Концепция TIA Portal

 

О.Г. Барашко

 

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОИЗВОДСТВОМ

 

 

Целью лабораторного практикума является получение навыков работы с широко распространенной системой автоматизированного управления TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) — интегрированная среда разработки программного обеспечения систем автоматизации технологических процессов от уровня приводов и контроллеров до уровня человеко-машинного интерфейса. Является воплощением концепции комплексной автоматизации (англ. Totally Integrated Automation) и эволюционным развитием семейства систем автоматизации Simatic компании Siemens AG.

В настоящее время затраты и качество являются решающими рычагами для повышения производительности и конкурентоспособности. Цель – сократить время от идеи до готового продукта или машины, сохраняя максимальную гибкость. Необходимо свести к минимуму расходы, сохраняя и преумножая качество. При этом особая роль отводится сохранению преемственности решений, защите инвестиций и охране окружающей среды.

Нельзя сказать, что STEP7, как основной программный продукт для программирования контроллеров SIMATIC S7, безнадежно устарел, но заложенные пятнадцать лет назад концепции уже нельзя назвать передовыми, хотя они и не утратили актуальность. Но непрерывное развитие с сохранением совместимости со старыми версиями часто приводит к чрезмерному усложнению продукта, ухудшению пользовательского интерфейса и, как следствие, к снижению производительности. Тогда назревает необходимость качественного скачка, перехода к новым пользовательским интерфейсам, новым подходам к интеграции комплексных проектов и приемам работы.

Результатом многолетних усилий и значительных инвестиций, вложенных в разработку, стал новый программный продукт, получивший название TIA Portal.

TIA Portal позволяет пользователям разрабатывать комплексные проекты систем автоматизации быстро и интуитивно, что исключает традиционные затраты времени и средств на интеграцию отдельных программных пакетов.

TIA Portal обеспечивает поддержку функций навигации проектов, единой концепции использования библиотек, централизованного управления данными и обеспечения их полной согласованности, диагностики и множества других функций. Например все устройства и сети в любой системе автоматизации теперь могут быть сконфигурированы с помощью единого редактора устройств и сетей.

Первая версия TIA Portal получила номер 11, как бы подчеркивая, что был сделан гигантский шаг в развитии по сравнению с прошлым поколением. В нем, как в единой программной платформе, удалось объединить все, что необходимо для работы со всеми компонентами автоматизации Siemens на всех этапах работы с проектом. Разработка проектов для контроллеров и устройств распределенного ввода/вывода, конфигурирование систем человекомашинного интерфейса и SCADA-систем, параметрирование сетевых компонентов и модулей связи, отладка программных алгоритмов управления, а также ввод в эксплуатацию приводов – все это объединено в общую структуру программного обеспечения и имеет унифицированный пользовательский интерфейс. Это не только ускоряет работу, но и позволяет создавать прозрачные решения, которые просты в обслуживании и диагностике, могут быть легко расширены или трансформированы.

Во главу угла продукта TIA Portal поставлена простота использования продукта. Принципиально новый пользовательский интерфейс призван облегчить пользователю работу с платформой, а его унификация и стандартизация упрощают работу с разнообразным оборудованием. Это новое слово в разработке программного обеспечения. Основной упор сделан на наглядность, интуитивную понятность и отсутствие многократно вложенных структур. Первый экран предлагает пользователю выбор доступных компонентов, как бы спрашивая «с чем будем работать?». Можно сразу перейти к параметрированию оборудования, написанию программ или разработке графических объектов человекомашинного интерфейса. Если задействован дополнительный инструментарий, например для параметризации приводов, он также появляется на «портальной» странице. При этом весь проект рассматривается как единое целое, а обработка отдельных функций проекта производится соответствующим инструментом. Можно, наоборот, переключиться в «проектный» вид, где представлена детализация и уже в зависимости от решаемой задачи выбирать инструментарий.

