Обзор SIMATIC HMI SCADA WinCC V7. Часть 3

Масштабируемость, простая интеграция, защита инвестиций, опции и информационная открытость данных

• От однопользовательской системы до интернет-решений для всех отраслей и технологий
• Многопользовательская система
• Решения клиент-сервер
• Мультивендорная коммуникация с использованием OPC и
  Connectivity Pack
• Решения с резервируемыми серверами
• Открытые интерфейсы программирования
• Интернет-решения, поддержка HTML 5 для браузеров
• WinCC как “шлюз данных” для облака
• Анализ производительности и оптимизация производства
• Универсальная и централизованная архивация длительного хранения
• Прозрачная отчетность на базе Интернета
• Анализ и отчетность на безе Excel с PM-ANALYZE
• Функциональность на базе календаря и событий
• Обратная отслеживаемость для производственных процессов
• Двунаправленный информационный поток между производством и ИТ-ландшафтом

От однопользовательской системы до интернет-решений для всех отраслей и технологий

• От однопользовательской системы до высокопроизводительной многопользовательской системы для всего предприятия (возможна безопасная связь)
• Локальные клиенты, веб-решения - также независимо от платформы и браузера (повышенная эксплуатационная готовность)
• Расширение для отраслевых требований
• Высокая эксплуатационная готовность за счет концепции резервирования
• Центральная системная информация - система долгосрочного архивирования, анализа и отчетности
• Соответствует требованиям ИТ-безопасности

Масштабируемость - принцип конфигурации и функциональные задачи

Однопользовательская станция (автономная)

• Очень простая конфигурация, поскольку станции используются для работы, мониторинга и настройки одновременно.
• Для приложений с простой структурой (конфигурация) и в качестве резервируемой системы
• Подключение к контроллеру и, например, к офисной сети

Многопользовательская система (сервер-клиент)

Один сервер (многопользовательский проект)

• Технологическая коммуникация и сбор значений технологических параметров
• Архивирование сообщений и тегов процесса
• Предоставление клиентам данных контроллера и конфигурации

Клиент без проекта (соединение с сервером и использование многопользовательского проекта)

• Станция оператора технологического процесса для управления и контроля производства
• Различные варианты отображения для клиента в зависимости от задач и уровней доступа
• Состоит из одного сервера и нескольких клиентов с индивидуальными настройками
• Сервер принимает на себя ключевую роль, удаленное проектирование от клиента

Распределенная система (сервер-клиент)

Для большого количества структур и распределения задач

• Технологические задачи, например, область 1, область 2 и т. д.
• Функциональные задачи, например, архивирование, визуализация,
  сообщения, пользовательский архив и т. д.
• Распределение нагрузки

Несколько серверов (многопользовательский проект)

• Технологическая коммуникация и сбор значений технологических параметров
• Архивирование сообщений и тегов процесса
• Предоставление клиентам данных контроллера и конфигурации

Клиент с собственным проектом (загрузка пакета сервера, данных конфигурации, например, тегов, сообщений и т. д.)

• Клиенты могут получить доступ к разным серверам
• Импорт необходимой информации с сервера
• Каждый клиент настраивается индивидуально (собственный проект)
• Распределение технологических задач по серверам
• Данные процесса и архивы предоставляются сервером

Безопасная связь в системе WinCC сервер-клиент

SSL-шифрование

• Использование ключа PSK
• Настройки в оболочке SIMATIC, требование - авторизация пользователя для SIMATIC HMI
• Конфигурирование пароля с минимальной сложностью
• Связь возможна только при совпадении PSK
• Удаленная связь по умолчанию отключена

Статические соединения для связи диапазон TCP/UDP 1024 – 65535, без динамического соединения, можно настроить брандмауэр

Режим миграции

• Для апгрейдов - связь с ПК без защищенной коммуникации
• Разрешаются зашифрованные и незашифрованные соединения

Увеличение надежности функционирования системы за счет резервирования

Автоматическая синхронизация сообщений, технологических значений и пользовательских архивов

• после восстановления отказавшего сервера и
• после ошибки подключения к системам автоматизации

Онлайн-синхронизация

• внутренних сообщений,
• внутренних переменных (синхронизация тегов) и
• пользовательских архивов

Автоматическое переключение клиентов

• между резервными серверами при отказе одного из серверов
• при отказе подключения к системам автоматизации

Функция "Проверка работоспособности приложения" ("Application Health Check")

• автоматически отслеживает все важные приложения WinCC
• настройки проекта и настройки резервирования
  Общий доступ к проекту автоматически только по чтению для
  однопользовательских проектов (можно активировать в свойствах проекта)

Контроль работоспособности выполняет следующие действия после обнаружения ошибки программного обеспечения:

• Устанавливает статус сервера в системной переменной (теге) "@RedundantServerState" на "Fault".
• Подключенные клиенты переключаются на резервный сервер.
• Информирует пользователя об ошибке ПО посредством сообщения системы управления. Сообщение системы управления не может быть инициировано, если причиной сбоя является сервер сообщений.

