Projektová databáze Pertinax a systémy HMI/SCADA v

HMI, SCADA
téma
Projektová databáze Pertinax a systémy
HMI/SCADA v řídicích systémech ZAT
Společnost ZAT a. s. realizuje návrh a dodávky řídicích systémů při použití sady osvědčených projektových nástrojů vlastní produkce seskupených na základě databázového
systému s názvem Projektová databáze Pertinax. Dosáhla tak těsného propojení nástrojů pro návrh aplikačních programů pro řídicí stanice (PLC) s používanými systémy
HMI/SCADA, umožňujícího společnosti dosahovat za všech okolností úplné konzistence dat v celém projektu řídicího systému, a to se všemi přínosy takové situace v oblasti
vztahů zákazník – dodavatel.
Co je to Projektová databáze Pertinax
Projektová databáze Pertinax (také Pro­
jekční databáze Pertinax, dále PD Pertinax)
je databázový systém vyvinutý a používaný
pro účely správy a archivace údajů o proměn­
ných v oboru řídicích algoritmů používaných
v řídicích stanicích (PLC) v řídicích systé­
mech dodávaných společností ZAT. Systém
PD Pertinax je vybudován při použití platfor­
my MS SQL Server a využívá způsob přístu­
pu klient/server. V rámci projektové činnosti
ve společnosti ZAT je PD Pertinax jediným
uznávaným („správným“) zdrojem údajů pro
tvorbu algoritmů pro řídicí stanice a také je­
diným správným zdrojem údajů pro systémy
HMI/SCADA (Human Machine Interface/
/Supervisory Control And Data Acquisition)
používané společností v řídicích systémech,
které dodává.
Způsob využití PD Pertinax pro
projektovou činnost s návazností
na systémy HMI/SCADA
PD Pertinax je jediným a správným zdro­
jem dat pro projektování řídicích algoritmů
ve společnosti ZAT. Způsob práce s PD Per­
tinax je patrný z obr. 1. Vstupní údaje zís­
kané od zákazníka jsou většinou k dispozici
ve formě souborů typů *.csv a *.xls či soubo­
rů databáze Access typu *.mdb. Tyto soubory
(databáze) obsahují základní údaje o vstup­
ních a výstupních signálech vyskytujících se
v rámci daného technologického zařízení jako
řízeného objektu. Většinou jsou uvedeny kód
signálu (kód KKS), popis signálu z hlediska
funkce v zařízení, elektrický a fyzikální roz­
sah signálu a příslušná měřicí jednotka nebo
jednotky, návaznosti na reálné zařízení (sní­
mač, vstupní svorka, panel, skříň apod.). Tyto
údaje jsou jednotně upraveny tak, aby je bylo
možné importovat do PD Pertinax. K importu
je využíván nástroj Klient PDP, programový
prostředek pro správu PD Pertinax. Zároveň
je to jediná činnost, která je povolena smě­
rem do PD Pertinax (viz obr. 1). Ostatní uži­
vatelé PD Pertinax mohou údaje z databáze
pouze číst, popř. porovnávat.
32
Dalším krokem při práci na projektu řídi­
cího systému je tvorba řídicích algoritmů pro
jednotlivé řídicí stanice (PLC). Tuto činnost
vykonává jeden nebo několik projektantů při
použití funkčních bloků obsažených v pro­
gramovacím prostředku Pertinax 5. Zároveň
databáze pro
HMI/SCADA
InTouch
databáze pro
HMI/SCADA
Historian
PD Pertinax a systémy HMI/SCADA
Jednou z hlavních idejí sledovaných při vý­
voji PD Pertinax byla myšlenka možného pro­
pojení PD Pertinax se systémy HMI/SCADA
používanými ve společnosti ZAT, kterými
jsou především produkty firmy Wonderware.
Proto byly do PD Pertinax postupně zavedeny
nejprve databázové objekty umožňující uklá­
dat údaje v podobách přístupných systémům
InTouch, Historian a WAS. Posléze byly při­
dány také objekty pro další systémy Control
Web a Reliance (obr. 1). Tímto způsobem lze
kompletně popsat nejen všechny vlastnos­
databáze pro
HMI/SCADA
WAS
databáze pro
HMI/SCADA
Control Web
zobrazení údajů
z PDP na snímku
HMI/SCADA
spojení PDP a databáze
hardwaru zákazníka
(databáze snímačů,
kabelů atd.)
Pertinax 5:
projektování algoritmů 1
PD Pertinax
Pertinax 5:
projektování algoritmů 2
..
