O aplikacjach HMI/SCADA - definicje, funkcje, struktura systemów

Definicja HMI/SCADA

HMI (Human Machine Interface) to aplikacja, która w formie graficznej prezentuje operatorowi aktualne informacje o przebiegu monitorowanego procesu, przyjmuje i przekazuje jego polecenia do urządzeń sterujących procesem. Monitorowanie procesu może być realizowane przez HMI jako jego zaawansowana funkcja – wówczas aplikacja jest określana jako HMI/SCADA (Human Machine Interface/ Supervisory Control and Data Acquisition)

Funkcje HMI/SCADA

Monitoring i sterowanie procesem

 
Rys. 1 Schemat RTU

System rejestruje dane z produkcji najczęściej za pośrednictwem sterowników PLC i modułów RTU (Remote Terminal Unit), które zazwyczaj połączone są bezpośrednio z urządzeniami wykonawczymi (zawory, pompy, itp.) i pomiarowymi (czujniki temperatury, poziomu itp.). Różnice między urządzeniami wymienionych typów polegają na tym, że RTU służą do rejestrowania zadanych parametrów i przekazywania informacji o nich do systemu, podczas gdy sterowniki PLC mają za zadanie kierować pracą urządzeń odpowiedzialnych za utrzymanie zadanych parametrów. Zadania te spełniają przez uruchamianie stosownych funkcji określonych urządzeń w odpowiedzi na wartości mierzonych parametrów.

Na przykład za pomocą modułów RTU można monitorować temperaturę w pomieszczeniach, natomiast sterowniki PLC znajdą zastosowanie w automatycznej klimatyzacji.

Archiwizacja danych i raportowanie

Wszystkie zarejestrowane dane mogą być gromadzone, archiwizowane i porządkowane w formie różnych raportów. HMI/SCADA przewiduje również możliwość tworzenia zapasowych zbiorów danych.

Alarmowanie

 
Rys. 2 Schemat PLC

Istotną funkcją większości programów HMI/SCADA są alarmy. Kiedy zostaną osiągnięte cyfrowe parametry określone jako „alarmowe", alarmy są aktywowane i uwaga operatora jest kierowana na odpowiednią część systemu. Sposób wyświetlania alarmów może być uzależniony od typu alarmu, zmiennej, grupy alarmowej. Wyświetlanie alarmów może być także uzależnione od nazwy stacji roboczej. Często są wysyłane e-maile i wiadomości tekstowe ostrzegające menedżerów niezależnie od powiadamiania operatorów systemu.

Struktura systemów

Hardware:

aplikacje HMI/SCADA mogą być stosowane do pracy na pojedynczym komputerze, co jest użyteczne dla firm, gdzie jeden komputer nadzoruje jeden proces produkcyjny. Wówczas każda stacja jest w pełni niezależna, chociaż możliwe jest połączenie tych stacji bez ponoszenia dodatkowych kosztów.

W podstawowych wersjach aplikacji sieci mogą obejmować do kilkunastu komputerów, wersje bardziej zaawansowane mogą obsługiwać odpowiednio większą liczbę komputerów.

Centralną część systemu stanowi stacja główna z zainstalowaną aplikacją HMI/SCADA. Te serwery odpowiedzialne są za komunikację ze sprzętem na instalacji lub w obiekcie (głównie moduły RTU, sterowniki PLC), a następnie z interfejsem HMI działającym na stacjach roboczych w pomieszczeniu lub pomieszczeniach operatorskich. Inne komputery włączane do sieci mogą pełnić funkcję np. bazy danych zapasowych, archiwum lub służyć do komunikacji z Internetem przez stronę www.

Informacje o bieżącym przebiegu procesu prezentowane są na ekranach – tendencją rozwoju interfejsów operatorskich jest wzrost zastosowania paneli dotykowych.

Infrastruktura komunikacyjna

Kluczowe dla aplikacji HMI/SCADA jest zagadnienie łączności. Dane z urządzeń końcowych (RTU i PLC) rozmieszczonych na monitorowanej instalacji lub obiekcie są transmitowane do stacji głównej z aplikacją HMI/SCADA obecnie jeszcze najczęściej drogą przewodową, głównie przez Ethernet, RS-232, protokoły IP, modem. Z rozwiązań bezprzewodowych korzysta obecnie tylko ok. 20 proc. użytkowników systemów HMI/SCADA, ale współczynnik ten będzie się powiększał, ponieważ łączność bezprzewodowa jest wygodniejsza w użyciu, a instalacja takiego systemu lub wprowadzanie w nim zmian nie powoduje przerw w pracy i odbywa się mniejszym kosztem niż w przypadku instalacji kablowej.

Do minusów komunikacji bezprzewodowej należy jej wolniejsze tempo i niższy poziom bezpieczeństwa – ze względu na możliwość „podsłuchiwania" przekazów radiowych.

Łączność stacji głównej z interfejsem bądź Internetem lub też innymi elementami systemu (komputery bazy danych, gromadzące dane historyczne i dane zapasowe) odbywa się już drogą kablową, głównie przez Ethernet, protokoły TCP i IP. Rzadziej stosuje się światłowody (SONET).

Czytaj więcej o SCADA/HMI

- HMI/SCADA - Przeznaczenie, korzyści, koszty