой панели щита, шкафа или пульта управления. На рис. 19 приведен пример применения панели оператора в составе щита автоматизации. На рис. 2 HMI-панель включена в пульт управления.
Рассмотрим порядок установки панели оператора ONI серии ETG. Процесс достаточно прост и состоит из трех основных шагов (рис. 19):
- В том месте корпуса, где планируется разместить HMI-панель, необходимо отметить место выреза будущего монтажного отверстия (его размеры указаны в паспорте и системном руководстве).
- Произвести вырез отверстия по указанным меткам.
- Установить HMI-панель в вырез и закрепить специальными металлическими фиксаторами, входящими в комплект поставки.
Рис. 19. Порядок установки HMI-панели в оболочку НКУ
Все панели оператора ONI оснащены специальным силиконовым уплотнением, которое обеспечивает плотное прилегание панели оператора к корпусу, тем самым позволяя сохранить степень IP-защиты корпуса (рис. 20).
Степень защиты самой HMI-панели определяется через степень защиты фронтальной стороны, которая имеет уровень IP65, и тыльной стороны — IP20.
НКУ, в состав которых входят HMI-панели, эксплуатируются в различных климатических условиях и могут быть подвержены при эксплуатации механическим и химическим воздействиям. Поэтому панели оператора ONI выполнены из материалов, обладающих высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред и повышенной защитой от механических повреждений. Температура их эксплуатации составляет –20…+70 °C.
Рис. 20. Монтажный комплект для крепления HMI-панели
Заключение
Панель оператора является универсальным средством создания HMI в различных системах автоматизации. И сегодня, благодаря широкому функционалу и доступной цене, НMI-панели становятся все более популярными.
ТМ ONI предлагает высококачественное оборудование для автоматизации, включая HMI-панели (табл.), на базе которых можно создать интерфейс, способный удовлетворить даже специфические требования.
| |||||
Артикул | ETG-CP-043 | ETG-CP-070 | ETG-CP-097 | ETG-CP-121 | ETG-CP-150 |
Экран, ” | 4,3 | 7 | 9,7 | 12,1 | 15 |
Рабочая температура, °С | –20…+70 | 0…+50 | 0…+50 | –20…+70 | –20…+70 |
Корпус | Металл | Пластик | Пластик | Металл | Металл |
CPU | Cortex A8 600 МГц | ||||
ROM/RAM, Мбайт | 128/128 | ||||
Тип подсветки | LED | ||||
Тип сенсора | 4-проводной резистивный | ||||
Цветность, бит | 24 | ||||
USB-порт | USB-Host/USB-Slave | ||||
COM-порт | RS-232/RS-485 | ||||
Ethernet, Мбит | 10/100 | ||||
Срок службы, ч | 50 000 | ||||
Вконтакте
Google+
Тестирование HMI в проектах в связке с контроллером и PLCSIM | Magistral
На этапе планирования проекта или во время его реализации и масштабирования, часто необходимо моделировать HMI и управлять проектами.
Требования к моделированию могут быть очень обширными в зависимости от задачи. Например, может потребоваться смоделировать работу нескольких контроллеров и HMI устройства. В этой статье описывается, как имитировать различные элементы управления и визуализации.
Мы рассмотрим несколько сценариев моделирования. Реализация подробно рассматривается в следующих главах. Используемые компоненты, предварительные условия и любые ограничения объясняются в начале отдельных сценариев.
Моделирование панели оператора HMI
• Проект состоит из одной или нескольких панелей оператора и контроллеров HMI.
• Рабочее устройство HMI недоступно и должно быть смоделировано.
• Контрольные устройства доступны
Моделирование рабочего устройства HMI и системы управления (локально)
• Проект состоит из блока управления HMI и блока управления.
• Устройство HMI должно быть смоделировано.
• Управление должно быть смоделировано
Моделирование одного или нескольких контроллеров и / или операционных устройств HMI
• Проект состоит из нескольких панелей оператора HMI и органов управления
• Одно или несколько рабочих устройств HMI должны быть смоделированы.
• Один или несколько элементов управления должны быть смоделированы
Сценарий 1
Моделирование панели оператора HMI
Моделирование панели оператора HMI. В этом примере показано, как имитировать работающее устройство HMI. Система может состоять из любого количества компонентов. Используется программное обеспечение для моделирования, которое полностью интегрировано в TIA портал.
Требования
• Система автоматизации полностью настроена и загружена.
• STEP 7 Basic / Professional V15.1 установлен в инженерной системе.
• Инженерная система должна быть физически связана с системой автоматизации и находится в той же полосе IP.
