A bütykös tengelytől a processzoros automatizálási platformokig VI.
2006/4. lapszám | netadmin | 3583 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A bütykös tengelytől a processzoros automatizálási platformokig VI. Az előző cikkekben bemutatásra kerültek a vezérlő berendezések, PLC-k elosztott, kihelyezett I/O-felületekkel, működésük alapjaival és kialakításuk lehetőségeivel. Az irányítás, ...
Az előző cikkekben bemutatásra kerültek a vezérlő berendezések, PLC-k elosztott,
kihelyezett I/O-felületekkel, működésük alapjaival és kialakításuk lehetőségeivel.
Az irányítás, beavatkozás azonban nem nélkülözheti a technológia melletti felügyeletet,
illetve egyre gyakrabban jelentkező igény a központosított, elektronikus adatgyűjtés,
távoli felügyelet akár a világ másik feléről is!
Ember-gép kapcsolati eszközök
A legtöbb információ a legrövidebb idő alatt ábrákkal, képekkel, fényekkel
adható át az emberek számára. Ennek hagyományos módja vezérlőszekrényeken
elhelyezett lámpákkal, feliratokkal történik, a beavatkozás kapcsolókkal,
nyomógombokkal történik.
A "nyomógombos-lámpás" megoldás előnye a robusztus kivitel a kábelezett (Hard-wire)
kapcsolatok és az alapvető villamostörvények következtében. Ezzel szemben a
fizikai hely igénye, módosítási lehetőségei, illetve a hibakeresés nehézsége
gyakran áthághatatlan akadályokat jelentenek. A számos nyomógomb, kapcsoló,
lámpa kezelése mind-mind növeli a PLC ki- és bemeneteinek számát. Adott méretű
bővítés akár a PLC nagyobbra történő cseréjét is eredményezheti. További nehézséget
jelent, hogy az ilyen típusú ember-gép kapcsolati kialakítás PLC-programozási
többletfeladatot és -memóriát igényel. A kapcsolati felület módosítása, illetve
az egyéni igényekhez igazítása mind mechanikai, mind PLC-program- szerkesztéssel
jár együtt.
További kellemetlenségeket jelent a gépek nemzetközi "vándorlása" során a
kezelőfelületeknek az aktuális, helyi nyelvhez történő igazítása.
Mindezek igazolják a kezelői terminálok és panalek egyre nagyobb számú elterjedését
és növekvő piacát. A kezelői terminálokat más néven HMI-knek nevezzük a Human
Machine Interface szavak kezdőbetűinek megfelelően, vagy MMI-nek a német
kifejezés mozaikjaként.
Az operátori terminálok alapvető feladata nem más, mint egyértelmű technológiai
vagy működési üzenetek megjelenítése a kezelők számára, további feladata
a megfelelő helyen történő gyors beavatkozás lehetőségének biztosítása. A
terminálokat a feladatokhoz és a környezet igényei szerint kell megválasztani.
A terminálok általában a vezérlőszekrények elülső részébe kerülnek beszerelésre.
Ennek megfelelően a csatlakozók a panel hátulján találhatók. A terminálok
eleje vagy más néven fóliaoldala IP67 borítású, azaz ellenáll a fröccsenő
víznek és számos mechanikai behatásnak. A hátsó borítás ezzel szemben csak
IP20 tokozású, és az eszköz szellőzése is ebben az irányba történik. A terminálok
képernyőből, adatbeviteli felületből, tápegységből, központi egységből épülnek
fel.
A képernyők lehetnek karakteres, mátrixos vagy grafikus kijelzők. Karakteres
kijelzőkkel szöveges üzenetek jeleníthetők meg. A mátrixos kijelzők az üzeneteket
pontokból állítják elő, így ezzel a technológiával egyszerű grafikákat és
ábrákat lehet megjeleníteni a karakterek mellett. A grafikus kijelzők ezzel
szemben teljes szabadságot nyújtanak a megjelenítésben. Tetszőleges módon
ábrák, képek, feliratok és dinamikus objektumok is megjeleníthetők.
