HMI платформи

Съвременният човеко-машинен интерфейс все по-многофункционален, отворен и сигурен

олята на човеко-машинния интерфейс (HMI) в автоматизацията се увеличава с всеки изминал ден. HMI е ключов елемент за постигане на целите, поставени на системите за управление в частност и за оптимално протичане на производствените процеси като цяло. Благодарение на възможностите, които предлагат съвременните HMI платформи, контролът и управлението на процесите се реализира по-бързо и точно. Гъвкавостта им дава възможност за решаване на разнообразни задачи. Човеко-машинният интерфейс изпълнява предназначението си с различни системи за мониторинг и управление и осигурява потребностите от информация на потребителите от всички нива на едно производствено предприятие. В статията са разгледани възможностите и тенденциите в развитието на HMI платформите за процесна автоматизация. Поради голямото разнообразие от решения на различни компании и спецификите във фирмените им концепции, в настоящия материал обръщаме внимание на съвременния човеко-машинен интерфейс в общ план. В следващ брой на сп. Инженеринг ревю ще ви представим концепциите на водещите в света компании в света на индустриалната автоматизация.

Оператори, технолози и поддръжка за HMI
Съвременните решения за HMI визуализират необходимата информация в реално време, насочват вниманието, с цел своевременна и бърза реакция. Благодарение на тях, потребителят въздейства на процесите, имайки достъп до данни, системи и програми за управление. Потребители на HMI са оператори, технолози, инженери по поддръжката и мениджъри.
Операторът следи параметрите на процеса и предприема въздействия, водещи до поддържането на нормален технологичен режим или постигането на определени качествени или количествени показатели. За него е важно да има бърз достъп до процесните променливи, лесно да се разпознават алармите, съобщенията и последователностите им на възникване, да разполага с необходимия изпълнителен механизъм, регулатор или друго средство, за да реализира желаното въздействие.
За технолозите и инженерите по поддръжка от важно значение са и възможностите за архивиране, графичното изобразяване на различни параметри (т.нар. историята на процеса). Тази информация им е необходима, за да се уловят тенденции и за да се извършва диагностика  на съоръжения, агрегати, средства за измерване, управляващи механизми и др. С помощта на допълнителни менюта е възможно да се дава информация за схемите на свързване на средства за измерване и изпълнителни механизми, входно-изходните им клемореди, тип, обхват и адрес при мрежова комуникация и др.

Интуитивна ориентация на потребителя
Важна характеристика на съвременните HMI платформи е възможността за интуитивно ориентиране на потребителя сред многото параметри на дисплея. Програмното осигуряване на HMI, предлагани от водещите компании в бранша, позволява графичните мнемосхеми да отразяват съвсем точно технологичния процес с всички съоръжения, агрегати и възли. Следователно, позицията на съответния параметър или изпълнителен механизъм в графиката съответства на местоположението им в инсталацията или агрегата.
Също така, е възможно, да се създават спомагателни мнемосхеми за реализацията на сложни технологични операции, както и с подсказващи действията на оператора подменюта и панели. Сред характеристиките на HMI решенията са и изобразяване на променливите по най-подходящия начин за конкретната ситуация - цифрово, с барграф, скала и др. По този начин операторът бързо се ориентира в критични ситуации и би могъл да предприеме адекватни реакции, както и улеснява процеса по научаване на съответната технологична схема.

Видове HMI устройства и приложения
Основни елементи на HMI решенията са софтуерен пакет, устройство за въвеждане и визуализация, операционна система и възможности за комуникация.
Клавиатурата, сензорните дисплеи и индикаторните панели с бутони са най-масово използваните устройства за въвеждане от оператора. Предлага се голямо разнообразие от размери и възможности сензорни панели, базирани на технологията Touch Screen. Както е известно, те позволяват с конфигуриране на функционални бутони върху мнемосхемата на конкретното приложение да се намали времето за реакция на оператора.
В зависимост от приложенията, могат да се използват различни устройства за HMI:
l HMI панели. Предназначени са за контрол и наблюдение на малки технологични линии и отделни агрегати. Могат да се свързват в мрежа като допълнителни индикаторни панели или за непрекъснато наблюдение на трендове, алармени листове и др.
l HMI, базиран на PC. Представлява удобно решение за операторски и инженерни станции, осигуряващи пълен достъп до програмите на системата (контролерите) за управление. Дават възможности също и за допълнителна обработка на данни и информация, архивиране, разработване на Web-приложения и други функции, които може да предложи избраният HMI софтуер. Използват се в операторни зали, диспечерски пунктове, SCADA системи.
l Компютърни HMI панели. Обединяват функциите на PC и индикаторния панел. Намират приложение в шкафове за управление на агрегати и инсталации (UCP). Отличават се с компактни размери и разнообразни функции.
l Комбинирани HMI панели с контролер. Използват се за управление на обекти с малък брой входно-изходни параметри при ограничено пространство за оборудването.
l Безжични панели. Както и в останалите направления на автоматизацията, така и в HMI навлизат безжичните технологии. Водещи компании в областта предлагат безжични панели, поддържащи функционалност и възможности, характерни за стационарни станции. Те са удобни за експлоатационния персонал за осъществяване на инспекции или функционални проверки на съоръжения и агрегати на място в инсталацията.
Необходимо е да се отбележи, че за отговорни процеси и агрегати е задължително резервирането на операторската станция, панела или дисплея с друга, с припокриващи се функционални възможности.

