Підтримка стандарту Hight Performance HMI (ISA 101) у SCADA/HMI продукті Proficy iFIX

Еволюція SCADA/HMI

ПЗ класу SCADA/HMI, як складова частина систем промислової автоматизації виникло ще у 80-ті роки минулого сторіччя та до сьогоднішнього дня пройшло довгий шлях розвитку. Як і інше ПЗ, додатки диспетчерського керування розроблялися відповідно до можливостей існуючого на той момент апаратного забезпечення відображення інформації та вимог ОС комп’ютерних платформ на яких вони виконувалися. Також постійно змінювалися та ускладнювалися вимоги як до функцій відображення та обробки інформації, так і до задач інтеграції даних з різних джерел та обміну з корпоративними системами верхніх рівнів керування.

Перші додатки SCADA/HMI були розраховані на звичайні побутові телевізори з розподільною здатністю від 480х200, екрани були не графічними, а знако/символьними і функції обмежувалися моніторингом та локальним керуванням одного процесу без взаємодії з іншими системами.

На сьогодні монітори, відео-стіни або екрани мобільних девайсів підтримують масштабовану графіку до full HD/4K, а висока потужність комп’ютерних систем дозволяють реалізовувати будь-яку реалістичну візуалізацію процесу, анімацію та алгоритми обробки даних. Вимоги до функцій також революційно змінилися з простого автономного керування процесом до інтеграції у корпоративні системи розподіленої обробки інформації та переходу SCADA до класу інтелектуальних аналітичних систем підтримки прийняття рішень.

Еволюція HMI
Малюнок 1. Еволюція HMI

Світом з 80-х років накопичений великий досвід експлуатації диспетчерських систем керування, що дозволило провести аналіз найпоширеніших помилок персоналу, які зв’язані з якістю операторського інтерфейсу, та розробити рекомендації для підвищення його ефективності та безпеки.

Основи концепції Hight Performance HMI згідно ISA 101

На сьогодні, найбільш авторитетним та поширеним міжнародним стандартом у сфері розробки операторського інтерфейсу можна назвати ISA 101.01-2015. Основна ціль стандарту – це підвищення ефективності оператора/диспетчера за рахунок росту його ситуаційної поінформованості. Виконання вимог ISA 101 до HMI забезпечує зниження часу реакції персоналу на виробничі події, поглиблене розуміння процесу, зменшення кількості помилок та чітку відповідність до існуючих регламентів.

Практично, щоб дотриматися вимог стандарту High Performance (HP), розробникам систем автоматизації важливо врахувати наступні ключові моменти проекту SCADA у частині HMI:

  • Переробка та спрощення графіки з метою зробити її менш відволікаючою, але такою, яка привертає увагу лише до значимої важливої інформації;
  • Агрегація інформації, тобто перехід від величезних екранів з великою кількістю даних до простих форм відображення, на яких представлені тільки ключові показники або комплексні параметри (KPI) які відповідають за роботу цілої штатної одиниці обладнання;
  • Структурування даних по моделі. Тобто перехід від пласкої моделі БДРВ SCADA до структурованої, яка базується на природній моделі підприємства. Усі дані мають надаватися у правдивому виробничому контексті;
  • Типізація екранних форм. Диспетчерські екрани розробляються під окремі ролі користувачів та відповідно до існуючої багаторівневої ієрархії виробничої структури. Навігація між екранами також має відбуватися відповідно до цієї деревоподібної архітектури виробничої моделі з урахуванням зручності та частоти застосування.

Підтримка стандарту ISA101 у SCADA/HMI продукті Proficy iFIX

Переробка графіки згідно з вимогами концепції HP HMI у SCADA/HMI продуктів Proficy iFIX компанії GE Digital здійснюється за рахунок наступних інструментів:

