интерфейсные компоненты

интерфейс "человек-машина"
аппаратно-программная система управления технологическими процессами
HMI - это набор всех средств, позволяющих человеку вмешаться в поведение вычислительной системы. Как правило, HMI представляет собой компьютер с графическим дисплеем, где в наглядной форме отображается поведение системы, и пользователь имеет возможность вмешаться в деятельность системы. Однако в качестве HMI может выступать самый простой пульт из набора тумблеров и светодиодных индикаторов.
[ http://www.morepc.ru/dict/]

Тематики

• информационные технологии в целом

Синонимы

• аппаратно-программная система управления технологическими процессами

EN

• HMI
• Human Machine Interface

интерфейс управления концентратором
—
[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]

Тематики

• информационные технологии в целом

EN

• hub management interface
• HMI

терминал
Устройство ввода-вывода, обеспечивающее взаимодействие пользователей в локальной вычислительной сети или с удаленной ЭВМ через средства телеобработки данных
[ ГОСТ 25868-91]
[ ГОСТ Р 50304-92 ]

Параллельные тексты EN-RU

HMI port warning
[Schneider Electric]

Предупредительное состояние об ошибке обмена данными через порт связи с терминалом оператора
[Перевод Интент]

HMI display max current phase enable
[Schneider Electric]

Разрешается отображение на терминале оператора максимального линейного тока
[Перевод Интент]

Config via HMI keypad enable
[Schneider Electric]

Конфигурирование (системы) с помощью клавиатуры терминала оператора
[Перевод Интент]

Тематики

• оборуд. перифер. систем обраб. информации
• системы для сопряж. радиоэлектр. средств интерфейсные

Обобщающие термины

• средства реализации взаимодействия

Синонимы

• терминал оператора

EN

• HMI
• HMI device
• terminal
• user terminal

человеко-машинное взаимодействие
—
[Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо-русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993]

Тематики

• информационные технологии в целом

EN

• human machine interaction
• HMI

человеко-машинный интерфейс (ЧМИ)
Технические средства, предназначенные для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудованием и дающие возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его функционирование.
Примечание
Такие средства могут включать приводимые в действие вручную органы управления, контрольные устройства, дисплеи.
[ ГОСТ Р МЭК 60447-2000]

человекомашинный интерфейс (ЧМИ)
Технические средства контроля и управления, являющиеся частью оборудования, предназначенные для обеспечения непосредственного взаимодействия между оператором и оборудованием и дающие возможность оператору управлять оборудованием и контролировать его функционирование (ГОСТ Р МЭК 60447).
Примечание
Такие средства могут включать приводимые в действие вручную органы управления, контрольные устройства и дисплеи.
[ ГОСТ Р МЭК 60073-2000]

человеко-машинный интерфейс
Средства обеспечения двусторонней связи "оператор - технологическое оборудование" (АСУ ТП). Название класса средств, в который входят подклассы:
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) - Операторское управление и сбор данных от технологического оборудования.
DCS (Distributed Control Systems) - Распределенная система управления технологическим оборудованием.
[ http://www.morepc.ru/dict/]

Параллельные тексты EN-RU

MotorSys™ iPMCC solutions can integrate a dedicated human-machine interface (HMI) or communicate via a personal computer directly on the motor starters.
[Schneider Electric]

Интеллектуальный центр распределения электроэнергии и управления электродвигателями MotorSys™ может иметь в своем составе специальный человеко-машинный интерфейс (ЧМИ). В качестве альтернативы используется обмен данным между персональным компьютером и пускателями.
[Перевод Интент]

HMI на базе операторских станций

Самое, пожалуй, главное в системе управления - это организация взаимодействия между человеком и программно-аппаратным комплексом. Обеспечение такого взаимодействия и есть задача человеко-машинного интерфейса (HMI, human machine interface).

На мой взгляд, в аббревиатуре “АСУ ТП” ключевым является слово “автоматизированная”, что подразумевает непосредственное участие человека в процессе реализации системой определенных задач. Очевидно, что чем лучше организован HMI, тем эффективнее человек сможет решать поставленные задачи.

