Дополнительная информация для РГЗ

5. Разработка графического интерфейса оператора-технолога.

5.1 Основные технические решения

Информационное обеспечение (ИО) АСУТП определяет способы и конкрет­ные формы информационного отображения состояния ТОУ как в виде данных в компьютерной рабочей станции, так и в виде документов, графиков, сигналов для их представления специалистам, участвующим в управлении технологи­ческим процессом [12].

Информационное обеспечение АСУ ТП включает: перечень и характеристики сигналов, характеризующих состояние АТК; описание принципов (правил) классификации и кодирования информации и перечень классификационных группировок; описания массивов информации, форм документов и видеокадров, используемых в системе; нормативно-справочную (условно-постоянную) информацию, используемую при работе системы.

В разделе проектов АСУ ТП пищевых производств "Информацион­ное обеспечение" обычно решаются следующие вопросы:

формулировка основных требований к организации информацион­ного обеспечения;

определение технологии обработки информации в системе и обоснование выбора баз данных;

распределение используемых видов информации между базами
данных;

определение процедуры доступа к информации и ее корректировка;

определение системы кодирования и классификации данных;

формирование альбома форм документов и макетов представле­ния информации, выводимых на печать;

составление макетов представления разных видов информации на дисплеях и т. п.

5.2 Основные документы ИО

Проектная документация на ИО включает следующие документы:

– описание информационного обеспечения;

– перечень входных сигналов и данных (документов);

– перечень выходных сигналов (документов);

– описание массива информации;

– чертежи форм документов и видеокадров;

– описа­ние системы классификации и кодирования;

– описание организации информационной базы;

– описание технологического процесса обработ­ки данных.

При описании ИО рассматриваются вопросы организации его, сбора и передачи информации, построения системы классификации и коди­рования, организации информационных баз.

Рассматривая принципы организации ИО, в проектных документах отражают состав, структуру и основные подходы к общей организации ИО, обосновывают выбор носителей данных и принципы распределе­ния информации по типам носителей, описывают принятые виды и методы контроля в маршрутах обработки данных при создании и функционировании информационных баз. Принимают и описывают решения, обеспечивающие информационную совместимость проектируемой системы с другими по источникам и потребителям информации, сопряжению применяемых классификаторов (при необходимости) и использованию унифициро­ванных систем документации.

Перечень входных сигналов и данных включает наименование измеряемой величины, единицы ее измерения, диапазон изменения, требования к точности и периодичности измерения, тип сигнала. Для дискретных сигналов указывают разрядность, для сигналов типа "да-нет" наличие или отсутствие некоторого события - источник формирования.

Перечень выходных сигналов содержит их наименование, назначе­ние, единицы измерения и диапазоны изменения, способы представ­ления, наименование пользователей информации. В перечне выход­ных документов приводят их наименование, кодовые обозначения, пользователи информации.

Описание массива информации содержит его наименование, обозначение, наименование носителя информации, перечень реквизи­тов в порядке их следования в записях массива с указанием по каж­дому реквизиту обозначения алфавита, длины в знаках, диапазона изменения (при необходимости), логических и семантических связей с другими реквизитами данной записи и другими записями массива. Кроме этого приводятся также оценка объема массива и другие харак­теристики (при необходимости). Если массив состоит из записей разных типов, то для записи каждого из них приводят все характерис­тики, перечисленные выше.

Чертеж формы документа (видеокадра) включает необходимые изображения в соответствии с требованиями стандартов, а также требуемые пояснения. Описание системы классификации и кодирова­ния содержит по каждому классифицируемому объекту описание метода кодирования, структуру и длину кода, указания о системе классификации и другие сведения (по усмотрению разработчика).

Описание информационной базы включает сведения об организации файлов и взаимодействия между ними.

Приведенный перечень документов характерен для АСУТП, в которых предполагалось разрабатывать программное обеспечение (ПО) по документам ИО, МО, ОО данного проекта. Однако, как было указано выше, в настоящее время АРМы операторов-технологов разрабатываются на базе SCADA-систем – программных комплексов, в которых уже заложен ряд типовых решений по организации как ИО, так и ПО.

5.3 Типовые решения, применяемые в АРМ

Остановимся подробнее на вопросах разработки экранных форм документов и видеокадров для АРМ оператора технологического участка пищевого производства, функционирование совокупности которых и создает графический интерфейс оператора при работе с компьютером АРМа.

Следует отметить, что на этапе постановки задачи обязательно участие технолога предприятия Заказчика для формирования и согласования основных требований как к входным и выходным документам, выводимым на экран и печать, так и к экранным формам отображения информации о протекании ТП и состоянии оборудования.