Пример конфигурации
Конфигурация
1. Используйте команду ping в командной строке ПК разработчика, чтобы проверить, все ли участники системы автоматизации доступны.
2. Проверьте настройки в интерфейсе PG / PC инженерного ПК в разделе «Пуск> Панель управления> Все элементы управления> Установить интерфейс PG / PC» («Пуск> Панель управления> Все элементы панели управления> Установить интерфейс PG / PC»). ). Выберите вашу сетевую карту для точки доступа (здесь «CP_L2_1»), которую вы хотите использовать. В данном случае «Intel….… TCPIP».
Примечание Часто в качестве точки доступа для интерфейса PG / PC выбирается «S7Online». Преимущество этого интерфейса в том, что он установлен по умолчанию для связи между Runtime Advanced и панелями.
Запуск HMI симуляции
1. Откройте планирование вашего проекта в инженерной системе.
2. Выберите систему / устройство HMI для моделирования.
3. Нажмите кнопку Simulation на верхней панели инструментов.
Симуляция
• Когда симуляция запущена, проект HMI переводится.
• Вы можете работать как обычно с помощью мыши.
• Чтобы проверить успешное подключение вашего устройства HMI к контроллерам, вы можете использовать элемент управления «Диагностика системы». Этот элемент управления дает обзор всех подключений устройства HMI. Отображается название устройства, а зеленая галочка указывает на успешное подключение (см. рисунок).
Примечание Вы можете запустить симуляцию «панели оператора HMI» только на ПК. Если программное обеспечение WinCC (TIA Portal), включая встроенное программное обеспечение для моделирования, установлено на нескольких ПК, вы можете моделировать другие устройства управления HMI с этих ПК-станций и обмениваться данными с контроллером SIMATIC.
Завершение симуляции
• Вы можете прервать моделирование во время выполнения, как обычно, используя функцию «Выход из среды выполнения», которую вы интегрировали, например, в событие нажатия кнопки.
• Если вы еще не вставили функцию «Выход из среды выполнения» в свой проект HMI, вы можете завершить среду выполнения в «области уведомлений» Windows. Нажмите правой кнопкой мыши на иконку времени выполнения (1). В открывшемся контекстном меню щелкните элемент «Выйти из среды выполнения графики» («Деактивировать среду выполнения») (2).
Сценарий 2
Моделирование рабочего устройства HMI и системы управления (локально)
В этом примере показано, как имитировать управляющее устройство HMI и контроллер SIMATIC. Система автоматизации состоит только из этих двух компонентов, или только функциональные возможности этих двух компонентов должны быть проверены вместе.
Примечание Программное обеспечение для моделирования PLCSIM V15.1 блокирует связь с внешними участниками. Следовательно, только эти два компонента могут взаимодействовать друг с другом в этом примере сценария.
Программное обеспечение для моделирования, которое полностью интегрировано в портал TIA, используется для этого приложения.
В зависимости от установленной версии WinCC можно имитировать базовые панели, панели комфорта или системы времени выполнения ПК и элементы управления SIMATIC, встроенные в портал TIA. Лицензия не требуется для этого.
Примечание Отдельная установка программного обеспечения «SIMATIC S7PLCSIM V15.1» необходима, поскольку по умолчанию он не устанавливается с порталом TIA. После установки программное обеспечение интегрируется в портал TIA и управляется через него.
Требования
• Тестируемая система автоматизации состоит только из блока управления HMI и SIMATIC контроллер.
• Система автоматизации полностью настроена.
• STEP 7 Basic / Professional V15.1 установлен в инженерной системе.
• SIMATIC S7PLCSIM V15.1 установлен в инженерной системе.
На этом рисунке показан пример структуры завода, который будет моделироваться. Система состоит из контроллера и блока управления HMI. Оба компонента моделируются в инженерной системе.
Конфигурация
Поскольку связь осуществляется только внутри вашей инженерной системы, никаких специальных настроек в системе не требуется.
Начните контрольную симуляцию
1. Откройте планирование вашего проекта в инженерной системе.
2. Выберите элемент управления SIMATIC для моделирования в навигаторе проекта или в обзоре сети.
3. Нажмите кнопку Simulation на верхней панели инструментов.
Примечание После нажатия кнопки для запуска симуляции вы получите сообщение «Все остальные онлайн-интерфейсы деактивируются при запуске симуляции».