Функция "Самодиагностика" ("SelfDiagnosis") включает в себя следующие задачи для обеспечения эксплуатационной готовности и стабильности резервируемой системы:

• Мониторинг и информирование о локальных проблемах оборудования и ПО
• Мониторинг производительности локальной системы (новые внутренние теги производительности)
• Мониторинг состояния носителя данных
• При необходимости переключение серверов

В случае неисправности выполняются следующие операции:

• Перезапуск приложений
• При необходимости состояние сервера устанавливается на "Fault" и серверы переключаются.
• В журнале создается запись.
• Появляется системное сообщение

Оперативное управление и мониторинг через Интранет/Интернет

WebNavigator (функции визуализации и управления как на локальной станции оператора)

• Расширение функций управления и мониторинга через WAN
• Без изменений существующего проекта WinCC
• Интеграция веб-пользователей в систему управления пользователями
• Безопасность системы гарантирована в любое время
• Многоязычная поддержка через веб-доступ

WebUX (удаленный доступ с пользовательским содержимым экрана)

• Доступ через Интернет, без дополнительных затрат на обслуживание
• Безопасность на основе https и SSL с использованием веб-стандартов
  (HTML5, SVG)
• Отсутствие установки на стороне клиента означает независимость от
  платформы и браузера.
• Информация SCADA через WAN с базовыми функциями WinCC
• Круглосуточный онлайн-доступ из любого места, с фокусом на мобильные устройства

WinCC / WebNavigator позволяет оператору управлять установками и контролировать их через Интернет / Интранет с такими же возможностями для отображения, управления и доступа, что и на локальной станции оператора.

• Оперативное управление и мониторинг на большом удалении с использованием до 150 станций оператора одновременно
• Оптимально адаптированные клиенты для оперативного управления и мониторинга, анализа, сервиса и диагностики
• Решения с тонкими клиентами на разных платформах (PC, локальная панель, мобильный PDA)
• Веб-клиенты и терминальные клиенты могут быть расширены в любое время
• Передача данных конфигурации для Интернета, как правило, без изменений
• Предоставление прав доступа с помощью администрирования пользователей в масштабах всего предприятия
• Высокие стандарты интернет-безопасности
• Веб-клиенты также могут использоваться как обычные станции оператора в локальной сети

Независящее от оконечного устройства решение с тонким клиентом и WebNavigator

• Решения с тонким клиентом и MS терминальной службой позволяют подключать простые PC с операционной системой Windows, защищенные локальные устройства (например, тонкий клиент SIMATIC) и мобильные клиенты (PDA - Personal Digital Assistant)
  под управлением Windows CE.
• Такие решения предъявляют низкие требования к оборудованию,
  поскольку клиенты обеспечивают только вывод на экран, а само
  приложение, то есть клиент WebNavigator, работает на терминальном
  сервере с Windows.
• Мобильные устройства могут быть подключаться различными
  способами, например, через сотовую сеть или беспроводную
  локальную сеть.

Повышение эксплуатационной готовности системы за счет серверных центров с балансировкой нагрузки

• Если одновременно требуется очень много веб-станций операторов,
  можно настроить серверные центры с несколькими веб-серверами.
• Для этого потребуется лицензия на балансировку нагрузки для
  веб-серверов.
• При балансировке нагрузки выполняется компенсация нагрузки,
  при которой вновь подключаемые веб-клиенты автоматически
  назначаются веб-серверу с самой низкой на данный момент нагрузкой.
• Все веб-серверы имеют доступ к одному и тому же проекту WinCC,
  и с каждым из них может быть согласовано до 150 веб-клиентов.
• Если назначенный веб-сервер выходит из строя, клиенты пытаются подключиться к другому веб-серверу на ферме серверов.

WinCC/WebUX предоставляет решение для оперативного управления и мониторинга системы автоматизации независимо от устройства и браузера.

В интересах безопасности процесса поддерживаются только HTTPS-соединения с сертификатами SSL.

Изображения WinCC и поддерживаемые элементы управления WinCC,
а также шаблоны (лицевые панели) отображаются в веб-браузере
в соответствии со стандартами "HTML5" и "SVG":

• Графические элементы создаются с помощью элементов SVG.
• Динамическое обновление графического изображения процесса выполняется через постоянное соединение между браузером и сервером.
• Один клиент мониторинга доступен без дополнительной оплаты при установке базовой системы в качестве WinCC/WebUX сервера.