Как правило, большинство SCADA-систем содержат следующие компоненты (программные комплексы):

– систему разработки графического интерфейса пользователя (конструктор, дизайнер);

– исполняемый модуль, обеспечивающий функционирование разработанной системы на компьютере;

– систему специального программирования для создания управляющих и вычислительных программных комплексов, реализующих алгоритмы контроля и управления в МПК либо ПК.

Конструктор предназначен для выполнения следующих работ:

– создание мнемосхем отображения технологического объекта;

– размещение на мнемосхемах элементов визуализации данных,

полученных от объекта: числа, текстовые сообщения, гистограммы,
динамические графики, кнопки управления, поля ввода и другое;

– настройка записи истории процесса;

– настройка контроля аварийных ситуаций, в том числе подготовка речевых сообщений передаваемых оператору;

– подключение и настройка драйверов (управляющих программ) устройств, с которыми будет осуществляться обмен данными;

– настройка предварительных преобразований полученных данных по
формуле (а * х +b);

– настройка подпрограммы «вычислителя» для получения внутренних расчетных величин в результате выполнения математических действий над входными данными, числами и т.п., посредством набора математических функций.

Исполняемый модуль предназначен для выполнения следующих работ:

– обмена данными с устройствами;

– визуализации хода технологического процесса в виде мнемосхем в реальном
масштабе времени;

– контроль аварийных ситуаций (допустимых значений параметров);

– запись истории процесса;

– просмотр истории процесса виде графиков и отчетов;

– ведение протокола аварийных ситуаций и их квитирования оператором;

– просмотр протокола аварийных ситуаций в табличной и графической
форме.

– настройка временных фильтров;

– настройка наборов графиков для анализа;

– печати отчетов, графиков и мнемосхем;

– общие настройки системы.

Рассмотрим функционирование некоторых основных подсистем.

Визуализация архивных данных о параметрах ТП выполняется в виде временных и параметрических графиков. Технические характеристики современных компьютеров (объем памяти на жестких дисках и оперативной) позволяет хранить и представлять по запросу оператора данные за любой промежуток времени работы АРМ.

На рис. 8.10 представлен временной график, отражающий качество стабилизации уровня в 1-ом корпусе многокорпусной выпарной установки свеклосахарного производства. Колебания параметра (уровня 1-го корпуса, измеряемого в диапазоне 10% физического диапазона (0..5м) от задания) относительно задания (50%) не превышают 4-5%.

Рис. 8.10. Временной график процесса стабилизации уровня в 1-ом корпусе выпарной станции свеклосахарного завода за 10-ть часов работы смены

На рис. 8.11 приведен временной график отражающий изменение параметров периодического процесса уваривания сахарного утфеля в вакуум-аппарате. Управление осуществляется в автоматическом режиме от МПК по специальной программе.

Параметрические графики отражают степень влияние одних параметров процесса на другие параметры и показатели. Эти данные помогают технологу при анализе работы технологического участка. На рис. 8. 12 приведен вид параметрического графика из архива SCADA-системы.

При постановке подзадачи ведения архивов важным решением является формирование наборов архивируемых параметров для удобства анализа конкретных технологических процессов. В набор рекомендуется включать связанные параметры такие, например как, уровень в сборнике перед выпарной станцией (ВС), расход сока на ВС, задание по расходу сока и т.п.

Рис. 8.11. Временной график процесса уваривания сахарного утфеля в вакуум-аппарате периодического действия за смену (12-ть часов)

Рис. 8.12. Параметрический график из архива SCADA-системы.

Важнейшей подсистемой в SCADA-системах является система разработки мнемосхем технологических процессов и визуализации данных, получаемых от объекта управления.

Основой мнемосхемы служит рисунок, отражающий технологическую схему участка. Рисунок может быть выполнен с большей или меньшей степенью детализации (по согласованию с технологом Заказчика), с применением современных компьютерных технологий созданий объемных изображений (3D), анимационных фрагментов и т.п. Однако, главным требование является близость результата к технологии процессов, с которой хорошо должен быть знаком конечный пользователь – оператор участка.

Затем на рисунок помещают различные по типам отображения окна представления информации об объекте контроля и управления, управляющих воздействиях и т.п.

Среди многообразия различных типов таких окон наиболее часто используют: числовой текст, поля ввода (задания и т.п.), горизонтальные и вертикальные гистограммы, средства отображения дискретных сигналов («лампочки», текстовые сообщения и т.п.), кнопки управления, кнопки служебные (для вызова вложенных окон и других мнемосхем), динамические графики, встраиваемые в контур оборудования либо помещаемые вблизи технологического агрегата, характеристики работы которого они отражают, и другие.

5.4 Основные концепции создания графического интерфейса оператора

При разработке постановочной части и оценки конечного результата –функционирующей экранной формы, следует учитывать, что существуют три основные концепции создания таких экранных форм.