Это означает, что система переключает интерфейс PG / PC на «PLCSIM.TCPIP». Из-за преобразования интерфейса PG / PC больше невозможно установить соединение с внешними устройствами. Подтвердите сообщение нажатием «ОК».[/message ]
| Входы | Цвет, анимация | Описание |
|---|---|---|
| Программные кнопки | ||
| HH | Зелёный фон, если уставка активирована | Активировать уставку HH |
| H | Активировать уставку H | |
| L | Активировать уставку L | |
| LL | Активировать уставку LL | |
| Ремонт | Зелёный фон, если режим активен | В режиме «Ремонт» подавляются все аварийные сообщения |
| X | Красная буква Х | Закрыть фейсплату |
| Уставки | ||
| HH | Белый фон, если уставка активирована. Серый фон — если не активирована. | Верхний аварийный порог |
| H | Верхний предупредительный порог | |
| L | Нижний предупредительный порог | |
| LL | Нижний аварийный порог | |
| Max | Белый фон | Верхняя граница шкалы измерений датчика |
| Min | Нижняя граница шкалы измерений датчика | |
| Перелёт | Граница Overshoot Min | |
| Недолёт | Граница Undershoot Max | |
| Выходы | ||
| Текстовые поля | ||
| Имя датчика | Например, T 001 | |
| Инженерные единицы | Например, °C | |
| Поля вывода | ||
| Показания датчика | PV | |
| Ток | Расчётное значение тока датчика | |
| Предупредительные сообщения | ||
| Зашкал | Сиреневый | Overflow (AI = 32767) |
| Обрыв | Underflow (AI = -32768) | |
| Выход за верхний порог H | Жёлтый | AI ≥ H |
| Выход за нижний порог L | AI ≤ L | |
| Выход за верхнюю границу диапазона достоверных измерений | Overshoot range (27649 ≤ AI ≤ 32511) | |
| Выход за нижнюю границу диапазона достоверных измерений | Undershoot range (-4864 ≤ AI ≤ -1) | |
| Аварийные сообщения | ||
| Выход за верхний порог HH | Красный | AI ≥ HH |
| Выход за нижний порог LL | AI ≤ LL | |
| Столбиковая диаграмма (Bar) | Fill – серый, фон — белый | |
Программное обеспечение — Weintek
EasyBuilder Pro (версия 6.x)
Размер 518 MB
Релиз: 01/04/2020
Версия: 6.03.02.463 (список изменений)
Бесплатная среда разработки проектов для панелей Weintek новых серий: cMT, MT iE/XE, mTV и eMT3000
EasyBuilder Pro более не поддерживает Windows XP.
EasyBuilder Pro (версия 5.x)
Размер 382 MB
Релиз: 9/08/2017
Версия: 5.07.02.105 (список изменений)
Бесплатная среда разработки проектов для панелей Weintek новых серий: cMT, MT iE/XE, mTV и eMT3000
EasyBuilder Pro более не поддерживает Windows XP.
Easybuilder 8000
Размер 116 MB
Релиз: 31/05/2016
Версия: 4.66.02.012 (список изменений)
Бесплатная среда разработки проектов для панелей Weintek устаревших серий: MT6000/8000(i)
EasyLauncher
Размер 39.7 MB
Релиз: 28/06/2019
Версия: 1.11.74
Бесплатный оконный менеджер для панельных ПК под управлением ОС Windows с интегрированным ПО cMT Viewer (клиент системы Cloud HMI)
EasyAccess 2.0
Размер 54.0 MB
Релиз: 28.02.2020
Версия: 2.9.8 (список изменений)
ПО для удаленного доступа к панелям оператора Weintek (требуется подписка на EasyAccess 2.0)
cMT Viewer
Размер 29.8 MB
Релиз: 28/06/2019
Версия: 2.9.74
Приложение для устройств под ОС Windows для удаленного управления серверами системы Cloud HMI. Также доступны версии для Android и iOS:
EasyRemoteIO
Размер 8.34 MB
Релиз: 28/03/2019
Версия: 1.20.13
Бесплатная утилита для конфигурации модулей ввода-вывода серии iR
Что такое HMI? | Индуктивная автоматизация
Экраны любезно предоставлены Tamaki Controls (в центре справа)HMI Defined
Человеко-машинный интерфейс (HMI) — это пользовательский интерфейс или информационная панель, которая соединяет человека с машиной, системой или устройством. Хотя этот термин технически может применяться к любому экрану, который позволяет пользователю взаимодействовать с устройством, HMI чаще всего используется в контексте промышленного процесса.
Хотя HMI является наиболее распространенным термином для этой технологии, его иногда называют человеко-машинным интерфейсом (MMI), терминалом интерфейса оператора (OIT), локальным интерфейсом оператора (LOI) или терминалом оператора (OT).HMI и графический интерфейс пользователя (GUI) похожи, но не синонимы: GUI часто используются в HMI для визуализации.
