Операторская панель

Операторская панель (Операторная панель, жарг. Панель или англ. HMI, также устар. Пульт оператора) — специализированное вычислительное устройство массового (либо крупносерийного) производства, реализованное в виде промышленного контроллера (а не компьютера), широко использующее человеко-машинный интерфейс для управления операторами отдельными автоматизированными устройствами или целыми технологическими процессами в составе АСУ ТП в рамках промышленной автоматизации.

Конструкция

Операторская панель обычно представляет собой конструкцию, имеющую плоскую переднюю часть с дисплеем и/или органами управления, защищённую от негативного воздействия окружающей (агрессивной) среды и механического воздействия. Как правило, панель имеет небольшую глубину, что позволяет удобно разместить её на панели управления, пульте оператора, или на дверце шкафа, содержащего устройства автоматизации.

Внутреннее устройство панели в общих чертах аналогично устройству промышленного компьютера, с поправкой на особенности эксплуатации, применяемых в промышленности.

Типовая операторская панель имеет:

средства отображения информации: современная, как правило, в виде сенсорного текстового или графического экрана; ранее применялись всевозможные электронные индикаторы: электронные табло и группы ламп/светодиодов, позднее — ЖК-дисплеи;
технические средства, обеспечивающие выбор и ввод данных, а также навигацию по экранам: клавиатура, кнопки, сенсорный экран, встроенный или подключаемый джойстик или манипулятор;
интерфейсы связи, для осуществления обмена данными с другим оборудованием и системами (обычно посредством промышленной сети). Например, RS-232, RS-422, RS-485, Ethernet.
для хранения операционной системы, программ управления объектом и поддержки проекта, имеется энергозависимая (ОЗУ) и энергонезависимая (например, флеш-память) память.

Функциональность

Типовая панель предоставляет пользователю следующую функциональность:

Визуализация технологического процесса (или объекта) и его параметров в текстовом или графическом виде;
Управление и обработка аварийных сообщений и уведомлений с регистрацией времени и даты их возникновения;
Ввод параметров процесса и оперативное управление с помощью функциональных кнопок или сенсорного экрана;
Обмен данными со смежным оборудованием и системами;
Возможность выбора загруженных рецептов и их редактирование;
Ограничение доступа пользователей к некоторым функциям системы и администрирование прав пользователей;
Отображение диаграмм и трендов, отображение сводных отчетов;
Архивирование данных процесса;
Выполнение команд по расписанию;
Печать необходимой информации.

В графическом режиме визуализация процесса происходит с помощью интерактивных мнемосхем или пиктограмм. В текстовом режиме процесс отображается в виде символьных данных. Очевидно, что текстовый формат представления данных не достаточно нагляден и информативен, поэтому текстовые панели используются только в малых системах автоматизации, где не требуется постоянный мониторинг процесса со стороны обслуживающего персонала.

Состав

Зачастую в системах автоматизации операторские панели не производят управление процессами, а выполняют функции пульта управления. Для получения данных о процессе, они осуществляют обмен информации с промышленными контроллерами и другим оборудованием (например, SCADA-системой), который осуществляется посредством промышленной сети. Операторские панели, как правило, могут получать данные от нескольких контроллеров одновременно. Они могут быть как одного, так и различных производителей.

Операторская панель служит для запуска и останова оборудования, выбора режимов работы, введения новых рецептур, наблюдения за ходом процесса, отображения сообщений о неполадках и авариях, архивации и протоколирования данных технологического процесса.

В паре «контроллер — панель» контроллер должен обеспечивать автоматическое управление технологическим оборудованием без вмешательства оператора и операторской панели.

Операторские панели могут быть интегрированы в системы управления более высокого уровня (АСУ ТП или АСУП), предоставляя им необходимые данные и получая от них данные для управления технологическим процессом. Часто эта связь производится через интерфейс Industrial Ethernet и локальную сеть предприятия.

