ДонНТУ   Портал магистров

Simatic WinCC (Windows Control Center)

Содержание

1. Введение

В настоящее время всё больше сфер человеческой деятельности подвергаются автоматизации. Человек в силу своих физических способностей не может управлять технологическим процессом. Так же автоматизируются те технологические процессы, в которых ошибка является катастрофой и может нанести огромный вред окружающей среде. С ростом уровня автоматизации сфер производства выросло и число программных продуктов, управляющих технологическими процессами. [1]

Одним из таких продуктов является Simatic WinCC. Он является уникальным продуктом

В процессе работы над своим бакалаврским проектом я убедился сам, насколько важна данная система. Ведь мне, достаточно было находится рядом с монитором и в режиме реального времени я мог отслеживать корректность работы своей установки, без непосредственного нахождения возле неё. И прежде чем поподробнее рассказать о HMI и описать Simatic WinCC, я хотел бы продемонстрировать две GIF–анимации длиною в 20 секунд, которые были созданы мной для моей бакалаврской работы. Они покажут работу пневматического привода манипулятора и графическую визуализацию его работы под управлением в среде Simatic WinCC.

Анимированное отображение работы пневматического привода манипулятора (слева) и аннимированная графическая визуализация его работы под управлением в среде Simatic WinCC (справа) Анимированное отображение работы пневматического привода манипулятора (слева) и аннимированная графическая визуализация его работы под управлением в среде Simatic WinCC (справа)

Анимированное отображение работы пневматического привода манипулятора (слева) и аннимированная графическая визуализация его работы под управлением в среде Simatic WinCC (справа), (2 кадра секунду, задержка 200мс, бесконечное повторение)

2. Что такое HMI (Human–machine interface)?

Прежде чем переходить к рассмотрению Simatic WinCC, необходимо разобраться, что такое HMI. Человеко–машинный интерфейс очень обширное понятие. Чтобы разобраться, что это, надо узнать, что представляет собой само понятие интерфейс. Ниже на рис. 1 представлен пример HMI панели.

Пример HMI панели

Рисунок 1 – Пример HMI панели

2.1 Понятие интерфейса

Слово интерфейс (от англ. – это поверхность раздела, перегородка) определяет место или способ соединения, соприкосновения, связи. Это слово стало популярным в эпоху компьютеризации, но его значение относится к любому сопряжению взаимодействующих систем.

Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого–либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), то это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами.

То есть, научившись работать с одной программой, например, под Windows, пользователь с лёгкостью освоит и другие, потому что они имеют одинаковый интерфейс.

В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. В соответствии с этой классификацией можно выделить:

  1. интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд);
  2. графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана;
  3. диалоговый интерфейс;
  4. языковой интерфейс: пользователь разговаривает с программой на родном ему языке; [1]

2.2 Понятие пользовательского интерфейса

Из этого вытекает понятие пользовательского интерфейса. Пользовательский интерфейс – это совокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами. Основу такого взаимодействия составляют диалоги. Под диалогом в данном случае понимают регламентированный обмен информацией между человеком и компьютером, осуществляемый в реальном масштабе времени и направленный на совместное решение конкретной задачи. Каждый диалог состоит из отдельных процессов ввода/вывода, которые физически обеспечивают связь пользователя и компьютера. Обмен информацией осуществляется передачей сообщения. Разобрав понятие интерфейс можно перейти к человеко–машинному интерфейсу. [3]

2.3 Понятие HMI

Так что же представляет собой человеко–машинный интерфейс. Это широкое понятие, охватывающее инженерные решения, обеспечивающие взаимодействие оператора с управляемыми им машинами. Создание данных систем тесно связано с эргономикой (Эргономика – это научная дисциплина, комплексно изучающая производственную деятельность человека и ставящая целью её оптимизацию), но не тождественно ей. Проектирование HMI включает в себя создание рабочего места: кресла, стола, или пульта управления, размещение приборов и органов управления, освещение рабочего места, а, возможно, и микроклимат. [1]

Ниже на рис. 2 показано взаимодействие человека с HMI панелью.

Взаимодействие оператора с HMI панелью

Рисунок 2 – Взаимодействие оператора с HMI панелью

3. Что такое Simatic WinCC?