Az adatbeviteli felületek kialakíthatók fóliatasztatúraként, szabadon vagy
előre meghatározott funkcióval rendelkező gombokkal. A fóliabillentyűk a
karakteres és mátrixos kijelzőkre jellemzők. A grafikus kijelzők is rendelkezhetnek
nyomógombokkal, de egyre gyakrabban csak érintőfelülettel bírnak. Az érintőfelületet
a kijelző előtt elhelyezkedő, vékony, érintésre érzékeny fólia elhelyezésével
oldják meg. Az érintőfóliák lehetnek resitive vagy analóg kialakításúak.
A resistive olyan nyomásérzékeny anyag, amelynek megváltozik az ellenállása
nyomás hatására. A felületet ilyenkor halványan látszódó négyzetháló borítja.
Az analóg ezzel szemben nem tartalmaz hálót, így az ilyen technológiával
ellátott terminálok képe jelentősen élesebb és tisztább képet szolgáltat.
Egy harmadik esetben az érintést egy láthatatlan infrasugaras háló érzékeli,
amely közvetlenül a képernyő előtt helyezkedik el. Ennek a megoldásnak
az az előnye, hogy a kijelző felületét egy erős átlátszó üveggel lehet
védeni a mechanikai behatásoktól.
A kijelzők jó láthatóságát a háttérvilágítás biztosítja. A háttérvilágítás
lehet LED-es vagy STN, illetve TFT kialakítású. A legerősebb fényt a LED
szolgáltatja, azonban a legegyenletesebbet és -szebbet a TFT megoldás nyújtja.
A kijelzők ezen túlmenően lehetnek kétszínű (fekete-bíbor, fekete-narancs,
fehér-kék), monokróm (16 szürkeárnyalattal) és színes kivitelűek. A színes
kijelzők tartománya a nyolc színtől egészen 65 536 különböző színig terjedhet,
legelterjedtebbek a 8, 16, 256, 4096, valamint a 16 bites 65 536 színű kijelzők.
A tápegységek leggyakrabban az ipari területen elterjedt 24 V egyenfeszültségből
állítják elő a terminálok kijelzőjéhez, a háttérvilágításához és a központi
modulhoz szükséges tápfeszültségeket.
A központi modul feladata a kijelző meghajtása, azaz olyan adatfolyam előállítása,
amely a kijelzőn üzenetekké áll össze. További feladata az alapszintű adatfeldolgozások
és konverziók végzése. A központi modul futtatja a saját operációs rendszerét
és a felhasználók számára egyedileg tervezett alkalmazási szoftvert.
Az operációs szoftver vagy firmware egyik fő feladata a PLC-kommunikáció
és az egyéb kiegészítők kezelése. A kiegészítőknek számos típusa van, tartalmazhatnak
további kommunikációs portokat, speciális funkciót ellátó modulokat, de leggyakrabban
memóriabővítő kártyára van szükség.
Az operátor-terminálok a vezérlőrendszerrel, a PLC-vel kommunikációs hálózaton
keresztül cserélnek adatokat. Ennek a kapcsolatnak a kialakításához gyártóktól
függően a PLC programozó portja vagy egyedi, erre a célra kialakított port
szolgál. Napjainkban a programozó portot használjuk erre a célra rendszerint.
A programozó port azonban saját protokollt használ az adatcseréhez, amely
ráadásul általában pont-pont kialakítású. Ennek következtében a terminálok
szorosan kötődnek a PLC típusához. Azonban a terminálokhoz a szállítók a
leggyakrabban használt protokollokat mellékelik, így mindig a megfelelő kommunikációs
protokoll használható a megfelelő PLC-hez. Ez a protokoll Telemecanique PLC-k
esetében a Modbus RTU, Unitelway; Siemens termékek esetében a Profibus DP,
MPI vagy PPI; Omron termékek esetében a Hostlink, DeviceNet; Mitsubishi készülékek
esetében a CC-Link, Q-bus, A-bus, FX protokoll lehet, csak hogy a legfontosabbakat
említsük.