.
zprávy pro
zákazníka
zkušebna – testy
databáze pro
HMI/SCADA
Reliance
Klient PDP: správa PDP,
import údajů od zákazníka,
změny údajů v PDP
PernetSim: simulace
řídicí stanice (PLC)
Obr. 1. Způsob využití PD Pertinax při projektování řídicího systému podle zakázky s návazností
na systémy HMI/SCADA (PDP – Projektová databáze Pertinax)
přicházejí ke slovu pracovníci odpovědní
za operátorské rozhraní projektovaného řídi­
cího systému (HMI/SCADA), kteří cestou ex­
portu z PD Pertinax získají potřebnou speci­
fickou databázi údajů o signálech pro vizua­
lizační systém HMI/SCADA použitý v daném
projektu (viz dále).
Z obr. 1 je dále patrné, že údaje z PD
Pertinax jsou exportovány také jako pod­
klady pro ověřování správnosti řídicích al­
goritmů a jejich návaznosti na vizualiza­
ci a na technologické zařízení prováděné
ve zkušebně dodavatelem řídicího systému
(FAT). Zároveň lze údaje exportovat jako
zprávy pro zákazníka. Dále je možné zob­
razit údaje z PD Pertinax přímo ve sním­
cích systému HMI/SCADA (SQL dotaz do PD Pertinax) anebo propojit PD Pertinax
s externími databázemi, např. s databází sní­
mačů od zákazníka.
ti zobrazované proměnné v daném systému
HMI/SCADA (název proměnné, komentář
proměnné, výstražné meze, inicializační hod­
noty, minimální a maximální hodnoty atd.),
ale také její komunikační návaznosti směrem
k proměnným použitým v algoritmech řídi­
cích stanic (ItemName, AccessName, Server­
Name atd.). Příklady zobrazení vlastností
proměnných pro již uvedené systémy HMI/
/SCADA značky Wonderware jsou ukázá­
ny na obr. 2.
Automatické generování vlastností
systémů InTouch, Historian nebo WAS
Je-li PD Pertinax naplněna údaji o zá­
kladních proměnných pro algoritmy řídi­
cích stanic, lze, při minimální pracnosti,
pro vybrané skupiny těchto základních pro­
měnných vygenerovat a uložit proměnné pro
AUTOMA 11/2013
téma
tému HMI/SCADA následně importována
vlastními programovými prostředky daného
systému HMI/SCADA.
Zobrazení dat z PD Pertinax na snímku
HMI/SCADA
V rámci popisu práce s PD Pertinax bylo
uvedeno, že tato databáze umožňuje zobrazit
údaje v ní uložené např. na snímku vytvoře­
ném s použitím monitorovacího systému In­
Touch. V databázi jsou vytvořeny pohledy
(předdefinované dotazy do databáze SQL),
které lze zavolat z monitorovacího systému.
Výsledkem takového dotazu mohou být např.
kompletní údaje týkající se dané proměnné
monitorovacího systému InTouch. Tímto způ­
sobem je např. možné zobrazit cestu proměn­
né a její vlastnosti od vstupní svorky, pane­
lu či skříně, přes algoritmus řídicí stanice až
do monitorovacího systému InTouch. Jestliže
je PD Pertinax připojena k externí databázi
(např. k databázi snímačů), je možné připo­
jit a zobrazit na snímku v prostředí InTouch
i tyto informace (obr. 3).
Použití PD Pertinax při rekonstrukcích
a modernizaci řídicích systémů ZAT
V případě, že je rekonstruována část
existujícího řídicího systému, např. výmě­
nou řídicích stanic, a je požadováno, aby
nový řídicí systém byl vyprojektován při po­
Nástroj pro simulaci řídicích stanic
v systémech HMI/SCADA
Při tvorbě aplikačního softwaru stanic
HMI je třeba ověřit, zda je každé z proměn­
ných (zobrazované údaje, povely, výstrahy,
Funkce simulátoru PernetSim
Softwarový simulační nástroj Pernet­
Sim ve spolupráci s PD Pertinax umožňu­
je zejména:
– zobrazovat povely a zadané hodnoty ode­
sílané ze stanic HMI,
– nastavovat hodnoty proměnných, včetně
údaje o kvalitě,
– generovat průběhy analogových proměn­
ných různých tvarů v zadaných mezích
a s požadovanou periodou,
– třídit a filtrovat seznam proměnných pod­
le různých kritérií,
– seskupovat proměnné do pomocných
skupin,
– hromadně zapínat/vypínat simulaci tla­
čítky na ovládacím panelu,
– odpovídat na vybrané povely při použití
jednoduchého skriptu,
– simulovat redundantní systém,
– jednoduše konfigurovat síťový adaptér
(nastavení adres IP simulovaných řídi­
cích stanic).