Совершенно по-новому в TIA Portal выглядит конфигуратор оборудования. Первое, что бросается в глаза, это фотореалистичное представление компонентов. Составленная конфигурация выглядит очень реалистично. Однако это не главное новшество. Изменился подход к параметризации оборудования. Все характеристики находятся не во вложенных меню, а расположены в дополнительных окнах на рабочем столе. Выбор набора характеристик осуществляется выбором объекта, к которому они привязаны. Например, выделив ЦПУ, мы получим доступ к общим настройкам процессора. Кликнув мышкой по его сетевому интерфейсу – работаем с конкретными характеристиками встроенных портов связи. Очень логичная, наглядная и простая схема. Наряду с графической, сохранилась «древовидная» структура представления параметров. Такой подход гармонично дополняет графический интерфейс в случаях, когда параметров много и окно получается большим и «неохватным».

Точно так же представлена сетевая структура проекта – центральный общий план и окна с параметрами выбранных сетей и интерфейсов. Сбоку расположено отдельное окно со справочной информацией, заказные номера, технические характеристики, краткое описание выделенного объекта.

Здесь все на виду – даже неактивные функции всегда перед глазами и легко доступны, достаточно кликнуть мышкой на ярлык – и нужное окно выходит наверх. Разумеется, присутствует чрезвычайно гибкий механизм управления окнами, их трансформацией. Можно перемещать, менять размеры, скрывать, прикреплять окна. Есть очень интересная функция автоматического сворачивания вспомогательных окон. Когда окна не нужны, то они «уезжают» с экрана, оставляя ярлычки с названиями, и, как чертик из табакерки, выскакивают при наведении мышки на специальный ярлычок. Присутствует специальный элемент управления, позволяющий менять масштаб изображения в окне и просматривать положение отображаемого участка относительно полной картины.

Информативность интерфейса TIA Portal очень высокая – даже стандартный указатель мыши обладает полезными функциями. Если задержать его на каком-либо объекте, появляется контекстная подсказка, которая может иметь активные гиперссылки не только информативного характера, но и давать быстрый доступ к определенным функциям. Стандартное контекстное меню по правой кнопке открывает доступ к привычному меню. Привычные элементы интерфейса также присутствуют: сверху располагается традиционное меню с множеством вложенных пунктов, работают «горячие» сочетания клавиш, в боковом окне можно вывести «древовидное» представление объекта и всех его функций и т.д.

Работа над программой для контроллера начинается с определения переменных. В этом плане TIA Portal предоставляет широчайшие возможности. Можно пойти традиционным путем и заполнить таблицу переменных, привязав их к физическим адресам. Редактор предлагает богатый выбор возможностей в плане автозаполнения и импорта-экспорта готовых таблиц из внешних редакторов, например Excel. Можно вызвать контекстную функцию назначения переменных прямо из редактора, в момент первого обращения к переменной. Таблица переменных в этом случае формируется автоматически. Можно писать программу, пользуясь символьными переменными, не привязывая их ни к чему, редактор позволяет это делать. Появилась еще одна интересная возможность: можно зацепить переменную мышкой и «перетащить» ее на изображение модуля в аппаратном конфигураторе. Привязка и заполнение таблицы переменных в этом случае также произойдет автоматически. Наглядность этого действия действительно потрясающая: если попытаться использовать физические адреса напрямую, то редактор все равно присвоит символьные имена по собственному разумению.

TIA Portal предлагает следующие преимущества. Первое – это интерфейс. Он оптимизирован для быстрого выбора и комбинирования необходимых компонентов и функций. Хотя возможность прямого ввода команд сохраняется, работа мышью оказывается гораздо производительнее. Это объясняется продуманной иерархией компонентов и минимизацией глубины вложения. Все, что может понадобиться в данный момент, расположено в одном клике мышкой. Это логичная и наглядная структура, которая не требует изучения и запоминания. Не нужно искать по меню или изучать справку в поисках «редкой» функции. Существует единый подход для совершенно различных инструментов и функций. Постоянный контроль корректности действий программиста исключает чисто человеческие ошибки и опечатки, но не препятствует сохранению проделанной работы. Просто «неправильные» места будут ярко выделены и снабжены рекомендациями по устранению проблем. Имеются контекстные подсказки и контекстное ограничение выбора, когда заведомо неприменимые операции выпадают из предлагаемого списка и не отвлекают ресурсы. Все это значительно ускоряет и упрощает работу.

