Операторские панели SIMATIC: актуальное состояние и тенденции развития

Место операторских панелей в системе управления и связь с контроллерами

Устройства, о которых пойдёт речь далее, называют операторскими панелями. Обычно они готовы к использованию и нуждаются только в настройке и/или программировании для работы в составе конкретной системы управления. Надо подчеркнуть, что опе­ра­тор­ские панели отображают данные не напрямую с датчиков или модулей ввода-вывода, а берут их из памяти контроллера, для чего имеют соответствующие интерфейсы связи с промышленной сетью.

В настоящее время в панелях SIMATIC поддерживаются интерфейс MPI/ PROFIBUS, основанный на стандарте RS-485, и интерфейс сети PROFI­NET/Ethernet. Кроме подключения по этим промышленным сетям к контроллерам SIMATIC (оно осуществляется по протоколу S7, а не PROFIBUS DP или PROFINET I/O), также возможно подключение к контроллерам и других наиболее известных производителей, в частности, по популярным из-за от­крытости протоколам Modbus RTU (RS-422/485) и Modbus TCP/IP (Ether­net). Полный список поддерживаемых контроллеров и протоколов можно найти как в каталогах, так и в документации по коммуникациям для панелей.

Запрос панелью данных от контроллера производится циклически с задаваемым отдельно для каждой переменной интервалом. Обычное для этой величины значение, задаваемое в системе проектирования по умолчанию, – 1 секунда. Можно задать и меньший интервал обновления, вплоть до 0,1 секунды, но время обновления параметров реального процесса зависит от многих факторов и в действительности редко составляет менее секунды. Для уменьшения нагрузки на сеть панель постоянно запрашивает у системы управления только информацию, необходимую для системы сообщений, архивируемых переменных и вывода значений переменных на текущий экран. И поэтому надо обратить внимание на то, что в случае использования переменной как триггера для запуска системной функции или VBS-скрипта по изменению её значения надо настроить в среде проектирования в свойствах этой переменной параметр, отвечающий за её постоянный опрос.

Если рассматривать работу панелей в сетях PROFIBUS DP или PROFINET I/O, то возможно (и обязательно для кнопочных панелей KP8/KP32) конфигурирование панелей как ведомых устройств выделенного контроллера, являющегося мастером. При этом панель предстаёт для данного контроллера модулем распределённой периферии, в которой кнопки панели выполняют функции дискретных входов, а светодиоды (при их наличии) – дискретных выходов. Преимуществом такой организации связи контроллера и панели является быстрая реакция на нажатие кнопки, которой в большинстве случаев невозможно достичь при реализации связи на основе протокола S7. Проект панели в данном случае обязательно должен быть интегрирован со средой программирования контроллеров, и обработка событий нажатия, а также событийное включение/выклю­чение светодиодов производятся в программе контроллера (обычно это делается для вывода диагностической информации работы оборудования).

Эксплуатационные характеристики панелей SIMATIC

Если теперь перейти к классификации операторских панелей, то их можно разделить на простейшие кнопочные панели и панели с дисплеем, которые, в свою очередь, можно подразделить на встраиваемые и переносные модели. По способу управления они делятся на панели с сенсорным экраном и клавишные, но есть ряд моделей, в которых сочетается сенсорный экран с некоторым набором клавиш.

Передняя поверхность встраиваемых операторских панелей SIMATIC имеет степень защиты IP65. Дополнительно для защиты корпуса и экрана от царапин можно использовать опционные защитные мембраны. Все панели устойчивы к работе в условиях повышенной вибрационной и ударной нагрузок и могут устанавливаться на технологическом оборудовании или в шкафах в непосредственной близости от него. Встраиваемые панели обычно устанавливаются в вырез дверцы или стенки шкафа, для чего в комплекте поставки имеются необходимые зажимные фиксаторы (рис. 1). 

Такой способ установки и фиксации корпуса одинаков как для встраиваемых панелей, так и для встраиваемых мониторов и панельных компьютеров.

Температурный диапазон эксплуатации панелей SIMATIC при их вертикальной установке лежит в пределах 0…50°C. Дополнительно может быть пред­ложено специальное исполнение панелей SIPLUS с более широким диапазоном рабочих температур от 0 до 60°С. Но даже для панелей в SIPLUS-исполнении работа при отрицательных температурах невозможна из-за жидкокристаллических экранов, и реально данное исполнение только защищает электронику от влаги, которая может появиться при эксплуатации панели при температурах, близких к 0°C.