Obr. 2. Programový prostředek Klient PDP –
zobrazení vlastností proměnné monitorovacího systému InTouch
systém InTouch, Historian anebo WAS. Pro­
měnné jsou generovány se základními (vý­
chozími) vlastnostmi. Pro vybrané skupiny
proměnných je pouze nutné zadat komuni­
kační kanál (AceessName) směrem k řídicím
stanicím. Dílčí výchozí vlastnosti proměn­
ných systémů HMI/SCADA lze následně
změnit buď editací údajů jednotlivých pro­
měnných, nebo cestou výběru skupin pro­
měnných se společnými vlastnostmi a jejich
hromadnou editací.
Import proměnných z PD Pertinax
do databáze systémů HMI/SCADA
Jakmile jsou v PD Pertinax připrave­
ny údaje o proměnných pro systém HMI/
/SCADA, lze tyto údaje exportovat do soubo­
ru ve formátu csv nebo txt. Příslušný soubor
obsahuje veškeré náležitosti nutné pro úspěš­
ný import údajů o proměnných do systému
HMI/SCADA. Proměnné (údaje o proměn­
ných) z PD Pertinax lze exportovat do vybra­
ných stanic vybranými komunikačními ces­
tami anebo do všech stanic, tj. operátorských
(HMI) i řídicích (PLC), nadefinovaných
v PD Pertinax pro daný projekt. Exportované
údaje lze také třídit podle data vytvoření pro­
měnné a nebo její poslední změny v její de­
finici. Data ze souborů csv a txt jsou do sys­
AUTOMA 11/2013
Obr. 3. Možný způsob zobrazení údajů z PD Pertinax na snímku v rámci monitorovacího
systému InTouch
užití PD Pertinax, lze jako platnou databá­
zi signálů použít databázi signálů systému
HMI/SCADA. Pomocí programového pro­
středku Pertinax 5 a systému PD Pertinax
lze z dané databáze signálů systému HMI/
/SCADA vygenerovat plnohodnotnou projek­
tovou databázi Pertinax pro celý řídicí systém
včetně rekonstruované části s možností distri­
buovat data do všech příslušných částí pod­
le obr 1, a tak zajistit konzistenci dat v celém
projektu řídicího systému.
ukládané hodnoty) přiřazena správná adresa
při komunikaci s řídicí stanicí a zda připoje­
né objekty správně reagují na změny hodnot
těchto proměnných (např. změna barvy sym­
bolu, výpis výstražného hlášení, vykoná­
ní programového skriptu atd.). K ověřování
jsou obvykle využívány diagnostické nástro­
je pro řídicí stanici, sledování hodnot přija­
tých ze stanic HMI a simulace hodnot vysí­
laných do stanic HMI. Tento proces je vel­
mi zdlouhavý, náročný a lze ho provádět až
33
HMI, SCADA
téma
po dokončení aplikačního softwaru všech ří­
dicích jednotek.
Při uvedeném postupu tvorby projektu ří­
dicího systému s použitím PD Pertinax jsou
však veškeré informace o všech proměnných,
které jsou přenášeny mezi systémem HMI
a řídicími stanicemi (tzn. názvy, typy, rozsa­
hy, fyzikální jednotky, adresy atd.), dostup­
né v PD Pertinax, a lze je tedy využít k simu­
laci komunikace s celou sítí řídicích stanic.
K tomu je určen softwarový nástroj Pernet­
Sim, umožňující jednoduchým způsobem si­
mulovat proměnné pro stanice HMI, popř.
sledovat údaje o stavu přijaté ze stanic HMI
(viz text v rámečku). Aplikační software sta­
nic HMI lze tedy ověřovat bez fyzické pří­
tomnosti řídicích stanic, a to dokonce dříve,
než je vytvořen jejich aplikační software. Ná­
zev PernetSim je odvozen slova Pernet jako
názvu proprietárního protokolu používaného
společností ZAT ke komunikaci mezi řídicí­
mi stanicemi a stanicemi HMI.