В промышленных условиях HMI можно использовать для:
- Визуальное отображение данных
- Отслеживайте время производства, тенденции и теги
- Наблюдать за KPI
- Мониторинг машинных входов и выходов
- И более
Подобно тому, как вы взаимодействуете со своей системой кондиционирования воздуха для проверки и контроля температуры в вашем доме, оператор производственного цеха может использовать HMI для проверки и контроля температуры промышленного резервуара для воды или для проверки наличия определенный насос на объекте в настоящее время работает.
ЧМИбывают самых разных форм, от встроенных экранов на машинах до компьютерных мониторов и планшетов, но независимо от их формата или того, какой термин вы используете для их обозначения, их цель — дать представление о механических характеристиках и прогрессе. .
HMI для прикладных технических систем (ATS), который отображает и контролирует рабочие задания для цеха по производству самолетов на территории университета. На этом экране отображаются рабочие задания (верхняя половина экрана), KPI (нижний левый) и OEE (нижний правый).Этот экран HMI, созданный для Горного регионального водного округа, показывает обзор системы района. Этот экран HMI от завода по производству пищевых продуктов SugarCreek показывает их систему очистки сточных вод и позволяет им выполнять операции управления. Дисплей HMI от Pioneer Natural Resources. На этом экране отображается информация о газе для счетчика и отслеживаются такие данные, как уровни в резервуарах, объемы нефти и т. Д.Кто использует HMI?
ТехнологияHMI используется почти всеми промышленными организациями, а также множеством других компаний для взаимодействия с их машинами и оптимизации производственных процессов.
Отрасли, использующие HMI, включают:
|
|
|
Чаще всего с HMI взаимодействуют операторы, системные интеграторы и инженеры, особенно инженеры систем управления.HMI являются важным ресурсом для этих профессионалов, которые используют их для анализа и мониторинга процессов, диагностики проблем и визуализации данных.
Общее использование HMI
ЧМИвзаимодействуют с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) и датчиками ввода / вывода, чтобы получать и отображать информацию для просмотра пользователями. Экраны HMI могут использоваться для одной функции, такой как мониторинг и отслеживание, или для выполнения более сложных операций, таких как выключение машин или увеличение скорости производства, в зависимости от того, как они реализованы.
HMI используются для оптимизации промышленного процесса путем оцифровки и централизации данных для зрителя. Используя HMI, операторы могут видеть важную информацию, отображаемую на графиках, диаграммах или цифровых информационных панелях, просматривать и управлять сигналами тревоги, а также подключаться к системам SCADA и MES через одну консоль.
Раньше операторам приходилось постоянно ходить по полу, чтобы отслеживать механические процессы и записывать их на листе бумаги или доске. Позволяя ПЛК передавать информацию в реальном времени прямо на дисплей HMI, технология HMI устраняет необходимость в этой устаревшей практике и, таким образом, сокращает многие дорогостоящие проблемы, вызванные недостатком информации или ошибкой человека.
В чем разница между HMI и SCADA?
Система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) и HMI тесно связаны и часто упоминаются в одном контексте, поскольку обе являются частью более крупной промышленной системы управления, но каждая из них предлагает разные функции и возможности. В то время как HMI ориентированы на визуальную передачу информации, чтобы помочь пользователю контролировать производственный процесс, системы SCADA обладают большей способностью для сбора данных и работы системы управления.В отличие от систем SCADA, HMI не собирают и не записывают информацию и не подключаются к базам данных. Скорее, HMI обеспечивает эффективный инструмент связи, который функционирует как часть или вместе с системой SCADA. Для получения дополнительной информации о SCADA см. Нашу страницу «Что такое SCADA?»
Развитие тенденций в технологиях HMI
В последнее десятилетие меняющиеся операционные и бизнес-потребности привели к интересным разработкам в технологии HMI. Теперь становится все более обычным видеть развитые формы HMI, такие как высокопроизводительные HMI, сенсорные экраны и мобильные устройства, наряду с более традиционными моделями.Эти модернизированные интерфейсы создают больше возможностей для взаимодействия и анализа оборудования.
Высокопроизводительные HMI
Операторы и пользователи все больше переходят к высокопроизводительному HMI, методу проектирования HMI, который помогает обеспечить быстрое и эффективное взаимодействие. Привлекая внимание только к наиболее необходимым или важным индикаторам интерфейса, этот метод проектирования помогает зрителю видеть проблемы и реагировать на них более эффективно, а также принимать более обоснованные решения.Индикаторы высокопроизводительного HMI просты, понятны и намеренно очищены от посторонней графики или элементов управления. Другие элементы дизайна, такие как цвет, размер и размещение, используются по своему усмотрению для оптимизации взаимодействия с пользователем. Узнайте больше о разработке высокопроизводительных HMI здесь.
