VISUALISEERIMINE

Sissejuhatus

Siin on juttu visualiseerimisest SCADA süsteemides. SCADA süsteeme kasutatakse tööstuses ja ka infrastruktuuride halduses erinevate protsesside jälgimiseks ja seadmete juhtimiseks. SCADA süsteemide üks põhikomponente, mille kaudu inimene vahetult selle süsteemiga suhtleb, on HMI ehk inimese-masina liides.

Visualisatsioon on HMI-s kasutatav graafiline protsesside ja seadmete oleku kujutamine, mille ülesanne on operaatorile kiiresti ja lihtsalt jälgitavalt edasi anda süsteemi töö tõhusaks juhtimiseks vajalik informatsioon ja võimaldada operaatoril edastada seadmetele vajalikud parameetrid ja juhtimiskäsud.

Visualisatsioon võib tööstuskeskkonnas näidata näiteks pumpade olekut (kas need töötavad või mitte, töö kiirust, vigasid), mahutite täituvust, kuhu pumbad vedelikke pumpavad, vedeliku rõhku torustikus, klappide olekuid (avatud, suletud, osaliselt avatud). Visualisatsioon peab enamasti pakkuma võimalust ka nende protsesside muutmiseks. Näiteks peab see tihtipeale pakkuma võimalust kogu süsteemi või mõne süsteemi osa sisse või välja lülitamiseks kas hoolduseks või tootlikuse muutmiseks. Samuti võib olenevalt rakendusest olla vajalik seadetemperatuuride ja seaderõhkude või veel kolmandate parameetrite muutmine.

Visualisatsioonid võivad olla kas HMI paneelide või personaalarvuti põhised.

HMI paneelid

HMI paneelid on eraldiseisvad seadmed, mis on liideseks operaatori ja automaatikasüsteemi vahel. Teisisõnu need kuvavad operaatorile lihtsalt jälgitavaid visualisatsioone ning võimaldavad operaatoril vastavalt vajadusele protsessi mõjutada.

Erinevatel HMI seadmetel võib olla erinevaid meetodeid operaatorilt käskude saamiseks. Mõned HMI paneelid on puuteekraaniga, mõnel on menüüdes liikumiseks ja parameetrite muutmiseks vajutatavad klahvid, mõnel on mõlemad. On ka paneele, mille puhul puudub operaatoril igasugune võimalus paneelile käsklusi anda ja protsessi käiku muuta - need paneelid on ainult protsessi jälgimiseks ja sobivad keskkonda, kus võib viibida inimesi, kes ei pea saama protsessi käiku muuta.

HMI seadmete eelis personaalarvuti ees on suurem stabiilsus ja töökindlus, lihtsam haldamine ja väiksem energiatarve. Suurema töökindluse võrreldes personaalarvutis oleva visualisatsiooniga annab see, et HMI seadmed püsivad muutumatuna ja neis ei tehta muid kõrvalisi toiminguid, mis võiksid visualisatsiooni toimimise ohtu seada. Kuna enamus HMI seadmeid töötab 24V DC pealt, siis on võimalik kriitilisemate protsesside korral HMI seadet lisaks vooluvõrgule tagavara-aku pealt toita.

HMI seadmed suhtlevad tööstuskontrollerite (PLC) või OPC serveritega kasutades erinevaid tööväljasiine, nagu näiteks PROFIBUS, PROFINET, CAN, CANopen, Tööstuslik Ethernet ja Modbus. Tööväljasiin ja sellega ühendatud seadmed moodustavad andmesidevõrgu.

Visualisatsioone luuakse HMI paneelidele enamasti personaalarvutis oleva spetsiaalse tarkvara kaudu. Loodud visualisatsioone on võimalik paneelidesse laadida olenevalt paneelist kas tööväljasiini kaudu või spetsiaalse programmeerimisliidese (võib olla USB või RS-232 põhine) kaudu. On olemas ka paneele, mis suudavad visualisatsioonid jooksvalt tsentraalsest serverist laadida, võimaldades lihtsalt mitmel paneelil alati samasugust visualisatsiooni näidata ja kaotades vajadusi iga muutusega mitmeid paneele ringi programmeerida.

Visualiseerimise tarkvara

Visualisatsioonide loomiseks vajalik tarkvara on enamasti mõeldud spetsiifiliste HMI paneelidega kasutamiseks. On olemas ka visualiseerimistarkvara, mis on mõeldud personaalarvuti põhise HMI jaoks, mitte HMI paneelides kasutatavate visualisatsioonide loomiseks. Tänapäeval muutuvad järjest sagedasemaks ka veebipõhised visualisatsioonid, mille loomiseks ja muutmiseks vajalikud vahendid on tavaliselt selles samas veebipõhises keskkonnas.