A kommunikáció során a terminálok a PLC-k regisztereit, memóriarekeszeinek
tartalmát képesek írni, olvasni. A beavatkozás ezeknek a memóriarekesz-értékeknek
a megváltoztatásával történik. Gyakorlatban egy sebesség- vagy hőmérséklet-alapjel
értékének a megváltoztatása operátorpanel segítségével egy egyszerű PLC-változó
értékének a módosításával valósul meg. A megjelenített értékek, grafikonok,
trendek a PLC-változók értékeiből állnak össze.
A fentiek alapján a következő módon foglaljuk össze a HMI-kkel szemben támasztott
követelmények lényeges pontjait. Meg kell határozni, hogy milyen környezetben
fog működni a terminál, hiszen egy olajos, ragadós környezetben, vagy ott,
ahol kesztyűben szükséges a kezelés, érintőképernyő nem használható, mivel
az érzékelés bizonytalan. Ebben az esetben a nyomógombos megoldás ajánlott.
A megjelenített üzenetek száma és minősége is fontos szempont. Gyakran előfordul,
hogy egy grafika vagy ábra több mondatnál is beszédesebb. További lehetőség
a figyelemfelkeltésre, ha mozgó vagy színváltó objektumokat alkalmazunk változó
értékek változásakor. Továbbá kérdéses, hogy mennyire szükséges, illetve
mennyi színre van szükség az egyértelmű és igényes megjelenítő felület kialakításához.
Talán a leglényegesebb szempont, hogy milyen módon és milyen PLC-hez csatlakozik
a terminál, ugyanis bizonyos protokollok megvalósítása nagy teljesítményigényt
támaszt a központi modul CPU-jával szemben. A megfelelő kiválasztásához ismerni
kell vagy jól becsülhetőnek kell lennie a felhasznált változók számának,
típusának. Továbbá tudni szükséges, hogy a terminálban mennyi különböző képernyőt
kell megvalósítani, és szükség van-e adatok tárolására trendek, grafikonok
készítéséhez, hiszen ezek a funkciók nagy memóriaigényűek.
Csoportosítás
A terminálokat különböző csoportokba soroljuk. Az egyszerű alapfunkciókkal
rendelkező, gyakran csak karakteres és nyomógombos terminálokat "alsó" kategóriás
vagy low-end termináloknak nevezzük. Ezek az eszközök kevés protokollt ismernek,
korlátozottan vagy egyáltalán nem bővíthetők. Egyes terminálok által jobb
figyelemfelkeltés érhető el a nagyméretű karakterek használatával, illetve
a futófény jellegű futószövegekkel kiterjeszthetők a terminálok megjelenítő
felületének fizikai korlátai. A low-end terminálok azonban gyorsan, könnyedén
programozhatók és szerelhetők, gyakran a PLC szolgáltatja az összekötő kábelen
keresztül a tápellátásukat, és ennek megfelelően alacsony az áruk is.
A grafikus terminálok között a különböző teljesítmény, CPU, memória és kommunikációs
csatorna tekintetében megkülönböztethetünk Optimum és Standard modelleket.
További megkülönböztető jellemző a felhasználói programok feltöltéséhez használható
terminálprogramozó vagy más néven Tool port típusa. Az újabb modelleknél ez
már USB is lehet a hagyományos soros (RS232/RS485) mellett. A kommunikációs
csatorna a Standard sorozatoknál integrált ethernet portot is jelent. Egyes
terminálcsaládok további jellegzetessége a script driver használatának lehetősége.