Немного о возможности использования панелей во взрывоопасных зонах. Большинство панелей SIMATIC имеют европейский сертификат ATEX для работы во взрывоопасных зонах 2/22, но только по передней поверхности при условии установки в изолированный шкаф. К тому же требования к безопасности в этих взрывоопасных зонах по европейским и российским стандартам отличаются, а российского сертификата для работы в Ex-зонах для панелей SIMATIC нет, и получение его не планируется, так что применение панелей SIMATIC во взрывоопасных зонах лучше не рассматривать.

Кнопочные панели

Кнопочные панели PP7/PP17, ещё выпускаемые в настоящее время, могут работать и по протоколу S7 (настройка кнопок с помощью дисплея на задней стороне), и как ведомые устройства в сети PROFIBUS или PROFINET. Но после 2014 года из кнопочных панелей останется серия панелей KP8/KP32 (рис. 2), которые могут быть только ведомыми устройствами в сети PROFI­NET. 

Для их использования необходимо задействовать пакет программирования контроллеров, где и реализуется вся логика обработки событий нажатия клавиш и высвечивания диодов нужного цвета.

Пакеты разработки и миграция моделей панелей SIMATIC

Для программирования всех других операторских панелей предназначены пакет проектирования WinCC flexible, интегрируемый с пакетом программирования контроллеров STEP 7. V.5, и па­кет WinCC V.12, входящий в состав программного окружения TIA Portal.

В будущем развиваться будет только версия программного обеспечения, свя­­занная с TIA Portal, новых версий WinCC flexible не будет, поэтому для работы с панелями перспективной серии Comfort однозначно нужен TIA Portal, так как в WinCC flexible поддержки этих панелей нет.

В следующем году запланировано окончание поставок «классических» панелей серий TP/OP/MP. Это далеко не первое обновление спектра операторских панелей SIMATIC (табл. 1), вызванное необходимостью перехода на новые электронные комплектующие, в первую очередь, на новые процессоры. 

После октября 2014 года из встраиваемых программируемых панелей в каталогах останутся только панели серий Basic и Comfort. При замене панелей старых серий придётся подбирать ближайшие аналоги именно из этих двух серий. Замечу также, что в WinCC V.12 есть возможность открыть проекты WinCC flexible, но для старых панелей серий 170/270/370 их проекты придётся конвертировать в WinCC flexible в проекты серий 177/277/377, потому что в WinCC V.12 нет поддержки панелей, про­граммировавшихся во времена применения пакета ProTool. Миграция панелей не всегда однозначна и проста, но немного эту проблему облегчает наличие документации, посвящённой вопросам перехода со старых панелей на современные модели.

Встраиваемые панели Basic и Comfort

Если сравнивать панели серий Basic и Comfort в общем, то панели серии Basic являются недорогими бюджетными моделями, обеспечивающими базовые функции человеко-машинного интерфейса, но не предоставляющими возможности реализовывать на них опции, доступные в более мощных панелях серии Comfort. Панели же серии Com­fort, о которых в основном и пойдёт речь далее, призваны взять на себя функции, выполняемые панелями серий 277/377, и занять промежуточное положение между простыми панелями и панельными компьютерами с пакетом визуализации WinCC Advanced.

Проведём сравнение дисплеев в панелях серий Basic и Comfort по их основным характеристикам. В панелях серии Basic (рис. 3) дисплеи могут быть монохромными (для панелей с 3-, 4- и 6-дюймовыми экранами) и цветными с поддержкой 256 цветов (для панелей с 6-, 10- и 15-дюймовыми экранами).

И если в большинстве панелей Basic реализованы классическое соотношение сторон экрана 4:3 и соответствующие им разрешения (например, 640×480 для KTP1000), то во всех панелях серии Comfort (рис. 4) применяются широкоформатные дисплеи, и разрешения экранов в них тоже «широкоформатные» (1920×1080 для самой большой панели TP2200). 

Из отличий между дисплеями панелей Basic и Comfort надо также отметить имеющуюся в панелях серии Comfort возможность регулировки, в том числе и из среды исполнения, интенсивности подсветки дисплея, что, кроме повышения удобства использования, ещё и уменьшает потребление энергии.