Simatic WinCC – это мощное программное обеспечение для создания человеко–машинного интерфейса (HMI), которая работает под управлением операционной системы Microsoft Windows. Аббревиатура HMI означает Human Machine Interface, то есть интерфейс между человеком (оператором) и устройством (процессом). Автоматизация процесса (англ. automation process (AS)) позволяет поддерживать фактический контроль над всем процессом. Для обеспечения контроля устанавливается с одной стороны связь между Simatic WinCC и оператором, а с другой стороны – между системой автоматизацией и Simatic WinCC:

  1. между Simatic WinCC и оператором (рис. 3, слева)
  2. между системой автоматизации и Simatic WinCC (рис. 3, справа).
Связь между Simatic WinCC и оператором Связь между системой автоматизации и Simatic WinCC

Рисунок 3 – Связь между Simatic WinCC и оператором (слева) и между системой автоматизации и Simatic WinCC (справа)

Связь между Simatic WinCC и оператором нужна для того, чтобы осуществить визуализацию технологического процесса в удобной форме отображается состояние процесса, что позволяет оператору эффективно следить за всеми изменениями технологического процесса, отображаемыми на экране графически.

Второе направление данной связи заключается в возможности разработки графического интерфейса оператора. Посредством этого интерфейса Simatic WinCC обеспечивает управление процессом со стороны оператора. Например, оператор может открывать клапаны, задвижки, включать и выключать устройства и т.п.

Помимо графической визуализации, генерируется система аварийных сообщений о критическом состоянии процесса.

Кроме того, в Simatic WinCC налажена система документирования и архивирования значения данных технологического процесса.

Simatic WinCC может работать как часть комплексной системы автоматизации в рамках концепции Siemens TIA (Totally Integrated Automation [Полностью интегрированная автоматизация]). Кроме того, ею поддерживаются системы автоматизации других производителей.

Simatic WinCC может обмениваться данными с другими IT–решениями, используя стандартизованные интерфейсы, например, с такими приложениями, как Microsoft Excel.

Открытые программные интерфейсы Simatic WinCC позволяют пользователю создавать и встраивать свои программы для управления процессом и данными процесса.

Simatic WinCC позволяет создавать очень разнообразные по сложности и возможностям проекты. Simatic WinCC поддерживает создание разнообразных систем, от однопользовательских (рис. 3) и систем с архитектурой клиент–сервер (рис. 4) до распределенных резервированных систем с несколькими серверами (рис. 5). [4]

Однопользовательская система Simatic WinCC

Рисунок 4 – Однопользовательская система Simatic WinCC

Распределенная система с макс. 12 (резервированными) серверами и 32 клиентами

Рисунок 5 – Распределенная система с макс. 12 (резервированными) серверами и 32 клиентами

3.1 Структура Simatic WinCC

Также Simatic WinCC – это модульная система. На рис. 6 показаны основные компоненты являются Configuration Software [Система проектирования] (CS) и Runtime Software (RT) [Система исполнения].

Основные компоненты Simatic WinCC

Рисунок 6 – Основные компоненты Simatic WinCC

В каждом из этих компонентов работают следующие функциональные подсистемы Simatic WinCC:

3.2 Функциональная схема Simatic WinCC

На рис. 7 показана схема взаимодействия подсистем Simatic WinCC.

Фукнциональная схема Simatic WinCC

Рисунок 7 – Фукнциональная схема Simatic WinCC

Для создания проекта используются редакторы системы проектирования. Все редакторы Simatic WinCC сохраняют информацию о проекте в конфигурационной базе данных. Во время исполнения информация о проекте читается из конфигурационной базы данных системой исполнения и проект выполняется. Текущие данные о проекте хранятся в базе данных системы исполнения.

3.3 Модульный принцип организации Simatic WinCC

На рис. 8 показан состав Simatic WinCC. WinCC Explorer обобщает все данные, необходимые для работы одно–пользовательских и многопользовательских систем, и обеспечивает их иерархически упорядоченное хранение. System Controller обеспечивает системные связи между установками. Для многопользовательских систем, System controller также обеспечивает контроль за проектом по всей сети, также как и связь между Клиентом и Сервером. System controller также осуществляет координацию через терминальную шину.

Data Manager – это место запуска всех центральных задач проекта WinCC. Data manager существует в каждой установке и работает в тесной связи с System controller. Главная задача – это управление переменными. Для доступа к данным процесса используются коммуникационные каналы. [4]

Архитектура WinCC

Рисунок 8 – Архитектура WinCC

Список используемых источников

  1. Понятие человеко–машинного интерфейса. Электронный ресурс: http://studbooks.net
  2. Человеко–машинный интерфейс. Электронный ресурс: http://www.electrocentr.com.ua
  3. Пользовательский интерфейс. Электронный ресурс: http://mirznanii.com
  4. Системный обзор WinCC. Электронный ресурс: http://docplayer.ru