A Script driver segítségével közvetlenül programozható a terminál soros portja,
ily módon egyedi protokollok is kialakíthatók egyedi eszközökhöz, illetve esetlegesen
a gyártó által nem implementált protokollok is pótolhatók. Más grafikus, érintőképernyős
terminálok képesek Javascript-ek futtatására is. Ennek köszönhetően megvalósíthatók
egyedi függvények és teljesen egyedi animációk is a kijelzőkön. Bizonyos eszközök
a Low-end és a grafikus terminálok közül rendelkeznek egy speciális lehetőséggel,
amelynek segítségével a kijelző háttérvilágítása átkapcsolható vörös színűre,
sőt villogtatható is, ily módon felhívva a figyelmet az üzenetekre.
SCADA rendszerek
Természetesen nem csak a speciálisan erre tervezett eszközök lehetnek technológia
közeli ember-gép kapcsolati eszközök. Egyre közkedveltebbek az ipari számítógépek.
Az ipari számítógépek robusztus kialakításúak, de rendelkezek az asztali számítógépeknél
megszokott rugalmas bővítési lehetőségekkel. Az ipari számítógépek általában
Microsoft WindowsTM operációs rendszert használnak, ily módon lehetővé téve
a windows-oknál megszokott felületek, szoftverek (Excel, Word, Adobe Acrobat,
Access stb.) használatát. Természetesen ebben az esetben lehetőség van saját
egyedi feladatok megvalósítására, azonban fontos szem előtt tartani, hogy ezek
az alkalmazások nem rendelkeznek olyan mértékű megbízhatósággal, mint az operátorterminálok.
Ipari számítógépeken gyakran használunk SCADA (Supervisory Control And Data
Acquisition) szoftvereket. A SCADA szoftverek a rendszer PLC-itől gyűjtik össze
az információkat, a változók értékeit, és ezekből állítják elő a technológia
valósidejű képét, ábrákkal, mozgó objektumokkal és beavatkozó felületekkel.
A SCADA rendszerek általában egy központi szerverhez csatlakoznak (pl. OPC,
OFS), amelyek a PLC-s hálózattal vannak közvetlen kapcsolatban. Az összegyűjtött
adatokból a megfelelő helyeken, SCADA kliensek használatával a technológia
megfelelő képe jeleníthető meg. A hozzáférést és a beavatkozást különböző szintű
jelszavakkal védik, illetve minden esemény naplózásra kerül, így az események
később rekonstruálhatók és feldolgozhatók lesznek. A SCADA rendszerek általában
több számítógépből, operátorpanelekből állnak. A SCADA rendszerek legfontosabb
jellemzője a TAG-szám. Tag-eknek a változók számát hívjuk, amelyek lehetnek
külső és belső változók. Külső változók a használt PLC-k változóinak az összessége,
belső változók pedig a SCADA által használt változók összessége. A maximális
TAG-szám a külső és belső TAG-ek összege. Klasszikus méretek: 300, 1000, 5000,
10 000: korlátlan.
Napjainkban az Internet erőteljes terjedésének következtében egyre gyakrabban
használjuk a WEB-technológián alapuló vizualizációt.
Környezetvédelem
Az Európai Unióban az elektromos és elektronikus készülékekre alkotott direktíva
alapján korlátozzák a veszélyes összetevők mennyiségét az eszközökben, ezt
RoHS (Restriction of Hazardous Substances) direktívának nevezzük. Az RoHS
elsősorban a háztartási elektronikai készülékekre vonatkozik, azonban ebbe
a körbe tartoznak a HMI-termékek is.
A terminálok és megjelenítő szoftverek fejlődésének és elképzelhetetlen rugalmasságuknak
köszönhetően a termelés, a felügyelet egyre gyorsabbá, pontosabbá válik, növelve
a gépek, eszközök rendelkezésre állását is.
Következő cikkünkben a fejlődési irányokkal, trendekkel és a jövőben várható
új megoldásokkal foglalkozunk.
Nagylaki Csaba, Papp Géza Bálint
