В статье дан краткий обзор устройств человеко-машинного интерфейса производства компании Weintek, а также приведены примеры проектов автоматизации, реализованных с использованием этих устройств в нефтехимии, строительстве, электроэнергетике, образовании и науке.
Устройства человеко-машинного интерфейса (ЧМИ) встречаются практически во всех проектах АСУ ТП или во встраиваемых системах автоматизации. Диапазон технических решений необычайно широк и разнообразен, начиная от простейших текстовых дисплеев и кнопочных пультов и заканчивая программируемыми терминалами и сенсорными графическими панелями. В этих условиях перед проектировщиком или конструктором встаёт непростая задача выбора оптимального технического решения.
В процессе принятия решения может помочь ряд важных оценочных критериев. В первую очередь, устройство человеко-машинного интерфейса должно быть функциональным, то есть обеспечивать требуемый набор технических характеристик и решать возложенные на него задачи. Не менее важны надёжность и способность к работе в определённых (зачастую жёстких) условиях эксплуатации. В тисках рыночной экономики и конкуренции очень важными критериями становятся стоимость изделия, затраты на ввод его в строй и эксплуатационные расходы. Непосредственно к этому критерию примыкают требования к разработчикам, а также к обслуживающему и эксплуатирующему персоналу.
Несомненно, универсальных решений нет. Однако опыт последних лет демонстрирует, что для широкого круга задач, связанных с визуализацией данных и управлением системой, успешно применяется оборудование человеко-машинного интерфейса компании Weintek. Оно в полной мере отвечает перечисленным требованиям и обладает рядом привлекательных особенностей. Среди его достоинств следует отметить развитую функциональность, прекрасные эксплуатационные характеристики и конкурентные цены. Программные средства разработки отличаются хорошим качеством, обеспечивают решение большого числа разнообразных задач и доступны для широкого круга специалистов.
В первой части статьи приведён краткий обзор устройств человеко-машинного интерфейса и программных средств разработки компании Weintek. Во второй части мы познакомим читателей с примерами использования данного оборудования в системах автоматизации в нефтехимии, строительстве, электроэнергетике, образовании и науке. Отбирая примеры внедрений, мы стремились не только показать возможность применения оборудования Weintek в различных отраслях, но и продемонстрировать его прекрасную совместимость с контроллерами различных производителей.
Номенклатура устройств человеко-машинного интерфейса компании Weinek состоит из нескольких классов изделий (табл. 1).
Наиболее обширным и популярным является класс графических панелей семейств MT6000/MT8000 и MT3000 с бесплатным программным пакетом разработки EasyBuilder.
С точки зрения разработки программного обеспечения, очень близок к ним класс устройств ЧМИ, не содержащих встроенного дисплея. Это устройства машинного TV-интерфейса mTV-100 и cMT-SVR-100 с облачной технологией. Главным их отличием от других изделий Weintek является отсутствие встроенного дисплея. Подготовка проекта визуализации ведётся в среде разработки EasyBuilder Pro. Изделие mTV-100 оснащено интерфейсом HDMI и позволяет отображать рабочий проект на больших мониторах или телевизионных экранах. Изделие сMT-SVR-100 после загрузки проекта функционирует как сервер, к которому по беспроводному каналу связи могут подключаться клиентские приложения визуализации данных CloudHMI, установленные на мобильных устройствах iPad.
Отдельный класс составляют панельные ПК с сенсорным экраном семейства MT600. В состав семейства входят три серии: i, eMT и iWP. Серии MT600i и eMT600 – это свободно программируемые панельные компьютеры с предустановленными операционными системами реального времени Windows CE 5.0 и Windows CE 6.0. Поставляемый с этими изделиями комплект разработки (SDK) даёт возможность создавать программное обеспечение, используя средства разработки приложений для операционной системы Windows CE.
Операторские веб-панели MT600iWP поставляются со встроенным программным обеспечением iniNet MicroBrowser. Эти устройства не требуют каких-либо средств разработки, относятся к классу так называемых тонких клиентов и предназначены для отображения через встроенный веб-браузер экранов, созданных средствами пакета визуализации CoDeSys. Визуализация публикуется на веб-сервере программируемого логического контроллера (ПЛК). Такую возможность, например, поддерживают ПЛК WAGO I/O.