Как же организован HMI в современных АСУ ТП?
Существует, как минимум, два подхода реализации функционала HMI:

1. На базе специализированных рабочих станций оператора, устанавливаемых в центральной диспетчерской;
2. На базе панелей локального управления, устанавливаемых непосредственно в цеху по близости с контролируемым технологическим объектам.

Иногда эти два варианта комбинируют, чтобы достичь наибольшей гибкости управления. В данной статье речь пойдет о первом варианте организации операторского уровня.

Аппаратно рабочая станция оператора (OS, operator station) представляет собой ни что иное как персональный компьютер. Как правило, станция снабжается несколькими широкоэкранными мониторами, функциональной клавиатурой и необходимыми сетевыми адаптерами для подключения к сетям верхнего уровня (например, на базе Industrial Ethernet). Станция оператора несколько отличается от привычных для нас офисных компьютеров, прежде всего, своим исполнением и эксплуатационными характеристиками (а также ценой 4000 - 10 000 долларов).
На рисунке 1 изображена рабочая станция оператора системы SIMATIC PCS7 производства Siemens, обладающая следующими техническими характеристиками:

Процессор: Intel Pentium 4, 3.4 ГГц;
Память: DDR2 SDRAM до 4 ГБ;
Материнская плата: ChipSet Intel 945G;
Жесткий диск: SATA-RAID 1/2 x 120 ГБ;
Слоты: 4 x PCI, 2 x PCI E x 1, 1 x PCI E x 16;
Степень защиты: IP 31;
Температура при эксплуатации: 5 – 45 C;
Влажность: 5 – 95 % (без образования конденсата);
Операционная система: Windows XP Professional/2003 Server.

Рис. 1. Пример промышленной рабочей станции оператора.

Системный блок может быть как настольного исполнения ( desktop), так и для монтажа в 19” стойку ( rack-mounted). Чаще применяется второй вариант: системный блок монтируется в запираемую стойку для лучшей защищенности и предотвращения несанкционированного доступа.

Какое программное обеспечение используется?
На станции оператора устанавливается программный пакет визуализации технологического процесса (часто называемый SCADA). Большинство пакетов визуализации работают под управлением операционных систем семейства Windows (Windows NT 4.0, Windows 2000/XP, Windows 2003 Server), что, на мой взгляд, является большим минусом.
Программное обеспечение визуализации призвано выполнять следующие задачи:

1. Отображение технологической информации в удобной для человека графической форме (как правило, в виде интерактивных мнемосхем) – Process Visualization;
2. Отображение аварийных сигнализаций технологического процесса – Alarm Visualization;
3. Архивирование технологических данных (сбор истории процесса) – Historical Archiving;
4. Предоставление оператору возможности манипулировать (управлять) объектами управления – Operator Control.
5. Контроль доступа и протоколирование действий оператора – Access Control and Operator’s Actions Archiving.
6. Автоматизированное составление отчетов за произвольный интервал времени (посменные отчеты, еженедельные, ежемесячные и т.д.) – Automated Reporting.

Как правило, SCADA состоит из двух частей:

1. Среды разработки, где инженер рисует и программирует технологические мнемосхемы;
2. Среды исполнения, необходимой для выполнения сконфигурированных мнемосхем в режиме runtime. Фактически это режим повседневной эксплуатации.

Существует две схемы подключения операторских станций к системе управления, а точнее уровню управления. В рамках первой схемы каждая операторская станция подключается к контроллерам уровня управления напрямую или с помощью промежуточного коммутатора (см. рисунок 2). Подключенная таким образом операторская станция работает независимо от других станций сети, и поэтому часто называется одиночной (пусть Вас не смущает такое название, на самом деле таких станций в сети может быть несколько).

Рис. 2. Схема подключения одиночных операторских станций к уровню управления.

Есть и другой вариант. Часто операторские станции подключают к серверу или резервированной паре серверов, а серверы в свою очередь подключаются к промышленным контроллерам. Таким образом, сервер, являясь неким буфером, постоянно считывает данные с контроллера и предоставляет их по запросу рабочим станциям. Станции, подключенные по такой схеме, часто называют клиентами (см. рисунок 3).

Рис. 3. Клиент-серверная архитектура операторского уровня.

Рис. 4. Схема взаимодействия программных модулей при использовании одиночных станций.

