DataRate – новое средство динамической визуализации данных

Человеко-машинный интерфейс (HMI – Human Machine Interface), предоставляемый SCADA-системами, отображает информацию на экране в дружественной и наглядной форме в реальном времени, делает доступными элементы управления, повышает эффективность взаимодействия диспетчера с автоматизированной системой.
В настоящее время средства человеко-машинного интерфейса для контроля, управления и анализа процессов реализуются не только в рамках SCADA-систем, но и как самостоятельный программный продукт. Такие продукты можно назвать «HMI-программами с расширенной функциональностью», так как они предоставляют не только функции операторского интерфейса, но и функции опроса данных, управления, мониторинга и диагностики технологических процессов.
«Непривязанность» HMI-программ к аппаратным средствам позволяет с успехом использовать их для отображения и управления самыми различными данными. Например, если необходимо создать в течение нескольких дней небольшую, простую систему контроля параметров, объединяющую несколько интеллектуальных датчиков, приборов или малоканальных контроллеров и компьютер. Или когда имеется устройство, поддерживающее обмен данными по технологии OPC, и нужно увидеть мнемосхемы, тренды, таблицы с динамически обновляемыми данными.
Следует отметить, что отработанные в промышленной автоматизации принципы построения операторского интерфейса и динамической визуализации данных в реальном времени применимы в решении гораздо более широкого круга задач, а возрастающая мощность вычислительных систем приводит к постепенному переводу «традиционно статичных» решений в категорию инструментов, выполняющих задачи в режиме реального времени.
Едва ли не главными критериями выбора «программных инструментов» для создания HMI-программ с расширенной функциональностью являются «прозрачность» архитектуры, единая среда разработки с простым пользовательским интерфейсом и быстрое освоение этих средств.
Эти требования легли в основу разработки пензенской компанией «КРУГ» нового ПО для быстрого создания HMI-программ с расширенной функциональностью – DataRate (www.scadadatarate.ru).
На рисунке 1 приведен пример HMI-программы, созданной в среде DataRate. Графический интерфейс пользователя включает отображение данных OPC-сервера в виде текущего значения, барграфа и тренда. Время создания и отладки HMI-программы — всего 5 минут.
В основу архитектуры DataRate  положены объектная модель, среда визуальной разработки, поддержка стандартов OPC, XML. В качестве базовой платформы в DataRate  выбрана Microsoft .NET Framework, с ее гибкостью, производительностью, надежностью и безопасностью.

Рисунок 1 – DataRate: пример отображения данных ОРС сервера – текущее значение, барграф, рядом тренд «живет».

Объектная модель DataRate  предоставляет разработчику HMI-приложений совокупность знакомых ему объектов и возможность описания взаимодействия между создаваемой системой и ее окружением (рисунок 2).

Рисунок 2 – Объектная модель DataRate 

Ядро содержит базовые объекты для создания HMI-приложений. Такими объектами являются проект, элемент проекта, тег, атрибут тега, связь и т.п. Каждый объект обладает «внешним» видом, свойствами — входами/выходами, тегами (данные с датчиков, сигналы управляющих механизмов, команды оператора и другие) и поведением (алгоритмы работы). Объекты можно соединять друг с другом — просто соединяя мышью выходы одного объекта и входы другого.
Реализована возможность повторного использования ранее созданных объектов. Любой объект можно поместить в библиотеку. После этого он станет доступен для тиражирования. При создании копии объекта из библиотеки связь с библиотекой не теряется. Любые изменения в библиотеке будут отражаться и на самом объекте (эту возможность можно отключить при необходимости). Объект, взятый из библиотеки, не статичен — ему можно добавлять новые свойства и переопределять доставшиеся в наследство. Эти изменения никак не отразятся на других объектах.
Встроенный механизм верификации проекта позволяет автоматически находить ошибки и несоответствия в настройках динамики, анимации, скриптах графических элементов создаваемого проекта.

Подсистема позволяет создавать объектно-ориентированные графические представления управляемого процесса, а операторам в интерактивном режиме контролировать и управлять процессом. Основными объектами построения графики являются графические примитивы (линия, прямоугольник и другие) с полным набором стандартных операций редактирования (таких как: изменение размера; поворот; перемещение; настройка цвета, уровня прозрачности, степени сглаживания линий, процента заливки), возможностью анимации и динамической визуализации.
Анимировать можно практически любое свойство примитива, настраивая встроенный алгоритм преобразования или используя скрипт. Встроенные алгоритмы преобразования позволяют легко настроить анимацию на основе значений переменных базы данных, собственных свойств графического примитива или свойств других примитивов.
Скриптовая подсистема DataRate построена на основе языка высокого уровня C#. Она предоставляет возможность создавать высокоэффективные алгоритмы обработки данных. Высокая скорость достигается за счет компиляции скриптов в машинные коды. Библиотека скриптов содержит большой набор заранее подготовленных алгоритмов.
«Динамика» примитивов позволяет при наступлении определенных событий связать с графическими примитивами выполнение определенных действий, например: изменить значение, открыть мнемосхему, выполнить скрипт.

Для создания HMI-приложений в области промышленной автоматизации DataRate предлагает специальные объекты и подсистемы. Для мониторинга и контроля процессов используются модуль трендирования и подсистема событий и тревог. Любой вход или выход объекта автоматизации может быть источником тренда как по изменению значения, так и с заданным периодом времени.

Рассмотрим проект узла учёта для измерения расхода воды. Сигналы с датчиков заводятся в интеллектуальный счетчик воды, который поддерживает передачу данных по OPC-технологии и производит все необходимые расчёты.
Для визуализации информации, поступающей с интеллектуального счетчика, и управления электрифицированной задвижкой используется HMI-приложение, созданное с помощью DataRate . Приложение обеспечивает отображение мнемосхемы узла учёта воды с динамической индикацией контролируемых параметров: температуры, давления и объемного расхода отпускаемой или потребляемой воды, а также обеспечивает управление задвижкой и индикацию ее состояния на входе узла учёта.
Проект HMI-приложения будет содержать следующую иерархию объектов (рисунок 3).

Рисунок 3 – Иерархия объектов проекта «Узел учета воды»

Рисунок 4 - Отладка проекта “Узел учета воды”

Источниками данных для объектов разрабатываемой системы могут служить, например, устройства связи с объектом, информационные системы или базы данных.
Коннектор — специальный объект для информационной связи с источником данных. Например, ОРС-коннектор осуществляет обмен информацией с OPC-серверами.
Экспортер — специальный объект вывода оперативной и архивной информации автоматизированной системы в формате XML или CSV.
DataRate предоставляет возможность оперативного обмена с базами данных: MS SQL Server, MS SQL Server 2005, Oracle, IBM DB2, Sybase и другими. Для этого используется объект – SQL-коннектор. Для связи с БД по технологии ОРС (БД – ОРС-сервер, DataRate – ОРС-клиент) можно использовать ОРС-коннектор. В этом случае необходимо установить и настроить соответствующий OPC-драйвер.