№2 / 2014 / статья 7

Панели оператора Siemens Simatic Basic Line – необычные возможности обычной серии

При проектировании систем автоматизированного управления часто возникает задача визуализации технологических параметров на локальном уровне. Применение компьютеров со SCADA для этих целей слишком дорого, поэтому применяют более простые устройства – панели оператора. Они представляют собой компактный монитор с небольшим экраном и несколькими функциональными кнопками.

Панели оператора HMI (Human Machine Interface) изначально представляли собой простые устройства человеко-машинного интерфейса с примитивной графикой для локального управления небольшими промышленными объектами. Но с годами конструкция панелей усложнялась, превращая их в многофункциональные устройства с сенсорным управлением, цветным экраном высокого разрешения, поддержкой многих промышленных сетей, большим объемом памяти и мощным процессором, позволяющим максимально ускорить обмен информацией с программируемым логическим контроллером (ПЛК). В результате операторские панели заняли прочное место в автоматических системах контроля и управления технологическим процессом (АСУ ТП), позволяя отображать практически любую информацию о работе системы и предоставляя дружественный интерфейс для управления промышленными установками.

При проектировании систем с использованием HMI одна из основных задач разработчика – грамотно наладить связи между панелью управления и управляющим контроллером, чтобы обеспечить быстрое и качественное взаимодействие, а также обеспечить полную функциональность, необходимую для успешной работы оператора. Иначе его ждут неприятные разговоры со службой эксплуатации, которой он сдаст объект (если вообще сдаст). Для того чтобы обеспечить удовлетворение любых потребностей заказчика, компания Siemens производит максимально широкий модельный ряд HMI – от программируемых кнопочных панелей, представляющих собой аналог обычных проводных пультов, до переносных панелей оператора Simatic Mobile Panel, обеспечивающих максимальную мобильность. Соответственно, Siemens предлагает гибкие решения в области систем HMI от управления отдельными несложными механизмами до распределенных систем управления на несколько тысяч точек контроля.

Увеличение производительности панелей оператора и увеличения объема встроенной памяти дает возможность системным интеграторам создавать сложные, насыщенные мнемосхемы с большим количеством точек контроля без замедления времени обмена данными с ПЛК и прорисовки экранов. Однако на многих производствах с несложными промышленными установками не требуются дорогие большие экраны с высоким разрешением. Для таких заказчиков компания Siemens выпустила бюджетный вариант панелей Simatic HMI Basic Line. Данная линейка представлена десятью моделями с диагоналями экрана 3,6″…15″ (таблица 1).

Таблица 1. Технические характеристики панелей Simatic HMI Basic Line

Наименование Код для заказа Дисплей Клавиатура Встроенный интерфейс
Вид Диагональ, дюйм Разрешение, количество точек
SIMATIC KP300 Basic mono PN 6AV6647-0AB11-3AX0 Монохромный FSTN-дисплей с многоцветной подсветкой 3,6 240×80 10 системных и 10 програм-мируемых клавиш Ethernet (TCP/IP, PROFINET), 10/100 Мбит/с
SIMATIC KTP400 Basic mono PN 6AV6647-0AC11-3AX0 Монохромный сенсорный STN-дисплей, 4 градации серого 3,8 320×240 4 програм-мируемые клавиши Ethernet (TCP/IP, PROFINET), 10/100 Мбит/с
SIMATIC KTP400 Basic color PN 6AV6647-0AA11-3AX0 Цветной широкоформатный сенсорный TFT-дисплей, 256 цветов 4,3 480×272 4 програм-мируемые клавиши Ethernet (TCP/IP, PROFINET), 10/100 Мбит/с
SIMATIC KP400 Basic color PN 6AV6647-0AH11-3AX0 Цветной широкоформатный сенсорный TFT-дисплей, 256 цветов 4,3 480×272 26 системных и 8 програм-мируемых клавиш Ethernet (TCP/IP, PROFINET), 10/100 Мбит/с
SIMATIC KTP600 Basic mono PN 6AV6647-0AD11-3AX0 Монохромный сенсорный STN-дисплей, 4 градации серого 3,8 320×240 6 програм-мируемых клавиш Ethernet (TCP/IP, PROFINET), 10/100 Мбит/с
SIMATIC KTP600 Basic color PN 6AV6647-0AE11-3AX0 Цветной широкоформатный сенсорный TFT-дисплей 4,3 480×272 6 програм-мируемых клавиш Встроенный интерфейс Ethernet (TCP/IP, PROFINET), 10/100 Мбит/с
SIMATIC KTP600 Basic color DP 6AV6647-0AF11-3AX0 Цветной сенсорный TFT-дисплей, 256 цветов 5,7 320×240 6 програм-мируемых клавиш Ethernet (TCP/IP, PROFIBUS), 10/100 Мбит/с
SIMATIC KTP1000 Basic color PN 6AV6647-0AK11-3AX0 Цветной сенсорный TFT-дисплей, 256 цветов 10,4 640×480 8 програм-мируемых клавиш Ethernet (TCP/IP, PROFINET), 10/100 Мбит/с
SIMATIC KTP1000 Basic color DP 6AV6647-0AG11-3AX0 Цветной сенсорный TFT-дисплей, 256 цветов 10,4 640×480 8 програм-мируемых клавиш Ethernet (TCP/IP, PROFIBUS), 10/100 Мбит/с
SIMATIC TP300 Basic color PN 6AV6647-0AJ11-3AX0 Цветной сенсорный TFT-дисплей, 256 цветов 15 1024×768 Ethernet (TCP/IP, PROFINET), 10/100 Мбит/с