Большой популярностью среди специалистов пользуются графические сенсорные панели семейств MT6000/ MT8000 и MT3000. В состав семейств входит несколько серий панелей различной производительности с размерами экранов от 4,3 до 15". На момент написания статьи в производственной программе Weintek этот класс устройств представлен сериями i, iE, XE и eMT (табл. 2).
Одной из ключевых составляющих успеха этих семейств является бесплатно распространяемое программное обеспечение EasyBuilder 8000 и EasyBuilder Pro, предназначенное для разработки проектов ЧМИ. Все панели поставляются с предустановленной средой исполнения проектов.
В состав семейства MT6000/MT8000 входят серии i, iE, XE. Доступны панели с размерами экранов по диагонали 4,3, 7, 10,1, 10,4, 12,1 и 15". Вычислительное ядро построено на мощных RISC-процессорах с частотой 400 МГц (серия i), 600 МГц (серия iE), 1 ГГц (серия XE).
С увеличением частоты процессора от серии к серии растёт объём оперативной памяти: 64 Мбайт (серия i), 128 Мбайт (серия iE), 256 Мбайт (серия XE), и флэш-памяти, предназначенной для размещения проектов и хранения данных: 128 Мбайт (серии i и iE), 256 Мбайт (серия XE). Увеличивается от серии к серии и количество передаваемых цветов от 65 536 (серия i) до 16,7 млн (серии iE и XE) . Практически все панели этого семейства содержат часы реального времени (за исключением моделей 6050i и 8050i). Все панели семейства имеют от одного до трёх последовательных портов (RS-232/RS-485), один или два порта USB. Некоторые модели содержат слот для размещения SD-карты.
В отличие от панелей MT6000 все панели MT8000 комплектуются портом Ethernet. При незначительной разнице в цене наличие порта Ethernet существенно увеличивает количество протоколов обмена с устройствами, расширяет функциональные возможности панелей MT8000, обеспечивает удобство загрузки проектов и возможность удалённого подключения к рабочему столу панели (через VNC-клиентов). Модели серии MT8000XE комплектуются мощным процессором с частотой 1 ГГц, алюминиевым корпусом и экраном повышенной яркости.
Панели серии еМТ3000 оснащены RISC-процессором с частотой 800 МГц (у модели eMT3070A частота 600 МГц) и ОЗУ 256 Мбайт. Важной особенностью панелей этой серии является поддержка протоколов CANopen, BACnet/IP, MPI/PPI. В серии имеются модели с алюминиевым корпусом (суффикс -А: еМТ3070А, еМТ3120А, еМТ3150А) и пластиковым корпусом (суффикс -Р – модель еМТ3105Р). Панель eMT3070A с процессором 600 МГц способна работать в жёстких условиях (диапазон рабочих температур –20…+50°C).
Для создания ПО человеко-машинного интерфейса компания Weintek предлагает бесплатные средства разработки EasyBuilder 8000 и EasyBuilder Pro. Для программирования панелей серии i применяется EasyBuilder 8000. Для программирования панелей серий iE, XE, eMT предназначен пакет EasyBuilder Pro. В статье в отношении любой версии этого программного обеспечения используем общее название EasyBuilder.
Программное обеспечение EasyBuilder – бесплатное средство разработки, которое устанавливается на инженерной станции, работающей под управлением операционной системы семейства Windows. В среде проектирования разработчику предоставляется интуитивно понятный русифицированный интерфейс, богатый набор инструментов для быстрого создания проектов. Экранные формы проектов могут содержать различные элементы управления и индикации, таблицы, графики и тренды. Используя команды меню, можно настроить сбор данных по времени или по условию, отобразить на экранных формах текущие значения параметров и архивную информацию. При этом можно сконфигурировать хранение архива в памяти панели, на SD-карте или USB-носителе.