Пример отображения мнемосхемы на операторской панели
Мнемосхема производственного участка, отображаемая на экране панели.
Мнемосхема отдельного оборудования (лифтового подъёмника).
Список команд для работы отдельного оборудования или механизма.

Аппаратное обеспечение

Аппаратная архитектура панели устроена по подобию обычных персональных компьютеров, только вместо жесткого диска используется Flash-память. Типовая панель состоит из следующих аппаратных компонентов: 32-разрядный RISC-процессор; оперативная память SDRAM небольшого объёма; встроенная Flash-EEPROM-память для хранения ОС и накопления пользовательских данных; различные слоты расширения и интерфейсы для подключения программатора и/или сети передачи данных.

По степени возрастания сложности, панели можно условно расположить в следующем виде:

Кнопочная панель — управление осуществляется при помощи физических кнопок, а отображение информации в виде индикаторов, либо ЖК-дисплея.
Текстовый дисплей — операторская панель с отображением информации в виде текста или мнемосхем. В зависимости от типа и сложности устройства, программа может храниться и выполняться как в самой панели оператора, так и в промышленном контроллере.
Графическая панель — операторская панель с графическим дисплеем.
Сенсорная панель — операторская панель с сенсорным (чувствительным к нажатию) дисплеем. Обычно не имеет кнопок. Может быть как текстовой, так и графической.
Панельный промышленный компьютер (Панельный ПК, англ. Panel PC) — по своему внутреннему устройству и производительности максимально приближен к современным персональным компьютерам, но часто обладает специальными интерфейсами для подключения промышленных сетей, а также высокую степень защиты от неблагоприятных условий (влажности, ударов, вибрации и т. д.).

Программное обеспечение

Базовое программное обеспечение панелей оператора включает:

операционную систему «открытую» для стороннего программиста — например, один из вариантов Windows CE, Android, iOS или Linux
прошивку (англ. firmware) — операционную систему от производителя устройства, не имеющую возможности адаптации или модификации под другой вариант (даже схожий) использования
программное обеспечение для разработки проектов визуализации, которые, как правило, поставляются изготовителями операторских панелей

Характеристики

Можно выделить следующие важные характеристики панелей оператора:

Тип и размер экрана. Экран может быть разного разрешения: как миниатюрного — 128x128, так и довольно большого — 1024x768 или больше. Экран может быть как монохромным, так и цветным, причём количество отображаемых цветов может варьироваться в диапазоне от 2 (монохромные панели) до более 16 млн (24 бит). Параметры отображения влияют на удобство восприятия информации и утомляемость обслуживающего персонала.
Организация управления. Тут вариантов отнюдь немного: или с помощью прозрачного сенсорного экрана (емкостного или резистивного) или с помощью функциональных кнопок и манипуляторов, расположенных на фронтальной стороне. Возможен и комбинированный вариант — например к экрану, обрабатывающему команду программно добавляется кнопка аварийного останова процесса, действующая на уровне электрической схемы.
Количество интегрированных сетевых интерфейсов и поддерживаемых протоколов связи (зависит только от программного обеспечения, устанавливаемого производителем). Современные панели имеют встроенную поддержку сразу нескольких коммуникационных протоколов, например, Modbus RTU/TCP, Profibus DP и/или Industrial Ethernet, которые можно настроить на одном или нескольких интегрированных сетевых интерфейсах.
Степень защиты. Для фронтальной части это, как правило, IP65, для остальной части корпуса — IP20. Но бывают панели оператора со степенями защиты IP67 со всех сторон. Как правило, наибольшее значение имеет степень защиты именно фронтальной части, что связано с особенностью монтажа.
Быстродействие процессора и объём встроенной Flash-памяти. Эти характеристики определяют максимальный объём прикладной программы визуализации и скорость обработки информации.
Тип сенсорной матрицы. От данного параметра зависит точность позиционирования курсора на экране, а также время отклика экрана на нажатие.