Сенсорные экраны и мобильные устройства
Сенсорные экраны и мобильный человеко-машинный интерфейс — два примера технологических достижений, появившихся с появлением смартфонов. Вместо кнопок и переключателей модернизированные HMI позволяют операторам касаться или касаться физического экрана для доступа к элементам управления.Сенсорные экраны особенно важны при использовании с мобильным HMI, который развертывается либо через веб-интерфейс HMI / SCADA, либо через приложение. Мобильный HMI предлагает операторам ряд преимуществ, включая мгновенный доступ к информации HMI и удаленный мониторинг.
Удаленный мониторинг
Удобный для мобильных устройств удаленный мониторинг обеспечивает большую гибкость и доступность как для операторов, так и для менеджеров. С помощью этой функции инженер системы внешнего управления может, например, подтверждать температуру склада на портативном устройстве, устраняя необходимость в наблюдении на месте в нерабочее время.Вскоре проверка процесса в заводском цехе, находясь за много миль от предприятия, уже не будет казаться чем-то необычным.
Человеко-машинный интерфейс на границе сети и облака
Интерфейсы человеко-машинного интерфейса на границе сети также пользуются большим спросом, поскольку они позволяют операторам получать доступ к данным и визуализации с полевых устройств. Кроме того, становится все более распространенной отправка данных с локальных HMI в облако, где к ним можно получить доступ и проанализировать удаленно, сохраняя при этом возможности управления локальными.
Взгляд в будущее HMI
На горизонте ведущие инженеры даже изучают способы внедрения дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR) для визуализации производственных функций.
Поскольку данные играют все более важную роль в производстве, будущее HMI выглядит очень радужным. Эта технология, возможно, прошла долгий путь, но ее потенциал роста остается практически безграничным.
Человеко-машинный интерфейс (HMI) для систем автоматизации энергетики — SICAM SCC | Автоматизация подстанций, задающая стандарты
SICAM SCC — на основе SIMATIC WinCC
общий HMI для SICAM и SIMATIC SICAM SCC основан на системе SIMATIC WinCC, одной из ведущих в мире систем визуализации процессов, добавляя функции, необходимые для использования в качестве операционной системы подстанции в электрических процессах в системах высокого и среднего напряжения.Совместимость с SIMATIC WinCC позволяет использовать SICAM SCC в качестве надстройки вместе с SIMATIC WinCC на одном компьютере. Это позволяет создать интегрированное системное решение для визуализации и управления промышленными производственными процессами с использованием устройств автоматизации SIMATIC (например, S7 и PCS7) и процесса подачи электроэнергии (например, SICAM PAS).
SICAM SCC — функции для использования с SICAM и IEC 61850
SICAM SCC предназначен для использования в энергетических приложениях, помогающих операторам оптимизировать управление системой.Он обеспечивает быстрый и четкий обзор рабочих состояний системы. Специфические свойства распределительного устройства высокого и среднего напряжения в направлении управления и контроля (двойные команды и двухточечная индикация) оптимально реализованы в списках индикации и графической визуализации процесса.
SICAM SCC — добавление стоимости в журнал
Исходные отметки времени регистрируются в списках индикации в миллисекундах, генерируемых устройствами.Каждая индикация отображается с рядом дополнительных информационных элементов. Они предоставляют информацию об актуальности информации в случае сбоя устройства или связи (актуальная / не актуальная) или активной блокировки отсека или блокировки телеуправления. Кроме того, они указывают причину изменения статуса (спонтанное, командное) и, в случае команды, предоставляют информацию об источнике операции (локальный, удаленный). Помимо индикации процесса, также регистрируются индикации команд.Таким образом, каждая командная операция документируется полностью и подробно, от инициирования команды оператором до вывода команды и обратной связи от процесса после изменения состояния управляемого распределительного устройства.
SICAM SCC — от визуализации процесса до топологической раскраски
Элементы управленияIndustrialX используются для управления и контроля распределительного устройства в полностью графических образах процесса (однолинейные схемы). Эти объекты распределительного устройства поддерживают 4 различных режима отображения (IEC, DIN, SINAUT LSA, SICAM) для автоматических выключателей и разъединителей.Кроме того, можно определить растровые изображения для конкретного проекта, чтобы представить коммутационные устройства и связать их с объектами. Мигание уставки и самопроизвольное мигание, а также отображение различных состояний устройства и связи (например, актуальное / устаревшее, блокировка присоединения и блокировка телеуправления …) поддерживаются с целью обеспечения надежной визуализации. Измеренные значения и состояния коммутационного устройства, которые больше не обновляются из-за сбоя устройства, сбоя связи или активной блокировки ячейки, можно обновить вручную с операторской станции SICAM SCC.Управлять коммутационными аппаратами можно либо напрямую, либо с помощью функции «Выбрать перед запуском». Для визуализации процесса с помощью однолинейных диаграмм доступна топологическая раскраска.