Наличие библиотек специальных коммуникационных драйверов (более двухсот) позволяет создать подключения для взаимодействия с контроллерами различных производителей: Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi, Omron, Yokogawa, Sharp, Fuji Electric, GE Fanuc, Delta, Hitachi и других. Встроенная поддержка стандартных коммуникационных протоколов Modbus TCP (через порт Ethernet) и Modbus RTU/ ASCII (через интерфейсы RS-232 и RS-485) гарантирует быструю интеграцию панелей Weintek с контроллерами FASTWEL I/O, WAGO I/O, Advantech и другими.
Рассмотрим примеры реализованных проектов и подробнее остановимся на особенностях панелей Weintek и программного обеспечения EasyBuilder.
В 2013 году компания «КИП-Сервис» (г. Казань) реализовала проект модернизации комплекса весовых терминалов в цехе подготовки шинной резины на Нижнекамском шинном заводе. Перед разработчиками стояла задача создать систему терминалов для точного измерения веса основных компонентов шинного производства, в том числе технического углерода разных марок. По условиям технического задания повышенные метрологические требования предъявлялись к тензометрическим датчикам, вторичным преобразователям и каналам АЦП контроллера.
Другим ключевым требованием к оборудованию весовых терминалов стала высокая надёжность оборудования. Исходя из этого, в основу технического решения был положен ПЛК СРМ713 с набором модулей ввода-вывода серии FASTWEL I/O (рис. 1).
Серия FASTWEL I/O имеет сертификат об утверждении типа средств измерений и характеризуется высокими показателями безотказности.
Из-за высокой концентрации пыли технического углерода в цехе при выборе панели оператора дополнительным требованием стало исполнение лицевой панели со степенью защиты не ниже IP65, при этом изображение должно оставаться многоцветным и ярким. По совокупности всех факторов для визуализации и управления процессами взвешивания, калибровки и настройки весов было решено использовать графическую панель MT8070iH производства компании Weintek (рис. 2).
На рис. 3 изображена структурная схема шкафа весового терминала.
Как показано на рисунке, сигналы от тензодатчика, преобразованные модулем нормализации ADAM-3016 в токовый сигнал 0–20 мА, заводятся в АЦП контроллера (модуль AIM721). После цифровой фильтрации и обработки данные о текущем весе передаются в основную управляющую программу контроллера СРМ713. С панели оператора МТ8070iH выполняется ввод контрольных параметров и управление процессами взвешивания. Обмен данными между панелью и контроллером осуществляется по стандартному промышленному протоколу Modbus TCP. Использование открытого протокола Modbus TCP в перспективе позволит провести интеграцию комплекса весовых терминалов в единую систему автоматизации подготовки шинной резины.
Основным направлением деятельности ООО «КИП-Сервис» (г. Казань) является производство и комплексная поставка оборудования для дозирования, взвешивания сыпучих и жидких материалов, в том числе при производстве бетона. Накопленный системным интегратором опыт по использованию оборудования разных производителей помог определиться с оптимальным типовым решением для автоматизации бетоносмесительных установок (БСУ). В качестве основы комплекса технических средств такого типового решения интегратором была определена модульная система WAGO I/O и сенсорные панели MT8000i/iE компании Weintek (рис. 4).
Большая география проектов и высокая степень ответственности перед заказчиками ставит во главу угла надёжность всех компонентов системы, этому критерию в полной мере соответствует выбор технических средств автоматизации.
Благодаря широкой номенклатуре модулей WAGO I/O и высокой производительности программируемого контроллера 750-881 разработчики системы получили возможность создания гибкой конфигурации с учётом индивидуальных особенностей каждого БСУ. Применяя сенсорные панели MT8000i/iE с диагоналями от 4,3 до 15", можно реализовать проект достаточно высокого уровня сложности, как по графическому содержанию, так и по функциональному наполнению.
На рис. 5 представлен пример мнемосхемы визуализации и управления процессами дозирования.
В зависимости от сложности объекта автоматизации количество экранов с мнемосхемами может меняться. Программное обеспечение EasyBuilder позволяет создать в одном проекте до 1997 окон с различными экранными формами, настроить связи и переходы между ними. При этом разрешается как использовать стандартные (предустановленные) библиотеки форм и изображений, так и создавать свои собственные. Кроме того, с сайта производителя можно скачать дополнительные отраслевые базы элементов.