  • Перехід від акцентованих кольорів до пригнічених. Для цього розробникам надаються нові кольорові палітри Hight Performance і New Hight Performance та пропонується новий набір інструментів розробки HMI;
Нові палітра кольорів та набір інструментів Hight Performance HMI_2
Малюнок 2. Нові палітра кольорів та набір інструментів Hight Performance HMI
  • При використання технологічних схем у якості фону екранних форм здійснюється перехід від яскравих анімованих багатомірних та градієнтних зображень устаткування до простих двомірних об’єктів з низьким контрастом;
НР концепція зображень устаткування
Малюнок 3. НР концепція зображень устаткування
  • Бібліотека анімованих типових об’єктів екранних форм (Dynamo iFIX) доповнена елементами Hight Performance. До їх складу входять найбільш використовувані об’єкти типу насосів, моторів, збірників, клапанів, датчиків, потоків та ін. Але різноманіття об’єктів може відволікати оператора, тому згідно з концепцією HP HMI у якості головної форми відображення даних пропонується «розумний індикатор» з усією вбудованою анімацією поведінки параметра та алгоритмами генерації тривог;
Деякі з нових елементів бібліотеки анімованих об’єктів Dynamo класу Hight Performance
Малюнок 4. Деякі з нових елементів бібліотеки анімованих об’єктів Dynamo класу Hight Performance
  • Ці HP елементи Dynamo можна використовувати для розробки традиційних «товстих» клієнтських додатків призначених для монопольного використання у складі АРМ операторів та диспетчерів. Однак у зв’язку з впровадженням концепції HP HMI GE Digital починаючи з версії 5.8 Proficy iFIX пропонує новий тип «тонкого» клієнтського ПЗ під назвою Web HMI indusoft.com.ua/ge-web-hmi. Цей новий додаток базується на технології HTML5 та повністю спроектований під вимоги ISA 101. Екрани Web HMI являють собою dashboards з набором карток (мнемосхеми, тренди історії та РЧ, таблиці даних і KPI, лічильники і перелік тривог та ін.), які можуть комбінуватися. Web-сервер дозволяє одночасне підключення до 100 клієнтів, а механізм автомасштабування та компактний JSON формат ідеально підходять для виконання додатку на мобільних пристроях під iOS та Android;
  • Web HMI призначений не тільки для SCADA, але завдяки інтеграції з іншими продуктами сімейства GE Digital Proficy може застосовуватися як клієнтське ПЗ MES/MOM рівня. У цьому сенсі найбільш важливим є можливість відображення даних інтеграційної платформи системи керування виробництвом Historian indusoft.com.ua/ge-historian. Також картки dashboards Web HMI можуть візуалізувати дані набору модулів MES аналітики Plant Applications та засобу автоматизації робочих процесів Workflow indusoft.com.ua/workflow . Таким чином, засобами Proficy iFIX WorkSpace можна розробляти додатки не тільки операторів і для менеджменту підприємства, аналітиків та фахівців зі сфери підвищення ефективності виробництва. Таке єдине середовище розробки HMI для «товстих» та «тонких» клієнтів надає додаткову перевагу та зручність у синтезі корпоративної системи візуалізації інформації на різних рівнях керування по єдиним правилам;
Типовий dashboard додатку Web HMI
Малюнок 5. Типовий dashboard додатку Web HMI
Екран додатку Web HMI зі списком кроків робочого процесу WorkFlow
Малюнок 6. Екран додатку Web HMI зі списком кроків робочого процесу WorkFlow 
  • Функціональність Web HMI indusoft.com.ua/ge-web-hmi також суттєво розширює можливість обміну даними реального часу по найбільш популярному та захищеному інтерфейсу OPC UA та інтеграція з web-контентом різних промислових та IT ресурсів (URL call);

    Екран додатку Web HMI з PDF звітом ПЗ Dream Report
    Малюнок 7. Екран додатку Web HMI з PDF звітом ПЗ Dream Report
  • Згідно з вимогами ISA 101 екрани HMI повинні відповідати виробничій моделі та розбиті на декілька рівнів відповідно до частоти їх застосування користувачами. Екрани 1-го рівня відносяться до виробництва у цілому, а нижчі рівні екранів призначені для більш детального перегляду ситуації по лініях, цехах та окремих агрегатах або інженерних системах. Navigation bar додатку Web HMI indusoft.com.ua/ge-web-hmi є набором посилань до окремих гілок ієрархічної виробничої моделі згідно з якою здійснюються переходи між екранами різного рівня деталізації даних.
Ієрархія екранів концепції HP HMI
Малюнок 8. Ієрархія екранів концепції HP HMI

Результати застосування концепції HP HMI

Світова практика однозначно свідчить, що дотримання рекомендацій ISA 101 дозволяє суттєво підвищити ефективність керування за рахунок більш простого та швидкого сприйняття інформації, повної впевненості у її достовірності та переходу від реактивної до прогнозної реакції на виробничі події.

Супутньою неочікуваною перевагою застосування стандарту при розробці HMI виявляється значне скорочення часу на розробку екранних форм за рахунок більш широкого застосування типових бібліотечних анімованих форм візуалізації даних, які посилаються на відповідні елементи об’єктно-орієнтованих БД SCADA.

Результат застосування концепції HP HMI
Малюнок 9. Результат застосування концепції HP HMI

GE Digital наводить експериментально підтверджені дані, що перехід до концепції високоефективного операторського інтерфейсу (HP HMI по ISA 101) значно скорочує час на навігацію, пошук інформації та виконання робочих процесів аналізу тривог, що підвищує ефективність оператора до 70%.

 

Володимир Патрахін

ДП «ІНДАСОФТ-УКРАЇНА”

з використанням матеріалів GE Digital