SICAM SCC — общие функции автоматизации подстанции с SICAM PAS Дополнительные функции поддерживаются при использовании системы в сочетании с SICAM PAS: если, например, необходимо провести техническое обслуживание или тесты для области процесса контроллера присоединения, это может не произойти. Желательно, чтобы изменения статуса фактически обрабатывались функциями обработки автоматизации подстанции SICAM PAS и не регистрировались в HMI.Это можно легко реализовать, активировав функцию блокировки отсека. Функцию блокировки телеуправления можно использовать, если вы хотите, чтобы изменения статуса обрабатывались на станции, но не передавались в центр управления более высокого уровня.
Подстанции обычно управляются из центров управления более высокого уровня, тогда как команды переключения должны отклоняться внутренним ИЧМ станции; полномочия на переключение закреплены за центром управления более высокого уровня. Если для оперативного управления требуется управление с HMI, можно получить полномочия на переключение.Если подстанция подключена к нескольким центрам управления, полномочия по переключению также могут быть назначены определенным каналам. Кроме того, могут использоваться разные коммутационные органы, например для разных уровней напряжения.
SICAM SCC — снижение инженерных затрат
Обмен данными с подключенными подстанциями часто включает несколько тысяч показаний, измеренных значений и команд. SICAM SCC предоставляет мастера, которые значительно упрощают настройку такой информации.Инструменты конфигурации (SICAM PAS UI Configuration, SICAM TOOLBOX II) предоставляют необходимое описание данных процесса в электронной форме и могут быть легко импортированы с помощью мастеров SCC. Таким образом избегается избыточный ввод данных. Файлы SCD можно импортировать для устройств IEC 61850, которые подключены напрямую.
Что такое человеко-машинный интерфейс (HMI)? | Принцип HMI
Программируемые логические контроллерысозданы для ввода различных типов сигналов (дискретных, аналоговых), выполнения алгоритмов управления этими сигналами, а затем вывода сигналов в ответ на процессы управления.Сам по себе ПЛК обычно не имеет возможности отображать эти значения сигналов и переменные алгоритма для операторов.
Техник или инженер, имеющий доступ к персональному компьютеру и необходимому программному обеспечению для редактирования программы ПЛК, может подключиться к ПЛК и просматривать состояние программы «в режиме онлайн» для мониторинга значений сигналов и состояний переменных, но это не практичный способ для работы персонал для регулярного мониторинга того, что делает ПЛК.
Чтобы операторы могли контролировать и регулировать параметры в памяти ПЛК, нам нужен интерфейс другого типа, позволяющий считывать и записывать определенные переменные без ущерба для целостности ПЛК, раскрывая слишком много информации или позволяя любому неквалифицированному лицу изменять сама программа.
Одним из решений этой проблемы является выделенный компьютерный дисплей, запрограммированный для обеспечения выборочного доступа к определенным переменным в памяти ПЛК, обычно называемый человеко-машинным интерфейсом или HMI.
HMI могут принимать форму универсальных («персональных») компьютеров, на которых работает специальное графическое программное обеспечение для взаимодействия с ПЛК, или в виде компьютеров специального назначения, предназначенных для установки на лицевых панелях из листового металла, чтобы выполнять только задачи, кроме ПЛК оператора. интерфейс.
На этой первой фотографии показан пример обычного персонального компьютера (ПК) с запущенным на нем программным обеспечением HMI:
Показанный здесь дисплей предназначен для наблюдения за примером процесса вакуумной адсорбции (VSA) для очистки кислорода, извлеченного из окружающего воздуха.Где-то ПЛК (или набор ПЛК) отслеживает и контролирует этот процесс VSA, при этом программное обеспечение HMI действует как «окно» в памяти ПЛК для отображения соответствующих переменных в удобной для интерпретации форме для оперативного персонала. Персональный компьютер, на котором запущено это программное обеспечение HMI, подключается к ПЛК через цифровые сетевые кабели, такие как Ethernet.
Примечание. Старым термином для панели интерфейса оператора было «Человеко-машинный интерфейс» или «MMI».
На следующей фотографии показан пример специальной панели HMI, разработанной и изготовленной специально для использования в промышленных условиях:
Эти панели HMI на самом деле представляют собой не что иное, как «усиленные» персональные компьютеры, прочно построенные и компактного формата для облегчения их использования в промышленных условиях.