Функционирование БСУ, как правило, предполагает использование нескольких технологических рецептов для приготовления бетона разных марок, что особенно важно в сезон активных строительных работ. Используя программное обеспечение EasyBuilder Pro, можно создать большую базу рецептов, данные которых будут храниться в энергонезависимой памяти панели. При необходимости доступ к экрану с рецептурными данными, а также к любой другой экранной форме можно ограничить, если на этапе создания проекта настроить группу учётных записей с различными паролями и уровнями доступа.
Контроллеры серии WAGO I/O 750-881 также имеют энергонезависимую память объёмом до 128 кбайт и допускают хранение данных, в том числе и рецептурных, в своей памяти. Кроме того, в номенклатуре WAGO I/O присутствуют модели контроллеров, имеющие разъём для SD-карты, которую можно использовать для создания и ведения архива средствами ПЛК.
Для обмена данными между панелями Weintek и контроллером WAGO I/O используется промышленный протокол Modbus TCP.
Важной характеристикой панелей Weintek является способность взаимодействовать с контроллерами различных производителей на основе проприетарных протоколов. Учитывая популярность техники Siemens на рынке промышленной автоматизации, мы выбрали для демонстрации этой способности проект компании «КЭР-Автоматика» (филиал ООО «КЭР-Инжиниринг», г. Казань), в котором панели Weintek eMT3105 (10,4") использовались в паре с контроллерами Siemens серии SIMATIC S7-1200.
Проект реконструкции системы управления горелками котельного агрегата (капитальный ремонт системы розжига газа «АМАКС») был выполнен компанией «КЭР-Автоматика» для ОАО «Генерирующая компания» Казанская ТЭЦ-2». Структурная схема системы приведена на рис. 6.
Система управления горелками котельного агрегата имеет традиционную архитектуру. Станция оператора верхнего уровня выполняет управляющие, информационные и диагностические функции. Средний уровень системы представлен двумя шкафами УСО (устройств связи с объектами) горелок, на которых реализованы подсистемы управления розжигом горелок котлового агрегата. Также к среднему уровню системы относятся шкафы бесперебойного питания и сетевого оборудования, шкаф УСО технических защит и общего оборудования.
Основным узлом каждого шкафа УСО горелок является пара контроллеров серии SIMATIC S7-1200. Они обеспечивают сбор данных с нижнего уровня оборудования КИПиА, обработку и передачу информации на верхний уровень, а также осуществляют управление запорной арматурой и механизмами по заданному программному алгоритму, командам от станции оператора или от локальной графической панели Weintek eMT3105. На рис. 7 приведён пример мнемосхемы на экране локальной панели, где отображены основные технологические параметры и состояния механизмов подсистемы управления розжигом горелки № 1.
Переключение между подсистемами горелок осуществляется с помощью кнопок в верхнем правом углу.
При разработке экранной формы мнемосхемы, показанной на рис. 7, графические индикаторы состояния арматуры (клапанов, регуляторов, задвижек) были реализованы в среде EasyBuilder одним и тем же элементом – «Байтовым индикатором». Удобство его применения в том, что он позволяет в месте своего расположения последовательно отображать разные состояния арматуры в зависимости от значения соответствующего контрольного параметра, назначенного пользователем. Элемент «Байтовый индикатор» может отобразить до 256 различных состояний объекта. Если подходящая библиотека изображений состояний в системе проектирования EasyBuilder отсутствует, то она может быть создана при помощи импорта графических файлов в форматах bmp, jpg, png, dpd или gif, то есть без особых ограничений можно подготовить изображения в популярных графических редакторах, таких как CorelDraw, 3D Max, MS Visio и других.
На рис. 7 текущие положения клапанов (ПЗК-1, ПЗК-2, КО) и регуляторов (ГЗ, ШВ) отображены меняющимися изображениями, исходя из следующих правил цветовой индикации: красный цвет – арматура открыта; зелёный – закрыта, серый – неизвестное состояние. Цифровые значения параметров положения арматуры считываются напрямую из контроллера S7-1200.
