30 I

#6 (72), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

НАЗВАНИЕ РУБРИКИ

Достижение требуемой эффектив-ности использования производствен-ного оборудования и обеспечение возможности быстрой адаптации к новым производственным задачам неразрывно связано с применением комплексных систем мониторинга, оперативного управления и диспет-черизации, позволяющих интегри-ровать отдельные производствен-ные машины и установки в единое информационное пространство.

В условиях цифровой транс-формации промышленности сбор данных и мониторинг промыш-ленного оборудования по принци-пам промышленного «Интернета вещей» (Industrial Internet of Things, IIoT) — это базовая задача для обе-спечения полноценной прозрачности и ситуационной осведомленности (situational awareness) [1]. Наличие такой полной информации, в свою

очередь, является необходимой предпосылкой для эффективного оперативного (в т. ч. удаленного) и стратегического управления целе-выми производственными объекта-ми и процессами.

Рассмотрим возможности при-менения в указанном классе задач SCADA-системы SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA) — платформы для создания комплекс-ных систем мониторинга производ-ственных линий, анализа и контроля эффективности работы оборудова-ния, оперативного управления и дис-петчеризации производственных процессов [2] — на примере реали-зации стандарта OMAC PackML.

ИСТОКИ ПРОБЛЕМЫКогда-то давно, на заре эпохи авто-

матизации и дигитализации, произ-водственные машины, выпускаемые

разными производителями, переда-вали информацию по собственным протоколам и имели несовместимые форматы и структуры данных. Это вносило сумятицу в умы програм-мистов, занимавшихся промышлен-ной автоматизацией и интеграцией разно родного оборудования в еди-ные системы управления, которым приходилось каждый раз «изобретать велосипед», придумывая, каким обра-зом собрать и отобразить информа-цию о состоянии каждой машины — особенно в случае наличия в парке машин различных производителей (и разных поколений). Производство, в свою очередь, не могло получить сводную и актуальную информацию о загрузке оборудования, причинах простоев, фактическом техническом состоянии, необходимости обслу-живания и много других важных и полезных данных, требующихся

МОНИТОРИНГ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЛИНИЙ С SIMATIC WinCC OPEN ARCHITECTUREАЛЕКСАНДР КОСМИНАНДРЕЙ СЕРОВСЕРГЕЙ СОЛОВЬЁВ, К. Т. Н.

В статье приведено описание возможностей применения SCADA-системы SIMATIC WinCC Open Architecture как единой платформы для создания комплексных систем мониторинга производственных линий, анализа и контроля эффективности работы оборудования, оперативного управления и диспетчеризации производственных процессов. Также дан пример реализации средствами WinCC OA стандарта OMAC PackML.

I 31

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #6 (72), 2017

ЧЕЛОВЕКОМАШИННЫЙ ИНТЕРФЕЙС

для того, чтобы принимать свое-временные и адекватные решения по управлению и оптимизации про-изводственных процессов.

ПЕРВЫЙ ШАГ СТАНДАРТИЗАЦИЯ

Стандартизация, проверенный метод упорядочения хаоса, при-несла свои плоды и в области про-мышленной автоматизации. В част-ности, был разработан стандарт для управления упаковочными маши-нами PackML (Packaging Machine Language), основанный на стандарте управления периодическими (рецеп-турными) процессами ANSI/ISA S88. PackML развивается Организа-цией по автоматизации и управле-нию машинами (Organization for Machine Automation and Control, OMAC) и поддерживается прак-тически всеми производителями различного промышленного обо-рудования (не только упаковочных машин, но и машин розлива, и др.), а также крупными производствен-ными корпорациями, такими как Douglas, PEPSICO, Procter&Gamble, SAB, Boeing и т. д. Данный стандарт определяет промышленные шины, языки программирования, комму-никационные протоколы между машинами, форматы передаваемой информации, способы ее представ-ления и многое другое. Компания Siemens также не стояла в стороне и разработала на базе этого стан-дарта концепцию OPL (Optimized Packaging Line) — комплексный под-ход к интеграции различного упа-ковочного оборудования в единую систему. В частности, концепция OPL определяет, как должен выгля-деть интерфейс состояния машины, что означает тот или иной цвет, как должна отображаться на экране оператора информация о статусах оборудования, энергопотреблении, количестве ошибок машины, произ-водительности, основных уставках, скорости, проценте загрузки, тре-вогах, передаваемых блоках данных и системе тегов в SCADA-системе и т. д.