1. Так называемая, «выставочная» концепция, которая предполагает презентацию разработки на выставочном стенде, где зрители знакомятся с ней, наблюдая за экраном «беглым» взглядом. В этом случае целесообразно максимально использовать все возможности современных компьютерных программ и конкретной SCADA-системы: нарисовать реалистическое 3D изображение объекта с использованием полутонов, теней и яркой цветовой гаммы, наполнить мнемосхему анимированными объектами – движение жидкости по трубопроводам, вращение компрессоров, горение факелов и т.п., отобразить на мнемосхеме каждый технический элемент, в том числе неинформативные конструкции. Основная цель таких разработок – привлечение внимание посетителей.

2. Создание компьютерных систем-тренажеров, где помимо указанных подходов демонстрации возможностей системы заложены некоторые алгоритмы принятия решений в той либо иной технологической ситуации. Здесь уместна детализация конструктивных элементов, поскольку разработка предполагает обучение персонала.

3. Концепция создания экранных форм промышленного АРМ, предназначенного для работы оператора в течение смены (8 – 12-ть часов непрерывной работы) существенно отличается от подходов, изложенных выше.

Остановимся на основных рекомендациях, соответствующих «промышленной» концепции. Базироваться подходы к разработке промышленного АРМ должны на использовании рекомендаций и стандартов по аналогичным мнемосхемам щитовых конструкций с учетом новых возможностей компьютерных систем. Так следует применять принцип «темной» мнемосхемы [12], который можно интерпретировать следующим образом.

Используемая цветовая гамма для основы мнемосхемы – технологической схемы (с которой оператор хорошо знаком, вследствие изучения технологии) должна содержать в основном пастельные тона, не приводящие к быстрой утомляемости. Цвета технологических трубопроводов и других потоков следует выбирать с учетом рекомендаций стандарта на щитовые изделия ОСТ 36.13-76 [12], водопровод – зеленый, паропровод – розовый, воздуховод – голубой и т.д.

На реальном объекте нежелательно применении анимации, так как это приводит к утомляемости, а стремление реалистически (с максимальным использованием возможностей компьютерной графики) изобразить объект может быть интересно только гостям предприятия. Для оператора, который должен знать объект лучше любого разработчика экранной формы, важны лишь показания приборов, состояние механизмов и их поведение во времени. Поэтому следует использовать условные мнемонические изображения технологических объектов с учетом требований и рекомендаций стандартов [12].

При нормальном протекании процесса на экранной форме не должно быть ярких, движущихся элементов. В случае же возникновения предаварийной ситуации следует обеспечить появление таких элементов (например, мигающих красных объектов при нештатном останове электропривода, превышении параметром допустимых границ и т.п.), а также использование речевых сообщений с комментарием ситуации и причин ее возникновения. Такой подход должен обеспечить своевременную реакцию оператора на возникновение внештатной ситуации, повысить скорость этой реакции.

Расположение информационных окон, характеризующих величину контролируемого либо управляющего параметра должно соответствовать месту установки датчика или исполнительного механизма.

Формы представления такой информации следует выбирать исходя из реального опыта эксплуатации, так для контроля уровня в крупных емкостях целесообразно использовать вертикальные гистограммы, а для отображения управляющего воздействия, передаваемого на регулирующий орган (клапан, заслонку) предпочтительно использовать не цифровое окно, а окно с раскрывающимся растром, где угол раскрытия соответствует степени открытия РО. Такие окна не требуют напряжения глаз оператора при считывании цифрового значения, однако дают действительно необходимую информацию.

Следует стремиться к максимальной информационной насыщенности экранной формы, что позволяет минимизировать число таких форм в АРМе. Вместе с тем, предпочтительно на мнемосхеме создавать «крупные» объекты, позволяющие контролировать процесс, не только находясь непосредственно перед экраном, но и в некотором отдалении, например вне операторского пункта (ОП), через окно ОП.

Пример экранной формы АРМ оператора выпарной станции свеклосахарного завода без использования 3D технологий приведен на рис. 8.13.

Рис. 8. 13. Экранная форма АРМ оператора выпарной станции (ВС) свеклосахарного завода (без использования 3D)

Рис 8.14. Экранная форма АРМ ВС с использованием 3D

На рис.8.14 приведена экранная форма для аналогичного объекта (ВС) с использованием объемных изображений.

Использование упрощенных изображений технологического объекта (выпарного аппарата на рис. 8.13), позволяет расположить в его «теле» динамический график основных контролируемых и регулируемых параметров: уровня сока в корпусе (задания по уровню), расхода греющего пара, поступающего в камеру аппарата. Представление параметра в виде динамического графика более информативно по сравнению с гистограммой, поскольку по нему можно оценить тенденцию изменения, что является весьма важным дополнительным аргументом в пользу упрощенного изображения.

