Как мы овощехранилище автоматизировали, разработали свою SCADA и железо

Коротко о статье

Статья описывает концепцию информативного интерфейса SCADA, основанную на книге «The High Performance HMI Handbook» и опыте Citect SCADA. Приведены примеры реализации иерархических экранов с плитками, цветовой индикации и автоматической компоновки через JSON.

Главное

Интерфейс SCADA должен доносить максимум информации о состоянии системы, избегая фотореалистичных изображений, анимации и мигания.
При нормальной работе ничего не должно привлекать внимание пользователя, статичные элементы отображаются чёрным, меняющиеся — синим, зелёным или красным.
Активное оборудование выделяется зелёным цветом, чтобы пользователи могли быстро понять, осталось ли что-то включённым.
Вместо мнемосхем используется иерархия экранов с прямоугольными плитками, описывающими объекты или программные модули.
Структура интерфейса задаётся в JSON-файле, сервис Web-UI автоматически компонует экраны и плитки.
Виртуальные датчики среднего и дельты рассчитываются на основе физических датчиков, большая дельта может указывать на проблемы.

Термины и технологии

SCADA
The High Performance HMI Handbook
Citect SCADA
JSON
Web-UI
модуль автоуправления климатом
датчик среднего значения
датчик максимальной разницы значений (дельта)

Кому полезно: Инженеры АСУ ТП, разработчики SCADA и специалисты по автоматизации

По теме на сайте

Статья «РТСофт» совместно с AVEVA (Schneider Electric Software) приглашает на конференцию по программному обеспечению Citect SCADA

Первоисточник: habr.com

Выжимка составлена редакцией сайта с помощью ИИ по тексту статьи.

Часть 1: Вводная
Часть 2: Информативный интерфейс SCADA – вы читаете эту статью

В этой статье я хочу поделиться своим видением того, каким должен быть удобный и информативный интерфейс SCADA системы.

Все иллюстрации в статье – это скриншоты, сделанные с разработанной мной SCADA системы, которая уже несколько лет работает на объектах заказчиков. Это не фантазии на тему как должно быть и не картинки из презентации.

При разработке я опирался на известную книгу «The High Performance HMI Handbook» (Hollifield, Oliver, Nimmo, Habibi), а также на интерфейс Citect SCADA.

Содержание

Введение

Интерфейс SCADA системы предназначен для контроля за состоянием и управления оборудованием объекта. Все отображаемые графические элементы, символы, пиктограммы и их цвет, должны служить только одной цели – доносить пользователю максимум информации о состоянии системы. Всё что не несёт информации, а служит только целям дизайна и другим украшательствам, должно быть отброшено т.к. вносит дополнительный шум и распыляет внимание пользователя.

Особенно нужно избегать добавления каких-либо фотореалистичных изображений объекта и оборудования. Также недопустима любая анимация или мигание, особенно при нормальной работе оборудования. Всё это вносит визуальный шум, перетягивает внимание пользователя на себя и мешает считыванию другой информации.

К сожалению, в разных отраслях есть собственные стандарты, которые жёстко регламентируют способ отображения информации и могут помешать созданию интерфейса по описываемой концепции. Например, в энергетике есть стандарт «Правила отображения технологической информации» утверждённый системным оператором единой энергетической системы, который задаёт в том числе цветовую маркировку, где красный, жёлтый и другие яркие цвета используются для индикации нормального состояния объекта.

Основная концепция

Если всё работает нормально, то ничего не должно привлекать внимание пользователя. При этом пользователь не должен тратить время и читать все цифровые или текстовые значения чтобы понять, что всё работает нормально. Это можно описать как «взгляду не за что зацепиться».

Все статичные (неизменяемые) элементы отображаются чёрным цветом, а меняющиеся со временем значения синим, зелёным или красным.

Условные обозначения

Пример – всё нормально

Если посмотреть более внимательно, то пользователь заметит:

Секция 2: Увлажнители выведены из работы.
Система: Вентилятор шкафа находится в ручном режиме управления.

Пример – всё нормально и некоторое оборудование активно

Всё оборудование, состояние которого отображается зелёным цветом, включено или находится в движении.

Первая версия интерфейса не выделяла активное оборудование зелёным цветом, всё отображалось синим. Но при внедрении системы я обнаружил, что обязательно нужно как-то выделять активное оборудование. Дело в том, что наши пользователи часто управляют оборудованием вручную, даже при наличии модуля автоматического управления климатом. И им необходимо быстро понимать, осталось ли какое-то оборудование во включенном состоянии, чтобы не забыть его отключить.