Большинство промышленных панелей HMI оснащены сенсорными экранами, позволяющими операторам нажимать кончиками пальцев на отображаемые объекты для смены экранов, просмотра деталей отдельных частей процесса и т. Д.
Технические специалисты и / или инженеры программируют дисплеи HMI для чтения и записи данных через цифровую сеть в один или несколько ПЛК.
Графические объекты, расположенные на экране дисплея HMI, часто имитируют реальные индикаторы и переключатели, чтобы обеспечить знакомый интерфейс для оперативного персонала.
Объект «кнопка» на лицевой стороне панели HMI, например, может быть настроен для записи одного бита данных в ПЛК, аналогично тому, как в реальном мире переключатель записывает один бит данных во входной регистр ПЛК. .
Современные панели HMI и программное обеспечение почти полностью основаны на тегах, при этом каждый графический объект на экране связан по крайней мере с одним именем тега данных, который, в свою очередь, связан с точками данных (битами или словами) в ПЛК посредством Файл базы данных имен тегов, размещенный в HMI.
Графические объекты на экране HMI либо принимают (считывают) данные из ПЛК для представления полезной информации оператору, либо отправляют (записывают) данные в ПЛК из ввода оператора, либо и то, и другое.
Задача программирования модуля HMI состоит из создания базы данных имен тегов и последующего рисования экранов, чтобы проиллюстрировать процесс до такого уровня детализации, который потребуется операторам для его выполнения.
Здесь показан пример снимка экрана таблицы базы данных имен тегов для современного HMI:
Доступ к базе данных имен тегов и ее редактирование осуществляется с помощью того же программного обеспечения, что и для создания графических изображений в HMI.
В соответствии с этим примером вы можете увидеть несколько имен тегов (например, КНОПКА ПУСКА, ТАЙМЕР ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ, СООБЩЕНИЕ ОБ ОШИБКЕ, СКОРОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ), связанных с точками данных в памяти ПЛК (в этом примере адреса ПЛК показаны в формате регистра Modbus).
Во многих случаях редактор имен тегов может отображать соответствующие точки памяти ПЛК таким же образом, как они отображаются в программном редакторе программирования ПЛК (например, I: 5/10, SM0.4, C11 и т. Д.).
Важная деталь, которую следует отметить в этом отображении базы данных имен тегов, — это атрибуты чтения / записи каждого тега.
Обратите внимание, в частности, на то, что четыре из показанных тегов доступны только для чтения: это означает, что HMI имеет разрешение только на чтение значений этих четырех тегов из памяти ПЛК, а не на запись (изменение) этих значений.
Причина этого в случае этих четырех тегов заключается в том, что эти теги относятся к точкам входных данных ПЛК. Тег START PUSHBUTTON, например, относится к дискретному входу в ПЛК, активируемому настоящим кнопочным переключателем.
Таким образом, эта точка данных получает свое состояние при подаче питания на клемму дискретного входа.Если бы HMI было предоставлено разрешение на запись для этой точки данных, вероятно, возник бы конфликт.
Предположим, что входная клемма на ПЛК была запитана (установив бит START PUSHBUTTON в состояние «1»), и HMI одновременно попытался записать состояние «0» в тот же тег.
Один из этих двух источников данных выиграет, а другой проиграет, что может привести к неожиданному поведению программы ПЛК.
По этой причине точки данных в ПЛК, связанные с реальными входами, всегда должны быть ограничены как разрешение «только чтение» в базе данных HMI, чтобы HMI не мог вызвать конфликт.
Однако возможность конфликта данных существует и для некоторых других точек в базе данных.
Хорошим примером этого является бит MOTOR RUN, который является битом в программе PLC, сообщающим реальному двигателю о запуске.
Предположительно, этот бит получает данные от катушки в программе лестничной диаграммы ПЛК. Однако, поскольку он также появляется в базе данных HMI с разрешением на чтение / запись, существует возможность для HMI перезаписать (т. Е. Конфликт) тот же бит в памяти ПЛК.
Предположим, кто-то запрограммировал переключающийся объект экрана «кнопка» в HMI, связанный с этим тегом: нажатие этой виртуальной «кнопки» на экране HMI будет пытаться установить бит (1), а повторное нажатие попытается сбросить бит ( 0).
Если этот же бит записывается катушкой в программе ПЛК, однако, существует явная вероятность того, что объект «кнопка» HMI и катушка ПЛК будут конфликтовать, когда кто-то пытается сказать биту, что он равен «0» в то время как другой пытается сказать, что этот бит равен «1».