 

Панели Simatic Basic Line обладают такими классическими базовыми характеристиками как регистрация/квитирование аварий, выбор рецептов, сенсорное и кнопочное управление, использование разных языков, библиотека стандартных элементов. При этом ввод доступен только на английском языке. Интуитивно понятный интерфейс позволяет оператору любой квалификации сразу начать эксплуатацию панелей с помощью сенсорного экрана или кнопок. Для программирования и загрузки программ связь между компьютером и HMI осуществляется через адаптер RS-485/432. Для связи между ПЛК и HMI используется интерфейс Ethernet 10/100 Мбит/с. Программирование и конфигурирование панелей ведется с помощью стандартного пакета, входящего в TIA (Totally Integrated Automation) – WinCC V11. Панели отличаются долгим сроком службы. Рабочая температура -25…60°С. Корпус неразборный.

Вроде бы очередная «серая мышка». Однако нельзя сказать, что Simatic Basic Line – банальные панели, ничем не отличающиеся от конкурентов. Линейка Simatic Basic Line полностью следует концепции TIA – улучшению качества работы при снижении затрат на проектирование и эксплуатацию. Панели с диагональю экрана 4″ и 6″ можно использовать в портретной ориентации, что может пригодиться при дефиците места на дверце шкафа. Панели данной серии характеризуются легкостью программирования и конфигурирования. С этим за несколько часов разберется даже начинающий и неопытный инженер-программист. Наглядное отображение измеряемых параметров, полей ввода, графических элементов, трендов, аварийных сообщений позволяет полностью сконцентрироваться на более практических задачах, а не тратить время на самостоятельное рисование графики. Панель может применяться практически в любой точке мира благодаря возможности выбрать один из тридцати двух языков.

Функциональные возможности

При рисовании мнемосхем можно использовать шаблонные элементы, как библиотечные, так и созданные под свои нужды. Поля ввода/вывода используются для изменения уставок и отображения текущих значений технологических параметров. Кнопки используются для непосредственного запуска/останова, таких пуск двигателя, переход на другую мнемосхему, квитирование аварий, выбор конкретного тренда. Всего их шестнадцать. При этом, написав свою собственную графическую библиотеку, можно использовать ее в других панелях, независимо от размеров экрана. В панелях SIMATIC Basic Line используются аналоговые и дискретные сигналы, внутренние триггеры состояний, самостоятельно определяемые форматы, например, для отображения аварий, каких-либо сообщений.

Система рецептов

Рецепты используются, когда на одном и том же оборудовании производятся различные товары. Например, на кондитерских фабриках выпускается множество видов конфет, которые различаются по составу. Если мы занесем в АСУ ТП десять рецептов, то получим десять разных конфет, в зависимости от выбора рецептуры. В HMI Basic Line можно использовать до пяти рецептов.