Пример – есть проблемы

Секция 1: Нет связи с датчиком температуры канала. Обрыв линии связи или датчик вышел из строя.
Секция 2:
- Температура продукта меньше или равна заданной пользователем нижней аварийной границы.
- Вентилятор 2 – оборудование отключено и находится в состоянии аварии. Например, сработало тепловое реле защиты электродвигателя. Возможно, двигатель заклинил, изношены подшипники и т.д.
Секция 3: Температура канала больше или равна аданной пользователем верхней предупредительной границы.
Улица (метеостанция): Датчик температуры возвращает некорректное значение. Помехи на линии связи или система самодиагностики датчика фиксирует отклонения в его работе.

Иерархическая организация экранов интерфейса

При разработке системы было решено отказаться от формирования интерфейса в виде экранов и мнемосхем со схематичным изображением помещений и оборудования объекта.

Даже похожие по назначению объекты заказчиков очень сильно различаются по структуре и составу оборудования. Например, в одном овощехранилище может быть 2 секции (помещения), а в другом 10. В каждой секции состав и количество оборудования может отличаться на порядок.

Я видел на объектах, как в других системах, нарисовав один раз изображение какого-то «усреднённого» хранилища, пытаются разместить поверх него большое количество оборудования, в итоге интерфейс превращается в бесконечный массив из картинок электродвигателей, датчиков и кнопок управления. При таком подходе, для каждого объекта надо полностью перерисовывать мнемосхему, для большинства объектов вообще нужна иерархия из экранов и мнемосхем. Но создание такого интерфейса затратный по времени (=деньгам) процесс, поэтому в реальности так никто не делает – у наших заказчиков просто нет соответствующих бюджетов.

Также наша SCADA имеет web-интерфейс, который должен автоматически адаптироваться под экраны мобильных устройств. Любые схематичные изображения или мнемосхемы невозможно автоматически масштабировать, чтобы ими было удобно пользоваться на маленьких экранах – для них придётся создавать отдельное представление интерфейса.

Поэтому решено было реализовать интерфейс из экранов с прямоугольными плитками, плитка – это представление отдельного физического объекта (здание, помещение и т.д.) или программного модуля системы (модуль автоуправления климатом, SMS оповещения, графиков и т.д.). Каждая плитка выступает в роли ссылки на описываемый объект.

Такой подход позволяет описать любой объект в виде иерархической структуры с неограниченной вложенностью. На экранах верхнего уровня в плитках выводится наиболее значимая информация о нижележащем объекте. На экранах самого нижнего уровня находятся не плитки, а уникальные компоненты для управления и настройки оборудования.

Структура интерфейса объекта оп сывается в JSON файле. Сервис Web-UI при старте читает этот файл и выполняет автоматическую компоновку всех экранов и плиток.

Реализована отдельная утилита, которая позволяет удобно формировать интерфейс для каждого объекта заказчика и сохранять его в JSON файл. Этот код находится в отдельном проекте и просто служит для удобства формирования файла JSON, можно вручную всё в файле JSON описать используя любой текстовый редактор.

Пример кода на C# для формирования интерфейса

public static ModelStorage Create(API.Model model)
{
    ModelBuilderContext builderContext =
        new ModelBuilderContext(model)
            .CreateHomePage()
            .CreateWeatherPage()
            .CreateSystemPage();
    for (int sectionId = 1; sectionId <= 3; sectionId++)
    {
        builderContext
            .CreateSectionPage(sectionId)
            .CreateSectionEquipmentPage(sectionId)
            .CreateSectionSensorsPage(sectionId)
            .CreateSectionRoomSensorsPage(sectionId)
            .CreateSectionSensorsProductPage(sectionId)
            .CreateSectionClimateControlPage(sectionId);
    }
    builderContext
        .AddChartTags(
            new ChartTag(builderContext.GetTagId("Секция 1 - Датчик температуры бурта Среднее", "SensorInput"), "Секция 1"),
            new ChartTag(builderContext.GetTagId("Секция 2 - Датчик температуры бурта Среднее", "SensorInput"), "Секция 2"),
            new ChartTag(builderContext.GetTagId("Секция 3 - Датчик температуры бурта Среднее", "SensorInput"), "Секция 3"));
    return builderContext.GetModel();
}
static ModelBuilderContext CreateHomePage(this ModelBuilderContext builderContext)
{
    UIPage page = new()
    {
        Id = "home",
        ParentId = null,
        Header = "Хранилище",
        GroupBoxes = new List<UIGroupBox>()
    };
    page.GroupBoxes.Add(
        new UIGroupBox()
        {
            PageId = "weather",
            Header = "Улица",
            Items = new List<UIGroupBoxItem>()
            {
                new UIGroupBoxItem()
                {
                    Name = "T",
                    TagId = builderContext.GetTagId($"Метеостанция - Датчик температуры улицы", "SensorInput"),
                },
                new UIGroupBoxItem()
                {
                    Name = "RH",
                    TagId = builderContext.GetTagId($"Метеостанция - Датчик влажности улицы", "SensorInput"),
                },
            }
        });
    // ...
    return builderContext.AddPages(page);
}
static ModelBuilderContext CreateWeatherPage(this ModelBuilderContext builderContext)
{
    UIPage page = new()
    {
        Id = "weather",
        ParentId = "home",
        Header = "Улица",
        EquipmentItems = new List<UIEquipmentItem>()
        {
            new UIEquipmentItem()
            {
                Name = "T",
                TagGroupId = $"Метеостанция - Датчик температуры улицы",
                ComponentType = UIComponentType.Sensor
            },
            new UIEquipmentItem()
            {
                Name = "RH",
                TagGroupId = $"Метеостанция - Датчик влажности улицы",
                ComponentType = UIComponentType.Sensor
            },
        }
    };
    return builderContext.AddPages(page);