Эта ситуация очень похожа на проблему, возникающую, когда несколько катушек в программе лестничной диаграммы адресованы одному и тому же биту.
Общее правило, которому следует следовать, никогда не позволять более чем одному элементу записывать в любую точку данных. По моему опыту преподавания программирования ПЛК и ЧМИ, это одна из наиболее распространенных ошибок, которые студенты допускают при первом обучении программированию ЧМИ: они будут пытаться заставить и ЧМИ, и ПЛК писать в одни и те же ячейки памяти, что приводит к странным результатам.
Один из уроков, которые вы усвоите при программировании больших и сложных систем, заключается в том, что очень полезно определить все необходимые имена тегов, прежде чем начинать компоновку графики в HMI.
То же самое и при программировании ПЛК: это ускоряет выполнение всего проекта с меньшими затруднениями, если вы потратите время на определение всех необходимых точек ввода / вывода (и имен тегов, если программное обеспечение для программирования ПЛК поддерживает имена тегов в среде программирования) прежде чем вы начнете создавать какой-либо код, определяющий, как эти входы и выходы будут связаны друг с другом.
Также важно поддерживать согласованное соглашение для имен тегов. Например, вы можете захотеть начать имя тега каждой точки проводного ввода / вывода как ВХОД или ВЫХОД (например, ВЫСОКИЙ РЕЛЕ ВХОДНОГО ДАВЛЕНИЯ, ВЫПУСКНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ и т. Д.).
Причина сохранения строгого соглашения об именах поначалу не очевидна, поскольку весь смысл имен тегов состоит в том, чтобы дать программисту свободу назначать произвольные имена точкам данных в системе.
Однако вы обнаружите, что большинство редакторов имен тегов перечисляют теги в алфавитном порядке, что означает, что соглашение об именах, организованное таким образом, будет представлять все входные теги непрерывно (смежно) в списке, все выходные теги непрерывно в списке, и так далее.
Еще один способ использовать алфавитный список имен тегов в ваших интересах — начинать каждое имя тега со слова, описывающего его связь с основным оборудованием.
Возьмем, к примеру, этот пример процесса с несколькими точками данных, определенными в системе управления ПЛК и отображаемыми в HMI:
Если перечислить все эти теги в алфавитном порядке, связь сразу очевидна:
- Насос для сточных вод теплообменника
- Температура на выходе из теплообменника
- Насос подогрева теплообменника
- Температура предварительного нагрева теплообменника в
- Клапан предпускового подогрева теплообменника
- Температура слоя реактора
- Поток сырья в реактор
- Температура подачи в реактор
- Клапан рубашки реактора
Как видно из этого списка имен тегов, все теги, непосредственно связанные с теплообменником, расположены в одной непрерывной группе, а все теги, непосредственно связанные с реактором, расположены в следующей непрерывной группе.
Таким образом, разумное именование тегов служит для их иерархической группировки, что позволяет программисту легко находить их в базе данных имен тегов в любое время.
Вы заметите, что во всех показанных здесь именах тегов между словами отсутствуют пробелы (например, вместо «Температура слоя реактора» в имени тега должны использоваться дефисы или знаки подчеркивания в качестве пробелов: «Температура слоя реактора»), поскольку обычно используются пробелы. Предполагается, что языки программирования являются разделителями (разделителями между разными именами переменных).
Как и сами программируемые логические контроллеры, возможности человеко-машинного интерфейса неуклонно расширяются, а их цена снижается.
Современные HMI поддерживают отображение трендов, архивирование данных, расширенную сигнализацию и даже возможность веб-сервера, позволяя другим компьютерам легко получать доступ к определенным данным через глобальные сети.
Способность HMI регистрировать данные в течение длительных периодов времени избавляет ПЛК от необходимости выполнять эту задачу, которая требует значительного объема памяти.
Таким образом, ПЛК просто «обслуживает» текущие данные в HMI, а HMI может вести учет текущих и прошлых данных, используя значительно больший резерв памяти.
Если HMI основан на платформе персонального компьютера (например, Rockwell RSView, Wonderware, ПО FIX / Intellution), он может даже быть оснащен жестким диском для хранения огромных объемов исторических данных.
Некоторые современные панели HMI даже имеют встроенный ПЛК внутри устройства, обеспечивающий управление и мониторинг в одном устройстве.
На таких панелях имеются точки подключения клеммных колодок для дискретных и даже аналоговых входов / выходов, что позволяет разместить все функции управления и интерфейса в одном монтируемом на панели блоке.
Кредиты: Тони Р. Купхальдт — Лицензия Creative Commons Attribution 4.0