Muutujad

Muutujatega antakse visualisatsioonides edasi infot, mida kuvada ja infot käskude kohta, mida on andnud seadme operaator. Muutujad võivad olla nii visualisatsioonisisesed kui kontrolleri või OPC serveriga seotud muutujad. Visualisatsiooni sisesed muutujad on vajalikud vaid visualisatsiooni enda töö jaoks. Väliste seadmetega seotud muutujad on need, mille kaudu reaalselt teiste seadmetega andmeid vahetatakse. Väliste seadmetega seotud muutujate väärtusi.

Animatsioon

Protsesside paremaks kujutamiseks kasutatakse nö visualisatsiooni elementide animeerimist, mis on sisuliselt jooksvalt nende välimuse muutmine mingite sündmuste korral. Selleks seotakse erinevad animeeritavad elemendid muutujatega, mille olek muutub vastava sündmuse korral. Visualisatsioonis kasutatavatel elementidel on võimalik määrata, mida sellega seotud muutuja teeb. Näiteks muutuja oleku muutumine võib muuta visualisatsioonis oleva graafilise elemendi nähtavaks või nähtamatuks, muuta selle kuju, suurust või värvi.

Erinevad HMI keskkonnad pakuvad mitmeid elemente, mis on eelkõige animeerimisel kasutatavad, näiteks nupud, lülitid, kangid, näidikud, indikaatortuled jne.

Programmid

Selleks, et kontrollerid ei peaks keerukamate visualisatsioonide korral visualisatsiooni juhtimisega tegelema on paljudele HMI-dele võimalik kirjutada programme ja skripte, mis võimaldavad HMI-l endal tegeleda keerukama visualisatsiooni loogika ja juhtimisega. Enamasti kasutatakse selleks erikeeli, mis on loodud vaid konkreetse visualisatsioonitarkvaraga töötama ja on olemuselt üsna primitiivsed ja piiratud või väga spetsiifilise käsustikuga. Vahel kasutatakse selleks ka üldtuntumaid skripti- ja programmeerimiskeeli.

Sündmused ja alarmid

Sündmuste ja alarmide käsitlemiseks on enamasti HMI-s ja vahel ka kontrolleris olemas erivaated ja -funktsioonid.

Sündmused (events) annavad operaatorile teada normaalsetest, mitte vigadega seotud, sündmustest süsteemi töös. Näiteks sündmused seadme käivitamise kohta, režiimi vahetamise kohta, hooldusrežiimi viimise kohta jne.

Alarmid (alarms) annavad operaatorile teada tekkinud vigadest või muudest ebanormaalsetest sündmustest süsteemi töös. Alarmid võivad olla aktiivsed või inaktiivsed ehk mitte aktiivsed. Aktiivsed alarmid on need, mille tekkepõhjus on endiselt olemas. Inaktiivsed alarmid on need, mille tekkepõhjus on juba kadunud. Kriitilise alarmi tekkimisel võib seade mõned või kõik süsteemikomponendid välja lülitada, et seadet, tooteid ning inimesi edasiste võimalike seadme rikkest põhjustatavate vigastuste eest kaitsta. Alarmide süsteem näeb enamasti ette alarmide kinnitamise (acknowledge) ja lähtestamise (reset) võimalust.

Alarmi kinnitamine annab süsteemile ja teistele operaatoritele märku sellest, et operaator on seda alarmi näinud. Sellele enamasti mingit sündmust ei järgne. Kui on olemas eraldi vaade kinnitamata alarmide kohta, siis pärast kinnitamist see alarm kaob sellest vaatest.

Alarmi lähtestamine on vajalik alarmide korral, mis ise ei lähtestu vea tingimuse kadumisel. Selliste alarmidega kaasneb enamasti mingi süsteemi komponendi automaatne seiskamine. Kui alarmi tingimus on kadunud ja alarm lähtestada, siis taaskäivitatakse alarmi tõttu seisatud süsteemi komponendid. Alarmide käsitsi lähtestamine ei pruugi kõigi HMI-dega võimalik olla.

Trendid

Trendid on signaalide ja väärtuste ajas muutumise graafiline esitlus graafiku näol. Trendide kuvamisel võetakse andmed kas jooksvalt protsessimuutujatest, mis juhul on tegu reaalaja-trendiga, või siis mõnest log-ist või andmebaasist, misjuhul on tegu ajaloolise trendiga ehk trendiga, mis näitab möödunud sündmusi. Mõni tarkvara pakub ka kombineeritud trendide kasutamise võimalust, kus on võimalik jälgida reaalajatrendi paralleelselt ajaloolise trendiga.