Visualisatie in de Industriële Automatisering

Visualisatie vind binnen de Industriële Automatisering grofweg op drie verschillende manieren plaats. Hieronder staan zo opgesomd. Door op één van de manieren te drukken, komt er meer informatie.

Visualisatie met HMI

Een Human-Machine-Interface (HMI) is een apparaat waarmee mensen machines kunnen bedienen. In het industriële ontwerpveld van mens-computerinteractie is een userinterface (UI) de ruimte waar de interacties tussen mens en machine plaatsvinden. Het doel van deze interactie is om een effectieve bediening en besturing van de machine. Terwijl de machine tegelijkertijd informatie terugkoppelt die het besluitvormingsproces van de operators ondersteunt.

Met de groei van industriële HMI is er een technologische behoefte aan steeds geavanceerdere touchscreensystemen en software.

SCADA voor Visualisatie

Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) is een architectuur van een besturingssysteem die bestaat uit computers, netwerkdatacommunicatie en grafische gebruikersinterfaces (GUI) voor hoogstaand procesbewakingsbeheer. Daarnaast bevat het ook andere randapparatuur zoals Programmeerbare Logische Controllers (PLC) en discrete Proportional-Integral-Derivative (PID) regelaars om te communiceren met procesinstallaties of machines.

De operatorinterfaces die bewaking en de uitgifte van procescommando’s mogelijk maken, zoals wijzigingen in de instelpunten van de controller, worden afgehandeld via het SCADA-computersysteem. De ongeschikte operaties, bijvoorbeeld de real-time besturingslogica of controllerberekeningen worden uitgevoerd door netwerkmodules die zijn aangesloten op de veldsensoren en actuatoren.

Het SCADA-concept is ontwikkeld als een universeel middel voor externe toegang tot een verscheidenheid aan lokale besturingsmodules. Deze kunnen van verschillende fabrikanten zijn. Ze krijgen toegang door standaard automatiseringsprotocollen.

Ze kunnen grootschalige processen besturen die meerdere locaties kunnen omvatten. Ze werken over zowel grote als kleine afstanden. Het is een van de meest gebruikte soorten industriële controlesystemen. Ondanks de bezorgdheid over de kwetsbaarheid van SCADA-systemen voor aanvallen via cyberoorlogvoering en cyberterrorisme.

DCS voor Visualisatie

Een Distributed Control System (DCS) is een geautomatiseerd controlesysteem voor een proces of installatie, meestal met veel regelkringen, waarin autonome controllers over het systeem zijn verdeeld, maar er is geen toezichthoudende controle door een centrale operator.

Dit in tegenstelling tot systemen die gecentraliseerde controllers gebruiken; ofwel discrete controllers in een centrale controlekamer of binnen een centrale computer. Het DCS-concept verhoogt de betrouwbaarheid en verlaagt de installatiekosten door controlefuncties nabij de procesinstallaties te lokaliseren, met bewaken en supervisie op afstand.

Gedistribueerde controlesystemen ontstonden voor het eerst in grote, hoogwaardige, veiligheid kritische procesindustrieën en waren aantrekkelijk omdat de DCS-fabrikant zowel het lokale controleniveau als de centrale controleapparatuur zou leveren als een geïntegreerd pakket, waardoor het risico op ontwerpintegratie werd verminderd.

Tegenwoordig lijken de functies van SCADA- en DCS-systemen sterk op elkaar, maar DCS wordt meestal gebruikt in grote fabrieken voor continue processen waar hoge betrouwbaarheid en veiligheid belangrijk zijn en de controlekamer niet geografisch afgelegen is.

Ook zijn bij DCS-systemen de visualisatie en de besturing samen in één applicatie. In tegenstelling met een SCADA-systeem, waarbij deze onafhankelijk van de PLC-besturing wordt geprogrammeerd.

