Мониторинг производственных линий с SIMATIC WinCC Open Architecture

Достижение требуемой эффективности использования производственного оборудования и обеспечение возможности быстрой адаптации к новым производственным задачам неразрывно связано с применением комплексных систем мониторинга, оперативного управления и диспетчеризации, позволяющих интегрировать отдельные производственные машины и установки в единое информационное пространство.

В условиях цифровой трансформации промышленности сбор данных и мониторинг промышленного оборудования по принципам промышленного «Интернета вещей» (Industrial Internet of Things, IIoT) — это базовая задача для обеспечения 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 целевыми производственными объектами и процессами.

Рассмотрим возможности применения в указанном классе задач SCADA-системы SIMATIC WinCC Open Architecture (WinCC OA) — платформы для создания комплексных систем мониторинга производственных линий, анализа и контроля эффективности работы оборудования, оперативного управления и диспетчеризации производственных процессов [2] — на примере реализации стандарта OMAC PackML.

Истоки проблемы

Когда-то давно, на заре эпохи автоматизации и дигитализации, производственные машины, выпускаемые разными производителями, передавали информацию по собственным протоколам и имели несовместимые форматы и структуры данных. Это вносило сумятицу в умы программистов, занимавшихся промышленной автоматизацией и интеграцией разно­родного оборудования в единые системы управления, которым приходилось каждый раз «изобретать велосипед», придумывая, каким образом собрать и отобразить информацию 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 обслуживания и много других важных и полезных данных, требующихся для того, чтобы принимать свое­временные и адекватные решения по управлению и оптимизации производственных процессов.

Первый шаг — стандартизация

Стандартизация, проверенный метод упорядочения хаоса, принесла свои плоды и в области промышленной автоматизации. В частности, был разработан стандарт для управления упаковочными машинами PackML (Packaging Machine Language), основанный на стандарте управления периодическими (рецептурными) процессами ANSI/ISA S88. PackML развивается Организацией по автоматизации и управлению машинами (Organization for Machine Automation and Control, OMAC) и поддерживается практически всеми производителями различного промышленного оборудования (не только упаковочных машин, но и машин розлива, и др.), а также крупными производственными корпорациями, такими как Douglas, PEPSICO, Procter&Gamble, SAB, Boeing и т. д. Данный стандарт определяет промышленные шины, языки программирования, коммуникационные протоколы между машинами, форматы передаваемой информации, способы ее представления и многое другое. Компания Siemens также не стояла в стороне и разработала на базе этого стандарта концепцию OPL (Optimized Packaging Line) — комплексный подход к интеграции различного упаковочного оборудования в единую систему. В частности, концепция OPL определяет, как должен выглядеть интерфейс состояния машины, что означает тот или иной цвет, как должна отображаться на экране оператора информация о статусах оборудования, энергопотреблении, количестве ошибок машины, производительности, основных уставках, скорости, проценте загрузки, тревогах, передаваемых блоках данных и системе тегов в SCADA-системе и т. д.

Готовое решение — WinCC OA

К неотъемлемым чертам современной SCADA-системы относятся высокая производительность, возможность работы на различных аппаратных и программных платформах, наличие большого количества драйверов, библиотек и функциональных пакетов расширения (таких как аналитика, ГИС, видео и др.), поддержка резервирования и технологий обеспечения безопасности и т. п. Но система может считаться действительно эффективной только тогда, когда на ее базе можно легко создавать собственные отраслевые библиотеки и типовые решения, которые упрощают внедрение существующих и вводимых стандартов. Такой является открытая кроссплатформенная SCADA-система WinCC OA, постоянно развивающаяся и пополняющаяся новыми отраслевыми библиотеками. Не так давно арсенал функциональных возможностей WinCC OA расширился библиотекой для автоматизации в соответствии со стандартом OMAC/OPL, разработанной российским Центром компетенций по WinCC OA компании Siemens.

Благодаря сквозному объектно-ориентированному подходу, используемому в системе WinCC OA, можно создавать структуры данных, характеризующих образ конкретного физического устройства или процесса, и их графические представления, с определением для каждого элемента точки данных (тега) свойств и действий в его отношении. Как для структур данных, так и для графических объектов поддерживаются типизация и наследование, за счет чего можно реализовать произвольные иерархические структуры данных.

Эти принципы и механизмы были использованы и при создании библиотеки OMAC/OPL на базе WinCC OA. Специальные блоки библиотеки отражают структуру и форматы системы обмена данными в соответствии 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 показатели, свойственные соответствующему типу оборудования.

Для отображения данных о работе оборудования в библиотеке реализованы 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 оборудования 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 придется каждый раз привыкать к новому способу отображения различных статусов.

В качестве иллюстрации возможностей визуального представления приведем несколько примеров операторских экранов для линии розлива, выполненных на основе рассматриваемой библиотеки.

Обзорная экранная форма с отображением мнемосхемы цеха упаковочной линии и общими элементами контроля пользовательского интерфейса (рис. 1).

Рис. 1. Обзорная экранная форма: мнемосхема цеха упаковочной линии и общие элементы контроля пользовательского интерфейса

Рис. 2. Отображение состояния отдельных агрегатов определенной функциональной группы