 

Рис. 5. Схема взаимодействия программных модулей при использовании клиент-серверной архитектуры.
Как выглядит SCADA?
Разберем простой пример. На рисунке 6 приведена абстрактная схема технологического процесса, хотя полноценным процессом это назвать трудно.

Рис. 6. Пример операторской мнемосхемы.
На рисунке 6 изображен очень упрощенный вариант операторской мнемосхемы для управления тех. процессом. Как видно, резервуар (емкость) наполняется водой. Задача системы - нагреть эту воду до определенной температуры. Для нагрева воды используется газовая горелка. Интенсивность горения регулируется клапаном подачи газа. Также должен быть насос для закачки воды в резервуар и клапан для спуска воды.

На мнемосхеме отображаются основные технологические параметры, такие как: температура воды; уровень воды в резервуаре; работа насосов; состояние клапанов и т.д. Эти данные обновляются на экране с заданной частотой. Если какой-либо параметр достигает аварийного значения, соответствующее поле начинает мигать, привлекая внимание оператора.

Сигналы ввода/вывода и исполнительные механизмы отображаются на мнемосхемах в виде интерактивных графических символов (иконок). Каждому типу сигналов и исполнительных механизмов присваивается свой символ: для дискретного сигнала это может быть переключатель, кнопка или лампочка; для аналогового – ползунок, диаграмма или текстовое поле; для двигателей и насосов – более сложные фейсплейты ( faceplates). Каждый символ, как правило, представляет собой отдельный ActiveX компонент. Вообще технология ActiveX широко используется в SCADA-пакетах, так как позволяет разработчику подгружать дополнительные символы, не входящие в стандартную библиотеку, а также разрабатывать свои собственные графические элементы, используя высокоуровневые языки программирования.

Допустим, оператор хочет включить насос. Для этого он щелкает по его иконке и вызывает панель управления ( faceplate). На этой панели он может выполнить определенные манипуляции: включить или выключить насос, подтвердить аварийную сигнализацию, перевести его в режим “техобслуживания” и т.д. (см. рисунок 7).  

Рис. 7. Пример фейсплейта для управления насосом.

  Оператор также может посмотреть график изменения интересующего его технологического параметра, например, за прошедшую неделю. Для этого ему надо вызвать тренд ( trend) и выбрать соответствующий параметр для отображения. Пример тренда реального времени показан на рисунке 8.
 

Рис. 8. Пример отображения двух параметров на тренде реального времени.
Для более детального обзора сообщений и аварийных сигнализаций оператор может воспользоваться специальной панелью ( alarm panel), пример которой изображен на рисунке 9. Это отсортированный список сигнализаций (alarms), представленный в удобной для восприятия форме. Оператор может подтвердить ту или иную аварийную сигнализацию, применить фильтр или просто ее скрыть.

Рис. 9. Панель сообщений и аварийных сигнализаций.
Говоря о SCADA, инженеры часто оперируют таким важным понятием как “тэг” ( tag). Тэг является по существу некой переменной программы визуализации и может быть использован как для локального хранения данных внутри программы, так и в качестве ссылки на внешний параметр процесса. Тэги могут быть разных типов, начиная от обычных числовых данных и кончая структурой с множеством полей. Например, один визуализируемый параметр ввода/вывода – это тэг, или функциональный блок PID-регулятора, выполняемый внутри контроллера, - это тоже тэг. Ниже представлена сильно упрощенная структура тэга, соответствующего простому PID-регулятору:

Tag Name = “MyPID”;
Tag Type = PID;

Fields (список параметров):

MyPID.OP
MyPID.SP
MyPID.PV
MyPID.PR
MyPID.TI
MyPID.DI
MyPID.Mode
MyPID.RemoteSP
MyPID.Alarms и т.д.

В комплексной прикладной программе может быть несколько тысяч тэгов. Производители SCADA-пакетов это знают и поэтому применяют политику лицензирования на основе количества используемых тэгов. Каждая купленная лицензия жестко ограничивает суммарное количество тэгов, которые можно использовать в программе. Очевидно, чем больше тегов поддерживает лицензия, тем дороже она стоит; так, например, лицензия на 60 000 тэгов может обойтись в 5000 тыс. долларов или даже дороже. В дополнение к этому многие производители SCADA формируют весьма существенную разницу в цене между “голой” средой исполнения и полноценной средой разработки; естественно, последняя с таким же количеством тэгов будет стоить заметно дороже.