Enkele voorbeelden van DCS-systemen zijn;

  • ABB DCS
  • SIMATIC PCS 7
  • B&R Aprol;
  • Rockwell PlantPax;
  • Honeywell Experion LX


Verschillen tussen SCADA, DCS en HMI

SCADA en HMI zijn besturingssystemen die in bijna elke organisatie worden gebruikt. Terwijl SCADA refereert aan toezicht controle en data-acquisitie, is HMI gewoon een mens-machine-interface.

Industriële en infrastructuurprocessen worden normaal gesproken gevolgd door computers. SCADA heeft toepassingen op o.a. de volgende gebieden;

  • productie
  • stroomopwekking
  • raffinage

De controle en bewaking kan continue of discreet zijn. Zelfs facilitaire processen in installaties zoals luchthavens, treinstations, schepen en ruimtestations maken gebruik van SCADA. Om zo verschillende processen te bewaken en te besturen.

In het kort; SCADA verwijst naar monitoring en controle van toezicht in organisaties en HMI is een subset van SCADA. Een HMI is een menselijke machine-interface. Het maakt verbindingen met alle processen en presenteert deze gegevens vervolgens aan een menselijke operator. Een goede werking van HMI is van cruciaal belang voor een soepel lopende SCADA.

DCS en SCADA zijn bewakings- en besturingsmechanismen. Ze worden gebruikt in de industriële installaties om de processen en apparatuur bij te houden en te controleren. En om ervoor te zorgen dat alles soepel verloopt en geen enkele apparatuur buiten de gespecificeerde limieten werkt. Het belangrijkste verschil tussen DCS en SCADA in hun algemene ontwerp. DCS is proces georiënteerd, omdat het zich meer richt op de processen in elke stap van de bewerking. SCADA richt zich meer op het verzamelen en vergelijken van gegevens.



Webbased HMI voor Visualisatie

De conventionele HMI’s maken steeds meer plaats voor de webbased HMI’s. Denk hierbij aan webprotocollen als HTML5, CSS3 en JavaScript. Steeds meer fabrikanten bieden deze “moderne” HMI’s aan. Deze HMI’s zijn veel intuïtievere en effectievere als user interfaces. Bijvoorbeeld door het toevoegen van animaties, audio, video en Multi-touch acties.

Daarbij worden deze web-standaarden regelmatig geüpdatet, waardoor deze webbased HMI’s enkele tientallen jaren mee kunnen. Elk apparaat dat HTML5 ondersteund kan worden gebruikt voor eenzelfde HMI. Dus zolang HMTL5 wordt ondersteund kan de HMI verder draaien.



High-performance HMI?

Met de evolutie van de procesbesturing systemen is de HMI over een periode van 50 jaar geëvolueerd. Van een paneel met fysieke lampjes, schakelaars en signaleringspanelen met analoge meters en trenddisplays naar elektronische simulaties. Daarna naar naar computerinterfaces.

De HMI die nog steeds veel wordt gebruikt, is geëvolueerd van een hard paneel naar groepsdisplay. En vervolgens naar P&ID grafisch geïntegreerde frontplaten. Dit was een makkelijke oplossing. Eerst de controllers van het paneel nemen en ze in groepen op een computerscherm plaatsen. Vervolgens de live-waarden van de faceplate in een P&ID afbeelding gebruiken.

Wat we hieraan ontdekken is dat operators worstelen met trackinginformatie of overladen worden met informatie. Dat komt omdat hun grafische afbeeldingen niet op taken zijn gebaseerd en de informatie wordt verspreid door het P&ID-ontwerp.

We zien navigatieproblemen door een gebrek aan hiërarchie, waarbij alles op hetzelfde niveau is ontworpen zonder overzicht. We zien inconsistenties in het ontwerp omdat er geen structuur was voorzien in het ontwerp. Ook zien we dat operators dit probleem proberen te omzeilen door meer schermen aan te vragen.



Tips voor het design van een HMI

Niet een volledige training in design. Maar wel een interessant en nuttig document over HMI ontwerp.

Deze “enlightening read” is direct online te bekijken. Een echte aanrader voor mensen die HMI’s moeten ontwerpen.



Voorbeelden van HMI schermen