Обширная графическая библиотека содержит множество элементов с динамизацией, начиная от кнопок, ламп и заканчивая изображениями сложных механизмов, таких как самолеты, реакторы. Графики и динамические диаграммы используются для отображения трендов, уровней, скоростей, и других аналоговых параметров. Если стандартные графические элементы кажутся слишком примитивными, всегда можно нарисовать свои элементы с помощью любого графического редактора, а затем импортировать полученное изображение. Чтобы не загружать память HMI, для простых элементов, таких как круг, квадрат, линии, в панелях следует использовать векторную графику.

Широкий выбор языков

В одном проекте можно использовать максимум пять языков из тридцати двух. Поддерживается вывод любых языков, ввод – пока только английский.

О безопасности

Доступ к различным функциям панелей осуществляется через систему управления доступом. Логично, что для инженера-разработчика данной системы будет полный доступ, для службы эксплуатации – только к функциям, необходимым для работы. Фронтальная панель имеет степень защиты IP65, что позволяет использовать данную линейку в самых жестких условиях промышленного производства. Кнопки панели имеют особую сенсорную конструкцию, которая позволяет оператору не снимать перчатки при работе с панелью.

В панелях SIMATIC Basic Line используются аналоговые и дискретные сигналы, внутренние триггеры состояний, самостоятельно определяемые форматы, например для отображения аварий, каких-либо сообщений.

Уроки дизайна приложений для бюджетных панелей Sirius Basic Line

  1. Как и в любом деле, начинать надо от большего к малому. Начинать разработку приложения для таких панелей необходимо с определения общей архитектуры системы, выбрать, что требуется от панели оператора, какие функции необходимо выполнять с ее помощью и какие параметры контролировать. Исходя из технологии автоматизируемой установки и технического задания, надо изучить все возможные ситуации – штатные и аварийные, – которые могут возникнуть во время эксплуатации, сервисного обслуживания, перезапуска, изменение рецептуры и тому подобное.

Далее надо разбить все эти ситуации по функциональности и организовать их в категории. Например, категория тревог, настроек, диагностики установки, самодиагностики и так далее. Внутри них следует определить все действия, которые необходимо выполнить, и данные, которые нужно получить от ПЛК.

Затем – определяем дизайн главной страницы каждой категории. Как правило, на ней будут ссылки на внутренние экраны, а также основные функции.

Категориям необходимо дать имена, которые будут отображаться на экранах. Имена должны быть простыми и трактуемыми однозначно.

  1. Далее разрабатываем структуру меню в виде иерархического дерева, где определяем путь до каждой функции внутри одной категории. Необходимо стремиться к тому, чтобы соблюдалось правило «7х3». То есть, должно быть не более семи групп в пределах категории, и до любых функций можно было бы добраться в пределах трех ссылок.
  2. Навигация. Определяем элементы, связывающие экраны и позволяющие легко перемещаться от одного к другому. Пользователь должен знать, в какой точке меню он находится, как попасть в определенное меню.

Кнопки главного меню вызывают основные группы – мнемосхемы, аварии, отчеты и так далее. Главное меню находится в нижней части экрана – нижнем баре.

Кнопку вызова групп внутренних функций, таких как помощь, выбор языка, настройки соединения HMI с ПЛК желательно размещать в верхней части экрана – верхнем баре рядом с названием приложения, логотипом фирмы или часами.

Ни в коем случае нельзя допускать появления полос прокрутки!

  1. После проработки архитектуры приложения приступаем к дизайну страниц. Страницы делим по функциональному назначению – домашняя или заглавная страница, функциональная страница, страница трендов, аварий и прочие.

Любая страница должна содержать следующие данные: в верхнем баре – логотип, строка состояний, кнопки перехода, в основной части – содержимое, в нижнем баре – кнопки вызова главного меню.

  1. • Создание функциональных страниц, на которых схематически отображается объект управления и контроля. Для создания мнемосхемы можно использовать библиотечные элементы или же созданные самостоятельно. Если объект большой (несколько цехов или зданий) – то разбиваем его по функциональным зонам (например, зона погрузки-разгрузки, конвейерный цех, цех окончательной обработки). Все эти зоны визуально разделяем по цветам. Серый цвет используем для нефункциональных зон (коридоры, открытые площадки и так далее).
  2. Добавляем динамики. Правила следующие: каждой функции соответствует определенный дизайн кнопки, ее цвет, размер, форма. Для вызова функций используйте текстовую кнопку с именем соответствующей функции, для возврата на домашнюю страницу – текстовую кнопку или кнопку с иконкой, для перехода на следующую или предыдущую страницу – кнопки со стрелками, для подтверждения или отказа – кнопки OK/Cancel или Yes/No. Привязывайте размер кнопки к размеру текста или иконки на ней.