ГОТОВОЕ РЕШЕНИЕ WINCC OA

К неотъемлемым чертам совре-менной SCADA-системы относятся высокая производительность, воз-можность работы на различных аппаратных и программных плат-

формах, наличие большого количе-ства драйверов, библиотек и функ-циональных пакетов расширения (таких как аналитика, ГИС, видео и др.), поддержка резервирования и технологий обеспечения безопас-ности и т. п. Но система может счи-таться действительно эффективной только тогда, когда на ее базе мож-но легко создавать собственные отраслевые библиотеки и типовые решения, которые упрощают вне-дрение существующих и вводимых стандартов. Такой является откры-тая кроссплатформенная SCADA-система WinCC OA, постоянно развивающаяся и пополняющаяся новыми отраслевыми библиотека-ми. Не так давно арсенал функцио-нальных возможностей WinCC OA расширился библиотекой для авто-матизации в соответствии со стан-дартом OMAC/OPL, разработанной российским Центром компетенций по WinCC OA компании Siemens.

Благодаря сквозному объектно-ориентированному подходу, исполь-зуемому в системе WinCC OA, мож-но создавать структуры данных, характеризующих образ конкрет-ного физического устройства или процесса, и их графические пред-ставления, с определением для каж-дого элемента точки данных (тега) свойств и действий в его отношении. Как для структур данных, так и для графических объектов поддержи-ваются типизация и наследование, за счет чего можно реализовать про-извольные иерархические структуры данных.

Эти принципы и механизмы были использованы и при создании библи-

отеки OMAC/OPL на базе WinCC OA. Специальные блоки библиоте-ки отражают структуру и форматы системы обмена данными в соответ-ствии со стандартом OMAC, включая такую информацию, как:

текущая производительность;• проектная производительность;• тип продукта;• статус CIP-мойки;• время работы;• время простоя;• типы простоя;• ошибки;• энергопотребление;• расход различных сред;• специфические технические пока-• затели, свойственные соответ-ствующему типу оборудования.

Для отображения данных о рабо-те оборудования в библиотеке реа-лизованы различные графические шаблоны (в краткой и расширенной форме). Принцип формирования визуального представления состоит в том, что оператор в итоге должен иметь возможность, бегло взглянув на экран, быстро оценить статус обо-рудования и считать всю ключевую информацию о его работе. В случае использования библиотек OMAC/OPL система отображения полностью унифицирована, независимо от типа контролируемого производственного оборудования. Соответственно, при интеграции новых линий и машин оперативному персоналу не придет-ся каждый раз привыкать к новому способу отображения различных статусов.

В качестве иллюстрации возмож-ностей визуального представления приведем несколько примеров опера-

SCADA-система SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA) входит в семейство продуктов SIMATIC HMI и разработана для применения в приложениях, требующих гибкой и адаптивной платформы для решения индивидуальных задач клиента, а также в больших или сложных проектах, которые предъявляют специфические требования к функциональности и архитектуре системы. При этом WinCC OA позволяет обрабатывать большие объемы данных в конфигурациях с существенными ограничениями на аппаратные ресурсы. Благодаря гибкой концепции построения WinCC OA находит применение практически во всех отраслях промышленности и на самых разных инфраструктурных объектах — от систем управления движением, сетей водо- и газоснабжения, нефтепроводов и до Европейского центра ядерных исследований. Кроме того, имеется возможность выпуска и распространения продуктов / решений на основе WinCC OA, ориентированных на отраслевые или корпоративные приложения, под собственной торговой маркой (brand labeling).

32 I

#6 (72), 2017 CONTROL ENGINEERING РОССИЯ

ЧЕЛОВЕКОМАШИННЫЙ ИНТЕРФЕЙС

торских экранов для линии розлива, выполненных на основе рассматри-ваемой библиотеки.1. О б з о р н а я э к р а н н а я ф о р м а

с отображением мнемосхе-мы цеха упаковочной линии и общими элементами контроля пользовательского интерфейса (рис. 1). Мнемосхема содержит динамические графические эле-менты с заданной функциональ-ностью, выполненные по стандар-ту OMAC.

2. Часть экранной формы для ото-бражения состояния отдельных

агрегатов определенной функцио-нальной группы (рис. 2).

3. Часть экранной формы, ото-бражающей компактное пред-ставление нескольких агрегатов (рис. 3).