Отметим, что настройка и отладка канала связи между панелью Weintek eMT3070A и ПЛК S7-1200, взаимодействующими в локальной сети Ethernet, выполняется очень просто на этапе подготовки проекта панели в среде разработки EasyBuilderPro:
Таким образом, учитывая опыт подобных проектов, простоту и надёжность реализации, мы предполагаем, что панели Weintek с достоинством займут часть ниши промышленной автоматизации, где применяется контроллерное оборудование Siemens.
Многим специалистам в области промышленной автоматизации знакомы недорогие и надёжные модули удалённого ввода-вывода серии ADAM-4000 компании Advantech. С начала выпуска в 1992 году произведено более миллиона устройств этой серии, и они до сих пор остаются популярными и востребованными. Поэтому вполне естественным оказалось появление проектов, где проверенные решения на базе модулей ADAM-4000 оснащаются современными средствами визуализации – сенсорными панелями Weintek. Одним из примеров такой реализации является работа, проведённая в лаборатории гидродинамики кафедры радиоэлектроники Казанского федерального университета (КФУ).
Ещё в начале 2000-х годов сотрудниками кафедры была создана лабораторная установка для исследования процесса распространения температурных волн (рис. 8).
Для измерения температуры на установке использовались модули ADAM-4017 и набор датчиков температуры.
В 2013 году после модернизации лаборатории гидродинамики и создания нового учебно-лабораторного комплекса [1] возникла задача интеграции с комплексом установки для наблюдения температурных волн. В качестве устройства контроля и управления установкой было предложено использовать графическую панель оператора Weintek WT3010, расположенную в шкафу контроллера. Кроме интерфейса сети Ethernet, панель имеет набор коммуникационных портов стандарта RS-232 и RS-485, один из которых (СОМ3 RS-485 двухпроводной) и был использован для подключения модулей ADAM. Структурная схема установки приведена на рис. 9.
Однако отсутствие у панелей Weintek встроенной поддержки проприетарного протокола Advantech ASCII для опроса модулей ADAM-4000 потребовало от разработчиков нестандартного решения. Для этого они воспользовались возможностью дополнять встроенные функции EasyBuilder пользовательскими макросами. Язык макросов, встроенный в EasyBuilder, позволяет использовать условные и циклические операторы, математические и строковые функции, оперировать всеми стандартными типами данных и массивами чисел, осуществлять преобразования типов и т.д. Таким образом, не составило большого труда написать макрос, реализующий сетевой обмен по нестандартному протоколу для опроса модулей ADAM-4000. На рис. 10 показано окно редактора макросов с фрагментом программы.
Небольшой макрос выполняет следующие задачи:
Из памяти панели значения температуры стандартными средствами ПО EasyBuilder отображаются на экране панели и подготавливаются для передачи данных по сети Ethernet, используя протокол Modbus TCP, в SCADA-систему учебно-лабораторного комплекса.
Таким образом, в данном проекте была реализована функция шлюза данных из протокола ASCII (Advantech) в протокол Modbus TCP. По нашему мнению, используя макрос, можно настроить обмен информацией между различными прикладными протоколами. Особенно просто это будет сделать, если они входят в большой перечень протоколов, поддерживаемых панелью. В таком случае задача согласования обмена различными данными упрощается: достаточно использовать в макросе функции GetData() и SetData(), то есть, условно говоря, получить данные оттуда-то и записать данные туда-то (детальный синтаксис функций описан в документации).
Если возникает задача техническими средствами одной панели реализовать несколько шлюзов, то целесообразно использовать несколько макросов, каждый из которых можно настроить на свой период исполнения (100 мс, 1 или 2 с и т.д.). Общее число макросов в проекте может быть до 256.