Продолжая сравнение панелей Basic и Comfort, отметим, что если в серии Basic в качестве CPU применяются процессоры архитектуры ARM, то в серии Comfort такие процессоры стоят только в панелях с наименьшим (4-дюймовым) экраном, а в панелях с большими дисплеями применяются процессоры архитектуры x86 фирмы Intel с низким потреблением энергии. И хотя рабочая частота этих процессоров Intel в панелях Comfort всего 500 МГц, их производительность в сравнении с панелями MP377, работающими на процессорах ARM, выросла в среднем в 3–4 раза.

Из-за ограниченного списка совместимых с панелями SIMATIC принтеров часто является проблемой их подбор из реально имеющихся в продаже моделей. И если сравнивать панели Comfort с предыдущими сериями панелей, то для них реализована поддержка драйвера печати протокола PostScript, что существенно упрощает такой подбор. Кроме того, в панелях Comfort появилась поддержка вывода печати в файлы форматов pdf и html, в том числе с возможностью в дальнейшем просматривать эти сохранённые файлы прямо на панели, запуская из среды исполнения утилиты просмотра таких файлов.

Немного о поддержке внешних носителей в панелях Comfort. В них есть два слота для SD-карт: один только для специальных HMI Memory Card Siemens ёмкостью от 2 Гбайт, которые гарантируют сохранность данных при внезапном выключении питания панели и выполняют сервисные функции; второй для обычных SD-карт, в том числе SDHC объёмом до 32 Гбайт (в па­нелях MP277/377 этот слот совместим только с SD-картами объёмом до 4 Гбайт), но без таких гарантий, как у первого слота. Кроме этого, панели Comfort имеют как минимум один интерфейс USB с поддержкой функции USB-host, что позволяет использовать в качестве носителей (например для архивирования) и USB флэш-диски.

Табл. 2 даёт представление о разнообразии размеров дисплеев в операторских панелях серий Basic и Comfort и позволяет по данному показателю сопоставить эти панели с другими устройствами SIMATIC, имеющими дисплей.

Панели Comfort и панельные компьютеры

Интересно также сравнить панели серии Comfort с новыми панельными компьютерами IPC277D, тем более что дизайн их дисплеев одинаков и спереди они очень похожи (рис. 5). 

Панельные компьютеры IPC277D имеют конфигурации с таким же сенсорным экраном размером по диагонали от 7 до 19 дюймов, как и у панелей Comfort, в качестве процессоров можно выбрать процессоры Atom с частотой 1 или 1,3 ГГц, а носителями информации будут служить CF-карты или SSD-диск. В качестве предустановленной операционной системы в IPC277D применяется Windows 7 Embedded на CF-карте или Windows 7 SP1 на SSD-диске и опционально пакеты визуализации WinCC Advanced и программный контроллер WinAC.

Панели серии Comfort тоже используют процессоры Atom минимальной мощности и операционную систему Windows CE, но в отличие от панельных компьютеров представляют собой, с одной стороны, готовые к работе устройства, не требующие установки программного обеспечения и лицензий, а с другой стороны, они являются «чёрным ящиком», где возможна работа только среды исполнения и нет возможности расширить функциональность с использованием дополнительных приложений или динамических библиотек. Также для новых панелей не предусмотрено опции программного контроллера WinAC, которая была доступна для панелей MP277/377, и в случае необходимости иметь в одном устройстве визуализацию и управление процессом надо выбирать за основу панельные компьютеры. Ещё одним критерием для выбора компьютера вместо панели мо­жет быть необходимость динамического ввода на экране текста на языке, отличном от английского, так как на панелях SIMATIC другой раскладки клавиатуры никогда не предусматривалось, и в панелях Comfort в этом отношении ничего не изменилось.

Табл. 3 резюмирует проведённое сравнение по части основных возможностей, предоставляемых пользователям рассматриваемыми типами уст­ройств.