Второе – единый подход ко всему многообразию решаемых задач. Нет отдельно расположенных программ, графических картинок, списков оборудования, сетевых топологий. Все это заключено в единое пространство унифицированного проекта. Это позволяет получить действительно бесшовную интеграцию различных, зачастую очень разнородных компонентов. Ярче всего это проявляется на примере работы с базой переменных проекта. Она – единая, доступна из всех задачеориентированных инструментов, и все изменения, которые вносятся, например в графическом дизайнере HMI-интерфейса, сразу отражаются во всех остальных редакторах. Это исключает ошибки ввода, избавляет от необходимости экспорта-импорта данных и позволяет вести одновременную работу с разными частями проекта.

Третье – это, безусловно, широкое использование и простая и наглядная интеграция библиотек и служебных компонентов, предлагаемых как производителем, так и создаваемых пользователем. Можно не просто сохранять куски машинного кода и функциональные блоки для дальнейшего использования. Предусмотрена возможность создавать комплексные библиотеки, содержащие композиционные элементы, состоящие из исполняемого кода для контроллеров и графических образов для устройств человекомашинного интерфейса. Можно формировать законченные технологические участки, включая компоненты сетевой инфраструктуры, контроллеры и панели оператора со всеми алгоритмами и настройками, комбинировать и интегрировать их между собой.

Какие функции реализованы и какое оборудование поддерживается? Программное обеспечение TIA Portal предназначено для решения задач комплексной автоматизации на базе контроллеров SIMATIC S7-1200/-300/-400/WinAC (включая failsafe-приложения). Поддерживается оборудование последнего и предпоследнего поколения. Для программирования этих контроллеров в TIA Portal присутствуют следующие языки: LAD, FBD, STL, SCL, GRAPH (для S7-1200 – только LAD, FBD и SCL).

HMI в TIA Portal может быть реализован на базе SIMATIC Panel 70-х, 170-х, 270-х, 370-х, KP, KT и KTP серий, а также в виде Runtime-систем на базе РС, вплоть до клиент-серверных SCADA-архи­тектур.

Существует и «легкая» версия TIA Portal, предназначенная только для программирования SIMATIC S7-1200 и «базовых» панелей оператора, ориентированных на работу с S7-1200.

Активация той или иной функциональности TIA Portal происходит установкой лицензии. Следует отметить, что стоимость лицензий была снижена по сравнению с пакетами прошлого поколения с аналогичным функционалом.

Оболочка TIA Portal (включая справочную систему) реализована на пяти европейских языках. Полноценная поддержка русского языка запланирована в версии 12, причем перевод готовится при активном участии специалистов российского подразделения Siemens.

В результате освоения лабораторного практикума студенты более углубленно должны:

– освоить основные редакторы и способ создания проекта в пакете WinCC V11, а также выполнить конфигурирование промышленного контроллера;

– изучить принципы создание взаимосвязей тегов с виртуальными приборами (тренд, шкала уровня и мультиметр);

– изучить этапы создания мнемосхемы SCADA-системы для процесса наполнения тары.

Лабораторные работы имеют сквозной характер (т. е. в последующих используются результаты предыдущих). В зависимости от конкретизации задания время выполнения каждой лабораторной варьируется от четырех до шести часов. В конце каждой лабораторной работы приведены необходимые вопросы и задания.

 

Лабораторная работа № 1. SCADA-система SIMATIC WinCC V11: основные редакторы и создание проекта

Цель работы: Освоить основные редакторы и способ создания проекта в пакете WinCC V11, а также выполнить конфигурирование промышленного контроллера