Расстояния между центрами кнопок должно быть минимум 20 мм, между самими кнопками – минимум 5 мм.

Визуально при нажатии на кнопку она должна принимать вогнутый вид, при возвращении в обычное состояние – выпуклый. Если кнопкой нельзя воспользоваться в данный момент – она принимает плоский вид.

  1. Цвета. Чтобы избежать «эффекта радуги» и не напрягать зрение оператора, необходимо использовать не более шести стандартных цветов. Цветом желательно выделять только наиболее важную информацию на экране. Рассмотрим данную концепцию на примере динамизации графического элемента, изображающего насос. Когда насос выключен – элемент заливается серым цветом, в случае аварии – мигает красно-желтым, при переходном периоде – мигает желтым. Окно со служебной информацией закрашиваем синим цветом. Для фона и остальных статических элементов желательно использовать оттенки серого.
  2. Контрастность. Для статических элементов используйте нейтральные тона и низкий уровень контрастности. Для динамических – цветную заливку и большую контрастность.
  3. Текст и диалоговые элементы. Текст дает пользователю информацию, которая ему необходима на данный момент. Создавайте короткий, прямой и однозначный текст, прочитав который, пользователь сразу поймет о чем идет речь и как надо на него реагировать. Размер текста – чем больше, тем лучше. Минимальный размер текста высотой от 3 мм может быть на функциональных кнопках, так как с такими кнопками оператор взаимодействует в пределах 50 см. Остальная текстовая информация необходима только для визуального контроля. Применяйте следующие правила: если глаз пользователя находится на расстоянии 50…80 см от экрана – высота текста должна быть больше 3,5 мм, если на расстоянии 80…125 мм – выше 4,5 см, дальше 125 см – свыше 6 мм.

Диалоговые элементы позволяют пользователю внести такие изменения в системе, как выбор рецепта (поле ввода), изменение уставки (виртуальная цифровая/буквенная клавиатура), включение-выключение установки (кнопка “ОК”) и так далее. Разделяйте диалоговые элементы путем изменения фона – белый при взаимодействии с окном, серый – в остальных случаях.

  1. Диалоговые окна возникают, когда оператор допустил ошибку или система обнаружила ее в работе установки. Необходимо создать четыре стандартных библиотечных диалоговых окна: «ошибка», «внимание», «информация», «проверка».

Окно «ошибка» возникает при аварийных ситуациях или ошибочных действиях пользователя.

Окно «внимание» возникает, когда какой-то параметр технологического процесса вышел за рамки нормы, но еще не перешел в аварию.

Информационное окно используется для констатации какого-то действия, например, изменения рецепта, или вхождения в систему нового пользователя.

Окно проверки появляется, когда оператор меняет какую-то ответственную уставку с целью подтверждения данного действия.

Заключение

Основные достоинства панелей серии HMI Basic Line для заказчиков:

  • оптимальное соотношение цены и качества для применения в несложных задачах визуализации и управления;
  • программу, созданную для конкретной панели, без всяких переделок можно перенести на другую панель серии Basic Line;
  • защита экрана – IP65, диапазон рабочих температур – -25…60°С, наличие кнопок на панелях, имеющих четкую обратную связь при нажатии, позволяют использовать эту серию на самых тяжелых производствах в любых климатических условиях;
  • использование одного пакета программирования WinCC для создания приложений на ПЛК и HMI.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Наши информационные каналы

О компании SIEMENS

Основанная в Германии в 1847 году компания Siemens AG является сегодня крупнейшим электротехническим концерном, одним из мировых лидеров в области инженерных решений для широкого спектра отраслей промышленности. Концерн представлен в более 190 странах мира и объединяет свыше 405 тысяч сотрудников. Компания является сегодня крупнейшим электротехническим концерном, мировым лидером в области инженерных решений для различных отраслей промышленности, транспорта и связи. Слово «Siemens» являетс ...читать далее