}

1. Верхний уровень – домашняя страница

Общая сводная информация о объекте. В плитках только самая важная информация о нижележащем объекте.

Секция 1-3 – это физические помещения хранилища.
Улица – уличная метеостанция.
Система – всё что относится к общему оборудованию. В данном случае подогрев клапанов всех секций подключен к одному реле, поэтому вынесен на эту плитку.
График температуры продукта – программный модуль для отображения графиков по архивным значениям.

2. Средний уровень – секция

На этом уровне в плитках отображается всё оборудование секции.

Если оборудования очень много, то можно сделать ещё один или несколько дополнительных уровней иерархии. И наоборот, если оборудования очень мало, то этого уровня может вообще не быть.

3. Нижний уровень – управление и настройка оборудования

На экранах самого нижнего уровня находятся не плитки, а уникальные компоненты для управления и настройки оборудования.

Для доступа к настройкам нужно нажать кнопку «…».

3.1 Датчики

3.2 Датчики помещения

3.3 Температура продукта

Раскрыто меню настройки у датчика среднего:

Сверху отображаются виртуальные (программные) датчики среднего и дельты с расчётными значениями на основе 6 физических датчиков температуры.

Датчик среднего значения – среднее арифметическое значений группы датчиков.
Среднее = Сумма всех значений / Количество значений

Датчик максимальной разницы значений (дельта) – среди значений группы датчиков определяется минимальное и максимальное значение, затем вычисляется модуль от разницы этих значений.
Дельта = |Максимальное значение - Минимальное значение|

Это очень важное значение. Большая дельта температур может означать:

Неравномерное перемешивание воздуха внутри хранилища.
В хранимом продукте имеются очаги гниения.
Промерзает стена хранилища.

3.4 Оборудование

Если представить страницу в виде таблицы со строками и колонками, то можно следующим образом описать колонки:

Название.
Текущее состояние.
Заданное состояние (команда). Кнопка с активной командой имеет голубой фон. Если кнопки «бледные», то ручное управление заблокировано.
Режим управления. Ручной – управление оборудованием осуществляется пользователем вручную, с помощью кнопок с командами. Авто – оборудование управляется автоматически программным модулем, например, модулем автоуправления климатом. Если оборудование не привязано к какому-либо модулю автоуправления, то у него нет кнопок выбора режима управления, т.е. оборудованием можно управлять только вручную.
Кнопка «…» для отображения настроек оборудования.

Раскрыто меню настройки у клапана и увлажнителя 1:

3.5 Автоуправление климатом

Настройки программного модуля автоуправления климатом хранилища.

Этот модуль содержит множество настроек, поэтому у него всегда собственная плитка и отдельный экран настройки. У параметров имеется текстовое описание.

Всплывающее окно для изменения числового значения

Описание элементов окна:

У разных параметров шаг может отличаться. Например, у некоторых параметров маленький шаг = 0,1, а большой = 1, а у других маленький шаг = 1, а большой = 10.

У параметров (тегов) обычно заданы границы минимального и максимального значения, соответственно все элементы окна позволяют менять значение только в допустимом диапазоне.

Итог

Данный подход к созданию интерфейса хорошо себя зарекомендовал на объектах. Им удобно пользоваться как на сенсорном экране с диагональю 17 дюймов, так и на мобильных устройствах.

Также такой простой интерфейс без графики потребляет минимум интернет трафика, что особенно важно при использовании мобильных устройств в отдалённых местах за городом.

Принцип, когда при нормальной работе «взгляду не за что зацепиться» оказался удобным – можно не подходить близко к экрану, чтобы понять, есть какие-то проблемы в работе или нет.

Источник: https://habr.com/ru/articles/1004914/