Результаты лабораторных работ (табличные выборки данных, графики), полученные в процессе наблюдения температурных волн, можно распечатать на бумаге в виде копии экранных форм панели Weintek и приложить к лабораторному отчёту. Для реализации этой функции необходимо:
Если нет необходимости печатать копии экранных форм на бумаге, то их можно сохранять на жёстком диске сервера в файлах формата bmp, указав это в настройках утилиты EasyPrinter. Таким образом можно вести электронный архив графических файлов по дате, номеру учебной группы и т.п.
Приведённые в статье примеры использования оборудования ЧМИ компании Weintek в системах автоматизации в нефтехимии, строительстве, электроэнергетике, образовании и науке не исчерпывают сферы его применения. Панели семейств MT6000/MT8000 и MT3000 с успехом используются в транспортном машиностроении, нефтедобыче, производстве пищевых продуктов и многих других отраслях промышленности.
Суммируя опыт реализованных и описанных в этой статье проектов с использованием панелей Weintek, можно обобщить его в виде набора типовых решений, которые схематично представлены на рис. 11.
На диаграмме показано оборудование разных производителей, которое было описано в статье, и отображены способы его взаимодействия с устройствами визуализации и управления Weintek.
Не все реализованные на практике решения мы описали в этой статье. Например, в ряде проектов определяющим аргументом при выборе панели eMT307A послужила способность работать в расширенном диапазоне температур. Встроенный язык для программирования макросов позволяет реализовать различные алгоритмы. Поэтому в ряде проектов панель использовалась не только как средство человеко-машинного интерфейса, а выполняла, кроме того, функции, являющиеся традиционными для ПЛК, или функции шлюза, связывающего сети с различными протоколами.
Программное обеспечение EasyBuilder 8000 и EasyBuilder Pro обладает богатыми возможностями, превышающими требования к ЧМИ. Благодаря этому на основе панелей реализовано построение систем мини-SCADA с традиционно присущими им функциями ЧМИ, архивирования, тревог, информационного обмена данными и построения отчётов.
Конечно, возможности продукции Weintek значительно богаче и несомненно позволяют существенно увеличить число подобных решений. Большие функциональные возможности, прекрасные эксплуатационные характеристики и конкурентные цены делают устройства ЧМИ компании Weintek хорошим решением для широкого круга задач в различных отраслях экономики.
Авторы признательны коллегам из ООО «КИП-Сервис» (г. Казань), компании «КЭР-Автоматика» (филиал ООО «КЭР-Инжиниринг», г. Казань) и с кафедры радиоэлектроники Казанского (Приволжского) федерального университета за предоставленные материалы реализованных проектов и конструктивное профессиональное участие и поддержку. ●
Гаврилов А., Деркач А., Камалиев Р., Маценко В., Овчинников М. Учебно-лабораторный комплекс по применению автоматизированных систем для исследования явлений переноса в пористых средах // Современные технологии автоматизации. – 2013. – № 4.
Модули ввода/вывода EKF PRO-Logic для автоматизированных систем управления
Модули ввода/вывода обеспечивают связь между контроллером и периферийными устройствами, такими как датчики, исполнительные механизмы, реле и другое оборудование. Такие устройства крайне важны в распределённых системах автоматизации или на производствах с большими площадями помещений. С развитием технологий автоматизации промышленности модули ввода/вывода (I/O) стали неотъемлемой частью систем управления производственными процессами. 17.10.2024 175 0 0Разбор параметрирования нескольких преобразователей частоты с помощью WI-FI модуля на примере ПЧ Sinvel SID300
09.10.2024 264 0 0Контроллер, программируемый с помощью условий
Возможно ли создать алгоритм для задач автоматизации технологического процесса, не используя язык программирования? Предлагается описание системы создания алгоритма работы ПЛК для устройств малой автоматизации без использования специальных языков программирования. 01.09.2024 СТА №3/2024 651 0 0Как биометрия и искусственный интеллект помогают быстро и безопасно обслужить пассажиров в аэропортах
В условиях современных аэропортов идентификация пассажиров является одной из самых важных функций быстрого и безопасного обслуживания. Передовая биометрия помогает в этом, надёжно контролируя все этапы и существенно повышая пропускную способность транспортных узлов. 28.07.2024 СТА №3/2024 724 0 0