4. Обзорная экранная форма с ото-бражением мнемосхемы цеха упа-ковочной линии и общими элементами контроля пользова-тельского интерфейса (рис. 4). Содержит демонстрационную графическую подоснову, описы-вающую текущий производствен-ный процесс.

РИС. 1. Обзорная экранная

форма: мнемосхема цеха упаковочной линии и общие элементы

контроля пользовательского

интерфейса

РИС. 2. Отображение состояния

отдельных агрегатов определенной

функциональной группы

КЛЮЧЕВЫЕ ОСОБЕННОСТИ SIMATIC WINCC OPEN ARCHITECTURE:· объектно-

ориентированный подход к инжинирингу;

· возможность создания распределенных систем с поддержкой до 2048 серверов;

· масштабируемость — от одиночной системы до распределенных резервированных высокопроизводительных систем, обрабатывающих более чем 10 млн сигналов ввода/вывода;

· платформенно-независимая система — поддержка ОС Windows, Linux, iOS и Android;

· горячее резервирование и резервирование по схеме 2×2 (резервирование центра управления);

· наличие пакетов расширения базовой функциональности (ГИС, видео, аналитика, рецептурное управление и др.);

· платформа для разработки индивидуальных и специализированных решений;

· широкий спектр поддерживаемых протоколов обмена данными: SIMATIC S7 Plus, SIMATIC S7, XML, OPC, OPC UA, TCP/IP, Modbus, IEC 60870-5-101/104, DNP3, IEC 61850, IEC 61400, Ethernet/IP, S-Bus и др.

I 33

CONTROL ENGINEERING РОССИЯ #6 (72), 2017

ЧЕЛОВЕКОМАШИННЫЙ ИНТЕРФЕЙС

ПЕРСПЕКТИВЫУказанные выше технические осо-

бенности и преимущества в совокуп-ности позволяют применять систе-му WinCC OA для сбора различных показателей о работе оборудования как в рамках одного завода, так и для распределенных в мировом масшта-бе производств, строить на осно-ве собранных данных OEE-отчеты о работе оборудования и быстро при-нимать решения по управлению.

Поскольку в систему можно легко интегрировать больше 10 млн сиг-налов от оборудования, что с успе-хом было опробовано на Большом адронном коллайдере, применение WinCC OA может дать хороший задел для сбора информации о рабо-те оборудования даже за пределами Земли. Можно сказать, что данная система готова к человеческой экс-пансии в Солнечной системе. Благо-даря событийно-ориентированной записи данных и поддержке системой WinCC OA востребованных клиент-ских устройств стандарт OMAC/OPL позволяет без потерь собирать дан-ные с линий розлива, установленных в самых отдаленных уголках систе-мы, делать OEE-отчеты и служить опорой для устойчивого экономиче-ского роста даже в условиях космоса. И на Венере, и на Международной космической станции пользователю будет доступна достоверная и пол-ная информация обо всех событиях. С помощью WinCC OA можно будет все учесть и принять единственно верное решение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕДля создания систем оператив-

ного диспетчерского управления производственными процессами требуется применять эффективные высокопроизводительные платфор-мы и специализированные отрас-левые библиотеки. SCADA-система WinCC OA и библиотека OMAC/OPL — решение выбора для построе-ния современных масштабируемых систем мониторинга производствен-ных линий, анализа и контроля эффективности и диспетчеризации работы оборудования.

ЛИТЕРАТУРА1. Соловьев С. Ю. Дигитализация с SIMATIC WinCC Open

Architecture: настоящее и будущее // ИСУП. 2017. № 3 (69).

2. Соловьев С., Серов А. Современные технологии

удаленного доступа в SCADA-системах на примере

WinCC OA // Control Engineering Россия. 2016. № 6 (66).

РИС. 3. Компактное представление нескольких агрегатов

РИС. 4. Обзорная экранная форма: описание текущего производственного процесса

КЛИЕНТСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ WINCC OA:· клиент для настольных ПК Desktop UI — компактное

кроссплатформенное приложение, установочный пакет для которого можно загрузить по ссылке с веб-страницы;

· мобильный клиент Mobile UI для смартфонов и планшетов на базе ОС iOS и Android;

· ультралегкий веб-клиент ULC UX на основе технологии HTML5 (для браузеров EDGE, Internet Explorer, Chrome, Firefox).

Имеется единый инструмент управления устройствами на базе Desktop UI и Mobile UI. Для удаленного мониторинга и управления через Интернет / Intranet предусмотрено приложение WinCC OA OPERATOR для устройств на базе iOS.