Сегодня на рынке представлено большое количество различных SCADA-пакетов, наиболее популярные из которых представлены ниже:

1.    Wonderware Intouch;
2.    Simatic WinCC;
3.    Iconics Genesis32;
4.    Citect;
5.    Adastra Trace Mode

Лидирующие позиции занимают Wonderware Intouch (производства Invensys) и Simatic WinCC (разработки Siemens) с суммарным количеством инсталляций более 80 тыс. в мире. Пакет визуализации технологического процесса может поставляться как в составе комплексной системы управления, так и в виде отдельного программного продукта. В последнем случае SCADA комплектуется набором драйверов ввода/вывода для коммуникации с контроллерами различных производителей.   [ http://kazanets.narod.ru/HMI_PART1.htm]

Тематики

• автоматизация, основные понятия
• автоматизированные системы

Синонимы

• ЧМИ

EN

• CHI
• computer human interface
• HMI
• human interface
• human interface device
• human-computer interface
• human-machine interface
• man-machine communication
• man-machine interface
• MMI
• operator-machine communication

Англо-русский словарь нормативно-технической терминологии > HMI

cигнал
1. Материальный носитель информации, содержащий в себе информацию, кодированную определенным образом.
2. Любая физическая величина (например, температура, давление воздуха, интенсивность света и т. п.), которая изменяется со временем. Именно благодаря этому изменению сигнал может нести в себе некую информацию.
[ http://life-prog.ru/view_programmer.php?id=146&page=15]

сигнал
Визуальное, звуковое или осязательное обозначение передаваемой информации
[ ГОСТ Р МЭК 60447-2000]

сигнал
Материальное воплощение сообщения, представляющее собой изменение некоторой физической величины.
[ ГОСТ 23829-79]

сигнал
В области контроля технического состояния изделий используется понятие "сигнал", которое включает следующие компоненты:
наличие физической величины (несущей величины), характеризующей материальный (энергетический) носитель воздействия;
изменение значений данной физической величины содержит информацию об источнике воздействия и физической среде, взаимодействующей с отображаемым материальным носителем;
изменение несущей величины во времени характеризуется совокупностью физических величин, взаимосвязь которых представляется определенной математической функцией.
Пример
Периодический сигнал в виде гармонического колебания тока.
Несущая физическая величина - ток, как характеристика направленного движения электронов. Изменение тока в данном случае характеризуется зависимостью I (t) = A·cos(2π/T - φ) = A·cos(ωt - φ), т.е. связанной совокупностью физических величин A, T, ω, φ (амплитуда, период, угловая частота и начальная фаза соответственно).
[ ГОСТ 19919-74]

сигнал
Форма представления данных, при которой данные рассматриваются в виде последовательности значений скалярной величины - записанной (измеренной) во времени.
[ ГОСТ Р 50304-92]

сигнал
Форма представления информации для передачи по каналу.
Примечание. В зависимости от множества возможных сигналов и области их определения во времени различают четыре вида сигналов: дискретные дискретного времени, дискретные непрерывного времени, непрерывные дискретного времени и непрерывные непрерывного времени; первые и последние соответственно именуются также «дискретными сигналами» и «непрерывными сигналами».
[Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 94. Теория передачи информации. Академия наук СССР. Комитет технической терминологии. 1979 г.]

сигнал
Совокупность несущего воздействия и передаваемой им информации.
[Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 107. Теория управления. Академия наук СССР. Комитет научно-технической терминологии. 1984 г.]