При использовании 3D изображений приходится создавать дополнительные окна для представления динамики, либо ограничиться просмотром архивов, что снижает качество сервиса и комфорта для оператора, заставляет его предпринимать дополнительные действия по работе с формой.

Для реализации специальных функций, возложенных на работников службы главного метролога (КИП и А), целесообразно использовать вложенные окна, вызываемые при нажатии соответствующих экранных кнопок и вводе пароля. Эти функции связаны с наладкой контуров регулирования, настроечных параметров алгоритмов программного управления и т.п. Примеры служебных окон для наладки контуров: а) стабилизации тех-нологического параметра; б) программы варки сахарного утфеля, приведены на рис. 8.15.

а) б)

Рис. 8.15. Служебные окна для наладки

Такой же подход (но без использования паролей) можно использовать для детализации информации для оператора, которую не удается разместить на основной мнемосхеме.

Помимо основных мнемосхем, в АРМах разрабатывают формы отчетных документов, в виде таблиц, которые могут выводиться на экран и на печать, как в течение смены, так и в ее конце, как итоговый документ. Среди таких документов могут быть данные об основных технико-экономических показателях работы участка, данные оперативного учета сырья, материалов, энергоресурсов, а также результаты решения задач оценивания качества управления. Последние упомянутые задачи служат как для оценки качества функционирования комплекса технических и программных средств АРМа, так и отражают степень освоения конкретным оператором этих средств. Следовательно, эти данные могут лечь в основу сравнительного анализа работы смен, проводимой техническими руководителями предприятия (главным технологом, инженером), по результатам которого может быть построена система поощрений эксплуатационного персонала. На рис. 8.16 приведена форма отчета о качестве работы отделения очистки сока свеклосахарного завода.

Рис. 8.16. Форма отчета о качестве работы отделения очистки сока

В данной форме приведены не только численные значения интегральных показателей, но и словесные оценки по трехбалльной системе. Границы данных оценок согласовываются с техническими руководителями предприятия.

На рис. 8.17 приведена форма, отражающая температурный режим на многокорпусной выпарной установке свеклосахарного производства, удобная для теплотехнического анализа работы участка выпаривания.

Рис. 8.17 Форма для теплотехнического анализа работы МВУ

В многоуровневых АСУТП разрабатываются АРМы технических руководителей, поэтому необходимо рассмотреть основные рекомендации по созданию графического интерфейса для этих АРМов.

Основные принципы построения таких экранных форм должны основываться на принятой на предприятии схеме организационной структуре, которая отражается в документации проекта АСУТП (раздел «Организационное обеспечение АСУТП»).

В соответствии с этими принципами, основная ответственность за управление конкретными технологическими процессами возлагается на оператора участка, отделения. В функции технических руководителей (начальник смены, главные технолог, инженер), в части задач АСУТП, входит контроль и анализ протекания всего производственного процесса, координация работы отдельных участков, отделений, своевременное внесение коррекций в заданные режимы. Следует помнить, что недопустимым является возможность управления процессом одновременно с нескольких рабочих мест.

Исходя из вышеизложенного, АРМ технического руководителя следует создавать как информационную систему, с возможностью передачи на участок корректив и рекомендаций по управлению ТП, но не как непосредственно управляющую систему. Следовательно, для АРМ руководителя должно быть обеспечено поступление всей информации, представляемой всем операторам технологических участков, включая формы отчетов, графики изменения параметров процесса и т.п. В зависимости от функциональных (должностных) обязанностей конкретного руководителя объем и форма представления может быть скорректирована. Помимо мнемосхем, представляемых операторам, целесообразно создание на таких АРМах обобщенных мнемосхем, отражающих одновременно весь производственный процесс, а также представлять результаты решения задач автоматизированного расчета показателей, (например, количества сваренного утфеля 1-го продукта из которого получают товарную продукцию – готовый сахар). Пример такой обобщенной мнемосхемы приведен на рис. 8. 18 для условий свеклосахарного производства.

Рис. 8.18. Обобщенная мнемосхема свеклосахарного производства

В заключение отметим, что подсистемы разработки графического интерфейса, в современных SCADA-системах, использующие принципы визуального программирования, представляют собой системы автоматизированного проектирования (САПР) экранных форм. Такие же принципы используются и в системах программирования МПК.

В связи с динамичным развитием компьютерных средств появляются все новые возможности компьютерных систем и специализированных программных комплексов. Однако, при использовании их новых возможностей, следует основываться на принципах, выработанных на базе многолетнего опыта разработчиков СА и АСУТП, сверяя свои решения и пожелания с рекомендациями нормативных документов.

Дата добавления: 2015-08-20