Операционните системи
на които се базира софтуерът на HMI решенията, най-често са  - Windows XP, Windows CE, Windows 2000, Windows NT, Windows Server, чрез използване на Web-браузър и др. Програмното осигуряване на HMI има две основни предназначения - създаване (проектиране и конфигуриране) на комуникационна среда със системата за управление, и визуализиране и управление в реално време.
В процеса на проектиране се използват приложения за графичен дизайн, библиотеки с готови шаблони и анимация за графично изобразяване в детайли на технологичните възли, агрегати и съоръжения, или елементи от системата за управление и променливите. Програмите разполагат с голям набор от инструменти за редактиране, внасяне и изнасяне на данни, създаване на дневници, протоколи, таблици и други помощни приложения за потребителя. Посредством създаването на функционални бутони в мнемосхемата, е възможно прескачане или “потъване” от една в друга мнемосхема за улеснение на оператора. За бърз достъп до информация за променливите се създават допълнителни конфигурируеми падащи менюта или панели, в които се включват индивидуални трендове, списъци със съобщения и аларми за променливата, настройки на регулатора, изпълнителните механизми и др. При конфигурирането на процесните променливи (TAG) се задава символно означение, мерни единици и обхвати на графично и цифрово изобразяване, размер на променливи, опции за архивиране. На практика

няма ограничение за размера и броя на входните променливи
тъй като системата може да се разширява и размерът на двоичния пакет да достига 256К, а броят на променливите да надхвърли 100 000.
В реално време се визуализират и архивират променливи, изваждат се съобщения и аларми, изпълняват се командите на потребителя, като редица пакети предлагат възможност да работи на различни езици, включително и български. Тези функции позволяват използването на системата за диагностика на агрегати, съоръжения или по предварително заложени алгоритми да се следи за оптималното им натоварване. Възможностите за мащабиране по време и амплитуда осигуряват графично съпоставяне (трендове) на различни променливи и събития. По този начин се “улавят” тенденции за влошаване на параметрите, което е необходимо условие за предприемане на необходимите мерки с цел избягване на нежелани престои. Също така, чрез съпоставяне по време, се установяват причините за възникване на дадено събитие, последствията и периодичността на смущенията. За тази цел е необходимо точно да се синхронизират всички системи, източници на данни за човеко-машинния интерфейс и да се отчита или коригира времезакъснението при предаването им.
За повишаване на ефективността се използват и пакети за диагностика на системата, софтуера, хардуера и комуникацията. Все повече HMI решения предлагат възможности за визуализация на детайлни диагностични съобщения за грешки или повреди на устройства и елементи от системата. Те се архивират и лесно могат да се локализират по мнемосхемата на дисплея или с доклад за повредата и възможните причини за появата й. Автоматично се генерират конкретни съобщения за повреди до персонала по поддръжката, което оптимизира времево процеса по отстраняването им.

Отвореност на HMI решенията
Водещите производители на HMI предлагат широка съвместимост, поддържайки голям набор от протоколи за комуникация. HMI решенията се свързват с PLC, DCS, сървъри и други системи чрез Ethernet, ControlNet, DeviceNet, Profibus DP, Profinet, DH+, DF1, и DH-485 мрежи. Тези качества на интерфейса позволяват използването му за различни системи за управление и мониторинг, без значение от производителя. В реално време е възможно едновременно да се наблюдават и архивират променливи от няколко системи и HMI да се използва като универсално решение за различни инсталации.
Използването на толкова много функции и възможности от голям брой потребители налага повишени изисквания към сигурността на системата и инсталацията от нерегламентирана намеса. За тази цел производители са разработили приложения за организиране на достъпа до системата. Например, разпределени в групи потребители имат ограничени възможности в зависимост от предоставените им права. Ограниченията могат да бъдат за визуализиране само на определени схеми, страници или промяна на предупредителни и алармени нива, параметри на регулатори, изпълнителни механизми и др. Всички действия на отделните групи потребители, принципно, се записват и архивират и са възможни само с персонална парола или карта.

Web приложенията на HMI софтуера
набират все по-голяма популярност. Могат да се използват, например, за автоматично изпращане на съобщения по e-mail към персонала по поддръжката, при възникване на определено събитие. Също е възможно да се управлява процесът дистанционно с помощта на интернет браузър, да се наблюдават в реално време графиките на процеса. Друго предимство е възможността да се извършва диагностика и поддръжка софтуера на HMI и системата за управление, като по този начин се намалява необходимостта от присъствието на инженера по поддръжката на софтуера и съкращава се времето за обслужване. За използването на web приложенията е необходим web-сървър с подходящ софтуер за организиране достъпа на потребителите и защита на системата и информацията.
В съвременните решения за HMI се интегрират и допълнителни функции, като съветници за оптимизиране на процеса. Разширяват се възможностите за предоставяне на допълнителна информация и обучение на потребителите. Посоката, в която се развиват, е към опростяване на дизайна и конфигурирането, използване на отворени стандарти за лесно интегриране в различни системи за управление и разширяване на съвместимостта. Също така, осигуряване на бърз достъп до конкретната информация, от която има нужда операторът, и ясно дефиниране на съобщенията с цел улесняване при вземането на решение в критични ситуации. Предлагат се и решения за видеонаблюдение на обекти в реално време. Индикаторните панели и компютърните панели се разработват на принципа ready-to-run (б.ред. в готовност за работа) системи за визуализация и контрол.

Съобразяване със стандартизационните изисквания
Важно е при разработването на програмите за визуализиране на променливи, аварийни и предупредителни сигнали  в реално време да се изхожда от препоръките на международните организации по стандартизация. С разработените документи за HMI се цели да се повиши сигурността и надеждността на функциониране на системите, да се гарантира възможността за точно възприемане на събитията от оператора и правилната му и бърза реакция. При създаване на HMI програмата следва да се изхожда от нуждите на всички потребители. Поставените задачи могат да бъдат най-разнообразни и да се увеличават с времето, което е добре да се отчете при създаването на приложенията.