Особливості програмування панелі оператора ИП320 для використання як людино-машинного інтерфейсу

It is ИП320 possible to communicate with the operator 's panel only using the Modbus RTU protocol, according to which one Modbus case holds exactly 16 bits. Usually, each of the production parameters of the control systems has its own “bit" (for example, to transmit the status of the button is sufficient 1 bit, to transmit the value of temperature or flow - 32 bit, to transmit the text message - the number of bits, multiple of 8). Accordingly, the distribution of production parameters of control systems between Modbus-registers often has a rather confusing appearance.

Therefore, before putting the operator 's panel into operation in a specific production process, it is advisable to test it in different modes of operation, for which you can create your own SCADA-system on a personal/industrial computer and sequentially, sorting out your own control panels of the operator 's ИП320, analyze all the features of their work.

Key words: production parameter, control element, human-machine interface, operator panel, control system.

Постановка проблеми

Під час проектування систем керування (або контурів систем керування, якщо такі системи є складними) виробничими процесами в загальному випадку вирішується задача керування тими виробничими параметрами, які задають хід такого виробничого процесу. Це температура, рівень, тиск, витрати і так далі. Залежно від того, як ці виробничі параметри повинні змінюватися, використовуються ті або інші закони керування і відповідні їм засоби автоматизації. Деяка частина систем керування може працювати автономно протягом досить довгого часу: мається на увазі протягом кількох робочих змін або навіть протягом кількох днів чи тижнів. Наприклад, бойлер для підтримання температури води на заданому рівні автономно працювати може дуже довго. Але більшість сучасних систем керування (особливо ті, які мають складну будову з багатьма входами і виходами), потребують постійного (або через невеликі проміжки часу) нагляду за своєю роботою.

Для здійснення такого нагляду необхідне застосування елементів людино-машинного інтерфейсу (Human Machine Interface - HMI), і, за необхідності, їх програмування. Загалом людино-машинний інтерфейс тісно пов'язаний з ергономікою і охоплює такі поняття, як створення робочих місць, освітлення робочих місць, розміщення на робочих місцях приладів і органів керування, відтворення на робочих місцях мікроклімату і так далі. Що стосується безпосередньо систем керування виробничими процесами, то для них людино-машинний інтерфейс часто полягає у створенні дистанційного каналу керування виробничими параметрами. Такий канал передбачає використання таких засобів автоматизації, як панелі оператора, пульти керування, панельні контролери, вбудовувані комп'ютери, промислові комп'ютери і так далі.

Одним з таких засобів автоматизації є панель оператора ИП320 виробництва ТОВ «ВО ОВЕН» (м. Харків, Україна) [1; 2]. Вона являє собою монохромний рідиннокристалічний дисплей з роздільною здатністю (див. рис. 1).

Рис. 1. Схема електрична під'єднання панелі оператора ИП320

Для того щоб панель оператора ИП320 коректно працювала, її необхідно запрограмувати.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Панель оператора ИП320 підтримує два інтерфейси: RS-232 і RS-485 (див. рис. 2). З'єднатися з цими інтерфейсами можна або напряму, або за допомогою перехідника (див. рис. 3).

Рис. 2. Схема електрична під'єднання панелі оператора ИП320

Рис. 3. Зовнішній вигляд перехідника

За допомогою інтерфейсу RS-232 панель оператора ИП320 можна як програмувати, використовуючи додаток «Конфигуратор ИП320», так і здійснювати обмін даними із зовнішніми пристроями (персональними комп'ютерами, програмованими логічними контролерами, частотними перетворювачами і так далі). А за допомогою інтерфейсу RS-485 можна здійснювати лише обмін даними.

Для живлення ИП320 використовується напруга живлення (може бути нестабілізованою). Кабель для програмування ИП320 можна як виготовити самому, знаючи розташування відповідних контактів (див. рис. 1), так і використати спеціалізований кабель КС4 виробництва ОВЕН.

Для обміну даними використовується протокол Modbus RTU, причому ИП320 може функціонувати як у режимі Master, так і в режимі Slave. Швидкість обміну даними може досягати , тобто у разі максимальної кількості в регістрів «усереднена» швидкість обміну даними з одним регістром може становити до. Така швидкість дозволяє за одну секунду здійснювати передачу і прийом по протоколу Modbus RTU кількох пакетів даних, що для більшості виробничих параметрів є цілком достатнім.

Панель оператора ИП320 дозволяє на одному дисплеї формувати кілька логічних екранів і здійснювати доступ до них за допомогою відповідних кнопок, таким чином, можна послідовно контролювати значну кількість виробничих параметрів.

Постановка завдання

Завдання полягало в тому, щоб розробити власну SCADA-систему, яка б мала можливість працювати на персональному/промисловому комп'ютері і дозволяла б по протоколу Modbus RTU проводити повноцінну перевірку роботи панелі оператора ИП320. Для створення такої SCADA-системи панель оператора ИП320 має одинадцять власних елементів керування. В додатку «Конфигуратор ИП320» такі елементи мають вигляд квадратів невеликого розміру (див. рис. 4).

Рис. 4. Вигляд елементів керування панелі оператора

Зокрема, елемент «Текст» призначений для відображення на логічному екрані тексту (див. рис. 5).

Елемент «Графический текст» призначений для відображення на логічному екрані тексту різними шрифтами (див. рис. 6).

Рис. 6. Елемент «Графический текст»

Елемент «Динамический текст» призначений для відображення на логічному екрані тексту з можливістю зміни в будь-який момент часу значення цього тексту (див. рис. 7).