Удалённые терминалы ITC

Панели Comfort и среда исполнения WinCC Advanced на компьютерах име­ют программную опцию для удалённой работы по сети Ethernet под названием Sm@rtServer, что позволяет подключиться к панели, где стоит данная опция, с другой панели или с компьютера для визуализации и управления (в зависимости от прав пользователя). В этой связи самое время рассказать об устройствах, выполняющих функции удалённого терминала, – SIMATIC ITC (смотрите табл. 2; дизайн внешнего вида этих панелей, как и мониторов IFP, повторяет дизайн сенсорных панелей серии Comfort). Эти уст­ройства нуждаются только в настройке и дают возможность удалённо подключаться к панелям и компьютерам, на которых установлена опция Sm@rt­Server. Кроме того, панели ITC поддерживают протоколы VNC и RDP, что позволяет использовать их и в качестве удалённых терминалов для подключения к компьютерам с операционными системами, поддерживающим данные протоколы. В па­нелях ITC есть встро­енный Ин­тернет-браузер, ко­то­рый мо­жет использоваться для подключения к встро­енным в контроллер или операторскую па­нель Web-серверам с целью удалённой диагностики. Но подключиться таким образом напрямую к Web­Navigator-серверу системы визуализации WinCC не получится из-за невозможности установки на ITC библиотек WebNavi­gator-клиента, и для реализации такой задачи надо использовать RDP-соединение с Windows Server, на котором и будет запускаться Internet Explorer с установленным WebNavigator-клиентом в отдельной сессии.

Беспроводные панели

Переносные панели, основой которых в настоящее время являются модели серий 177 и 277, предназначены для временного мобильного подключения и управления в удобных для оператора местах. Есть два вида таких панелей: проводные панели с подключением их в заранее предусмотренных местах с использованием специального кабеля и соединительной коробки, интегрированной в сеть PROFIBUS DP или PROFINET, и беспроводные панели Mobile Panel 277IWLAN (рис. 6), для работы которых необходимо наличие интегрированной в сеть PROFINET беспроводной точки подключения, работающей по стандарту IEEE 802.11a (b, g). 

Есть дополнительные опции мобильных панелей, позволяющие интегрировать эти панели в системы противоаварийной защиты по технологии fail-safety, а также контролировать местоположение па­­нели относительно управляемого обо­рудования с целью более надёжного управления и поддержки функций безопасности.

В отличие от встраиваемых панелей серий 177 и 277, для которых объявлено окончание их поставок в следующем году, замены для мобильных панелей пока нет, и они наверняка останутся в производстве и после октября 2014 года.

Обслуживание панелей

Немного о проблемах, возникающих у конечных пользователей панелей при их обслуживании на производстве.

Обслуживающий персонал систем управления, построенных на основе контроллеров и панелей SIMATIC, в лучшем случае имеет программное обеспечение и кабели для подключения к системе с целью её диагностики, но самого проекта для операторских панелей часто не имеет. В этом случае, для того чтобы иметь возможность восстановить систему при её выходе из строя, первым делом надо сделать резервное сохранение содержимого панелей с помощью утилиты Prosave (входит в состав пакетов проектирования панелей и доступна для скачивания на сайте поддержки), что позволит с помощью этой же программы восстановить конфигурацию со всеми настройками в новой панели (но той же модели, с которой была сохранена конфигурация). Если панель имеет слот для SD/MMC-карточки, то конфигурацию можно сохранить на внешнем носителе прямо из окна настроек на самой панели и впоследствии на новой панели того же типа провести процедуру восстановления на­строек с этого носителя. Тут надо отметить, что для панелей Comfort была разработана новая концепция обслуживания с использованием специальных SIMATIC HMI Memory Card, позволя­ющая автоматически синхронизировать содержимое внутренней памяти панели с содержимым на карточке. Для переноса конфигурации на новую панель достаточно вставить карту с конфигурацией и в настройках панели включить режим использования этой концепции, после чего содержимое с карты скопируется во внутреннюю память панели и панель примет все настройки вышедшего из строя устройства без дополнительных манипуляций.

Перспективы

В конце статьи – о тенденциях развития панелей и перспективах в ближайшем будущем. С появлением новых процессоров x86-архитектуры с малым энергопотреблением, скорее всего, продолжится тенденция вытеснения процессоров ARM в операторских панелях (пример в настоящее время – панели Comfort и «тонкие» клиенты ITC), что даёт, в первую очередь, программную совместимость и возможность расширения функциональности таких уст­ройств. И, конечно, стоит ожидать в ближайшее время появления операторских панелей с сенсорным экраном Multitouch, но для этого должна быть изменена концепция работы с элементами управления на экране и переработаны системные функции в программных пакетах разработки, что произойдёт только с выходом новых версий пакета TIA Portal не ранее конца этого года. ●