сигнал
Знак, физический процесс или явление, несущие информацию. В кибернетике выделяют четыре компонента С.: физический носитель (природа его может быть самой различной: звуковой, электрической и т.п.), форма выражения (см. Синтаксический аспект информации), интерпретация смысла (см. Семантический аспект информации), правила приписывания различного смысла одному и тому же С. (см. Прагматический аспект информации). Общие закономерности преобразования и передачи С. изучаются теорией информации.
[ http://slovar-lopatnikov.ru/]

EN

signal
unit of information conveyed from one object to another
NOTE Messages (units of signals) may be sent in a communication network in the form of telegrams. Such messages may represent one or several signals
[IEC 61175, ed. 2.0 (2005-09)]

signal
visual, acoustic or tactile message conveying information
[IEC 60447, ed. 3.0 (2004-01)]

signal
variation of a physical quantity used to represent data
NOTE A signal is represented by one or several parameters.
[IEC 60706-5, ed. 2.0 (2007-09)]

signal
physical variable of which one or more parameters carry information about one or more variables represented by the signal
[IEC 60770-2, ed. 3.0 (2010-11)]

FR

signal
unité d'information transportée d'un objet vers un autre
NOTE Des messages (unités de signaux) peuvent être envoyés dans un réseau de communication sous la forme de télégrammes. De tels messages peuvent représenter un ou plusieurs signaux.
[IEC 61175, ed. 2.0 (2005-09)]

signal
message visuel, acoustique ou tactile véhiculant de l'information
[IEC 60447, ed. 3.0 (2004-01)]

signal
variation d’une quantité physique utilisée pour représenter des données
NOTE Un signal est représenté par un ou plusieurs paramètres.
[IEC 60706-5, ed. 2.0 (2007-09)]

signal
variable physique dont un ou plusieurs paramètres contiennent des informations sur une ou plusieurs variables représentées par le signal
[IEC 60770-2, ed. 3.0 (2010-11)]

КЛАССИФИКАЦИЯ

• По физической природой носителя информации:
  
  • электрические;
  • электромагнитные;
  • оптические;
  • акустические и др.;
• По способу задания сигнала:
  
  • регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией;
  • нерегулярные (случайные), которые принимают произвольные значения в любой момент времени.
    Для описания таких сигналов используются средства теории вероятности;
• В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют сигналы:
  
  • аналоговые:
    
    • непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией;
    • модулированные;
  • дискретные
    дискретные, описываемые функцией отсчетов, взятых в определенные моменты времени;
  • квантованные;
  • двоичные;
  • цифровые;

[ Источник с изменениями]

Тематики

• автоматизация, основные понятия
• виды (методы) и технология неразр. контроля
• контроль автоматизир. тех. состояния авиац. техники
• системы для сопряж. радиоэлектр. средств интерфейсные
• теория передачи информации
• экономика

EN

• signal

FR

• signal

сигнал (в электросвязи)
Физическая величина, одна или несколько характеристик которой могут изменяться для передачи и/или отображения информации (ОСТ 45.159-2000.1 Термины и определения (Минсвязи России)).
[ http://www.iks-media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324]

Тематики

• электросвязь, основные понятия

EN

• signal

сигнал системы управления машины
сигнал системы управления
сигнал
Определенное значение физической величины (электрического тока, давления жидкости и газа, перемещения твердого тела), которое дает информацию о положении или требуемом изменении положения исполнительного органа или какого-либо другого твердого тела машины.
[Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 99. Теория механизмов и машин. Академия наук СССР. Комитет научно-технической терминологии. 1984 г.]

Тематики

• теория механизмов и машин

Обобщающие термины

• основы теории машин

Синонимы

• сигнал
• сигнал системы управления

EN

• signal
• signal of control system
• signal of control system of a machine

FR

• signal du système de commande de machine

3.4 сигнал (signal): Воздействие на органы чувств оператора, характеризующее состояние или изменение состояния производственного оборудования. Настоящий стандарт описывает сигналы, распознаваемые органами зрения (видеодисплей), слуха (акустический индикатор) или осязания (тактильный индикатор).

Источник: ГОСТ Р ИСО 9355-2-2009: Эргономические требования к проектированию дисплеев и механизмов управления. Часть 2. Дисплеи оригинал документа

СИГНАЛЫ^*

7. Сигнал

Signal

По ГОСТ 17657-72

Источник: ГОСТ 22515-77: Связь телеграфная. Термины и определения оригинал документа

сигнал сброса магистрали
Сигнал управления, безусловно устанавливающий компоненты интерфейса в исходное состояние.
[ ГОСТ Р 50304-92 ]

Тематики

• системы для сопряж. радиоэлектр. средств интерфейсные

Обобщающие термины

• режимы и функции обмена

EN

• interface clear