Рис. 7. Елемент «Динамический текст»

Елемент «Динамический графический текст» призначений для відображення на логічному екрані тексту з можливістю зміни в будь-який момент часу значення цього тексту різними шрифтами (див. рис. 8).

Рис. 8. Елемент «Динамический графический текст»

Елемент «Индикатор» призначений для відображення на логічному екрані стану певних режимів керування (наприклад, «Старт»/«Стоп», «Ручний»/«Авто- матичний», «Вперед»/«Назад» тощо) (див. рис. 9).

Рис. 9. Елемент «Индикатор»

Елемент «Картинка» призначений для відображення на логічному екрані певної графічної інформації (наприклад, зовнішнього вигляду виробничого обладнання) (див. рис. 10).

Рис. 10. Елемент «Картинка»

Елемент «Регистр» призначений для отримання доступу до регістрів ПЛК (або іншого аналогічного обладнання), які можуть підтримувати обмін даним з ИП320 по протоколу Modbus RTU (див. рис. 11).

Рис. 11. Елемент «Регистр»

Елемент «Линейка» призначений для відображення значень виробничих параметрів, які можуть бути описані аналоговими величинами (наприклад, температура, тиск, рівень, витрата тощо) (див. рис. 12).

Рис. 12. Елемент «Линейка»

Елемент «Функциональная кнопка» призначений для постановки у відповідність 8 керуючим кнопкам та 12 цифровим і функціональним кнопкам ИП320 відповідних дій (див. рис. 13).

Рис. 13. Елемент «Функциональная кнопка»

Елемент «График» призначений для відображення значень виробничих параметрів, які повільно змінюються і можуть бути описані аналоговими величинами (наприклад, температура) за певний період часу (див. рис. 14).

Рис. 14. Елемент «График»

Останній елемент «Регистры ASCII-текста» призначений для отримання доступу до регістрів ПЛК (або іншого аналогічного обладнання), які утримують ASCII-символи і можуть підтримувати обмін даними з ИП320 по протоколу Modbus RTU (див. рис. 15).

Рис. 15. Елемент «Регистры ASCII-текста»

Таким чином, панель оператора ИП320 має досить повний набір елементів керування для створення SCADA-системи.

Виклад основного матеріалу дослідження. В результаті дослідження була розроблена SCADA-система, яка складалася з панелі оператора ИП320, блока живлення БП15, автоматичного перетворювача інтерфейсів USB/RS-485 АС4 і персонального комп'ютера. Спочатку панель оператора ИП320 програмувалася за допомогою додатка «Конфигуратор ИП320». Суть такого програмування полягала в такому.

По-перше, задавався режим роботи Modbus RTU Master або Modbus RTU Slave такої панелі. Причому в режимі роботи Modbus RTU Slave задавалася ще й адреса панелі (таким чином, у промисловій мережі Modbus панель оператора ИП320 можна було однозначно визначити). По-друге, створювалися в потрібній кількості логічні екрани, на яких розміщувалися елементи керування (див. рис. 4). Основна «складність» програмування такої панелі полягала в тому, щоб коректно розподілити всі параметри, через які здійснюється обмін даними між панеллю оператора ИП320 і SCADA-системою персонального комп'ютера, в заданому діапазоні адрес Modbus-регістрів (при цьому необхідно пам'ятати, що один Modbus-регістр утримує рівно 16 біт). По-третє, на персональному комп'ютері на мові програмування C# у середовищі програмування Visual Studio 2022 була створена SCADA-система, яка дозволяла звертатися до панелі оператора ИП320 через інтерфейс RS-485 «напряму» (тобто без використання OPC-серверів), використовуючи віртуальний порт персонального комп'ютера, який було створено завдяки драйверу автоматичного перетворювача інтерфейсів USB/RS-485 АС4.

Наприклад, у разі розміщення на логічному екрані елемента «Функциональная кнопка» (див. рис. 16) і натисканні на нього зміна стану цієї кнопки по протоколу Modbus RTU передавалася у SCADA-систему персонального комп'ютера і відображалася в ній у вигляді зміни зовнішнього вигляду і кольору заданого графічного елемента.

Рис. 16. Елемент «Функциональная кнопка» на логічному екрані

Висновки

оператор visual комп'ютер

Використання SCADA-системи власної розробки, створеної за допомогою мови програмування C# у середовищі програмування Visual Studio 2022, дозволило протестувати практично всі можливості панелі оператора ИП320.

Список використаної літератури

1. ОВЕН ИП320. Панель оператора. Настанова щодо експлуатування АРАВ.421449.002 РЭ.

2. Панель оператора ИП320. Руководство пользователя. Версия документа: 9.5.30.

3. Албахари Дж. C# 9.0. Карманный справочник / Дж. Албахари, Б. Албахари. Москва : Диалектика, 2021. 256 с.

References

1. OVEN YP320. Panel operatora. Nastanova shchodo ekspluatuvannia ARAV.421449.002 RЭ [ОВЕН ИП320. Operator panel. Operating instructions АРАВ.421449.002 РЭ] [in Ukrainian].

2. Panel operatora YP320. Rukovodstvo polzovatelia. Versyia dokumenta: 9.5.30 [Operator panel ИП320. User guidance. Document version: 9.5.30] [in Ukrainian].

3. Albahari, J., & Albahari B. (2021). C# 9.0. Karmannyi spravochnyk [C# 9.0. Pocket Directory]. Moskva: Dyalektyka [in Russian].

Размещено на Allbest.ru