Simulátor PernetSim lze k testovanému
systému HMI/SCADA připojit dvěma způ­
soby. V případě, že řídicí systém obsahu­
je pouze jednu stanici HMI, lze simulátor
PernetSim spustit přímo na této stanici. Je-li
součástí řídicího systému větší počet stanic
HMI/SCADA (několik operátorských praco­
višť, server s historickými údaji apod.), při­
pojí se namísto sítě řídicích stanic PC s pro­
gramem PernetSim (obr. 4). V obou přípa­
dech je nutné odpojit všechny řídicí stanice,
a to z důvodu jedinečnosti adres IP simulo­
vaných stanic v síti.
Ověřování při použití simulátoru Pernet­
Sim nemůže zcela nahradit další testovací
operace a postupy obvyklé při realizaci ří­
dicího systému. Mělo by však pomoci včas
odhalit případné chyby, což spolu s možnos­
Závěr
Při realizovaném těsném propojení nástro­
jů pro vypracování návrhu aplikačních pro­
gramů pro řídicí stanice (PLC) s používaný­
mi systémy HMI/SCADA je
dosahováno úplné konzisten­
operátorská pracoviště
ce dat v celém projektu řídi­
Historian
cího systému. Ta přináší ze­
server
(úložiště dat)
fektivnění práce a eliminaci
chyb nejen při základním ná­
vrhu a realizaci řídicího sys­
tému, ale zejména při jeho
údržbě a následných úpra­
vách. Uvedené přínosy se
potvrdily při realizaci dodá­
vek rozsáhlých řídicích sys­
I/O server 1
I/O server 2
témů značky ZAT např. pro
řízení neblokových provozů
v JE Temelín či při moder­
PernetSim
nizaci řídicího systému kot­
lů K3 a K6 v Elektrárnách
Opatovice.
Zvolená koncepce se
oproti obdobným systémům
třídy DCS (Distributed
Control System) jeví jako
řídicí stanice (PLC)
velmi flexibilní a otevřená
Obr. 4. Připojení simulátoru řídicích stanic PernetSim
pro další rozvoj ve smys­
lu snadné integrace dalších
modulů a nástrojů např. pro projektování
tí paralelní tvorby softwaru pro řídicí (PLC)
sestav hardwaru, správu snímačů apod. až
a operátorskou (HMI) část projektu značně
po vazbu na systémy pro údržbu a diagnosti­
zkrátí celkovou dobu potřebnou na vytvoření
ku řízeného technologického zařízení.
projektu, realizaci a následné uvedení do pro­
(ZAT a. s.)
vozu řídicího systému.
Tři roboty ve stánku ABB Robotika
na MSV 2013 v Brně
Trojice robotů ve stánku společnosti ABB
představila návštěvníkům MSV 2013 v Brně,
jaké úlohy zastanou v současnosti průmyslo­
vé roboty. Delta robot typu IRB 360 Flex Pic­
ker překládal čokoládové tyčinky z jednoho
běžícího pásu na druhý. Pro tuto operaci je
důležitá nejen rychlost, ale také dostatečná
jemnost uchopení. Právě tyto vlastnosti má
robot Flex Picker o nosnosti 8 kg. Dokáže
provést 100 až 200 pracovních cyklů za mi­
nutu. Programování operací pick and place
usnadňuje jednoduše ovladatelný software
PickMaster, kterým lze také integrovat robo­
ty do provozů.
Ve stánku ABB na MSV v Brně byla před­
stavena také jedna z mnoha verzí robotických
buněk FlexArc. Svou všestrannost předvedla
tím, že přímo zde svařila jednoduchý kovo­
34
Obr. 1. Robot IRB 120 čepuje nápoje ve stánku
společnosti ABB na MSV 2013 v Brně
vý hlavolam, který si návštěvníci mohli od­
nést domů.
Velkou pozornost budil robot IRB 120 ve
verzi FlexBeer, který dokáže uchopit kelí­
mek a čepovat do něj nápoje (obr. 1). Ten­
to robot, jehož „pivní“ verze je zatím určena
jen pro marketingové aktivity, dokáže v prů­
myslovém prostředí až 16 h denně manipu­
lovat s břemeny o hmotnosti až 3 kg. Dosah
jeho ramena je 580 mm. K dispozici je nyní i
nová, rychlejší verze tohoto robotu IRB 120T
se šesti osami pohybu a vysokou přesností
pohybů (přibližně 10 µm).
Stánek společnosti ABB Robotika v pavi­
lonu V Mezinárodního strojírenského vele­
trhu v Brně byl díky zajímavým demonstra­
cím stále obležen návštěvníky.
(ev)
AUTOMA 11/2013