Централизованное предоставление данных для веб-клиентов через выделенные веб-серверы.

• Для увеличения производительности всей системы, нагрузка может быть распределена по нескольким выделенным веб-серверам.
• Физическое разделение выделенного веб-сервера и сервера WinCC на разных компьютерах для увеличения безопасности.
• Работа серверов на разных станциях позволяет разделить и рабочие функции, например, обслуживание производственной установки и ИТ-подразделение.
• Выделенный веб-сервер может обеспечивать одновременный доступ к нескольким подчиненным серверам WinCC. Пользователи, выполнившие вход на выделенный веб-сервер, могут получить доступ к нескольким проектам WinCCбез необходимости входить в систему отдельно для каждого проекта.
• Выделенный веб-сервер поддерживает переключение на резервирование между двумя подчиненными серверами WinCC с WinCC Redundancy.

Конфигурация гибридных систем. В системе WinCC есть как минимум один клиент без проекта и один клиент с проектом.

• В зависимости от используемых типов и количества типов
  клиентов могут быть реализованы различные количественные
  структуры.
• Возможны гибридные системы, то есть параллельное
  использование клиентов с веб-клиентами и без них в системе
  клиент / сервер.

Открытые интерфейсы прикладного программирования для расширения системы с помощью среды инструментальных средств Open Development Kit(ODK) и IndustrialX

WinCC/ODK описывает открытые интерфейсы прикладного программирования (C-API), с помощью которых можно получить доступ к данным и функциям системы конфигурации и исполнения WinCC, а также создавать свои собственные приложения.

• Использование внутренних функций WinCCдля собственных приложений пользователя
• Доступ к данным для управления тегами и архивами (подключение внешних систем)
• Экспорт переменных, расширенные отчеты, отображение профилей температуры (y = f (x)), подсчет часов работы и запись частоты переключений узлов машины
• ODK содержит документацию по функциям WinCC API, файлы include & lib, примеры на C и C ++, а также примеры проектов.

С помощью среды инструментальных средств IndustrialX можно создавать и стандартизировать графические объекты многократного использования в технологии ActiveX.

Элементы управления IndustrialX могут быть адаптированы к конкретным отраслям для различных приложений, например, на химическом, стекольном или бумажном производстве.

Многоплатформенная коммуникация с Connectivity Pack и OPC

Доступ к базам данных WinCC через OPC или WinCC OLE DB Provider

Основные принципы OPC UA:

• унифицированный доступ
• свободный выбор платформы
• доступ через брандмауэры и через Интернет
• надежность
• безопасность

WinCC OPC UA Server для OPC UA Data Access и OPC UA Log Access и Alarms & Conditions часть WinCC Connectivity Pack

WinCC OPC UA Client для доступа к данным в качестве клиента WinCC Channel и Alarm & Conditions

WinCC Connectivity Pack предоставляет лицензированный доступ к базам данных WinCC через OPC или WinCC OLE DB Provider.

WinCC OLE DB-Provider обеспечивает доступ к архивам технологических значений и сообщений. Данные, которые хранятся в сжатом виде в базе данных, могут быть прочитаны как распакованные данные. WinCC OLE DB-Provider также предоставляет функции анализа, такие как, например, минимум и максимум для регистрируемых тегов.

Следующие интерфейсы доступны через OPC:

• OPC HDA Server - доступ к архивной системе WinCC и переключение на резервирование
• OPC XML DA Server - доступ через веб-службы к внешним / внутренним тегам WinCC и независимая от платформы связь между Windows и системами, отличными от Windows
• OPC A&E Server - доступ к системе сообщений WinCC
• OPC UA (DA, HD и A&E)

Интеграция в неоднородном окружении

• Простая интеграция и расширение с OPC UA
• Межплатформенная коммуникация через OPC UA в решении для визуализации и интерфейсы от нескольких поставщиков
• Интегрированное и безопасное решение благодаря аутентификации и шифрованию
• Дальнейшее использование значащих производственных данных в компании благодаря открытой коммуникации
• "Plug and play", простота использования, интеграция в "Configuration Studio" для обработки больших объемов данных и, как следствие, снижение стоимости проекта
• Одновременный доступ к различным серверам OPC

Анализ производительности и оптимизация производства

Локализация узких мест – увеличение производительности

Вычисление и анализ KPI с помощью WinCC / Performance Monitor.

В науке об организации и экономике производства "Ключевые показатели эффективности" (KPI) - это параметры, с помощью которых можно измерить и / или определить в рамках организации прогресс или степень достижения важных целей или критических факторов успеха.

Ключевой показатель эффективности (KPI)

Показатель используется для количественного воспроизводимого измерения величины или состояния.

Эти показатели используются для вычисления определенной степени выполнения важных факторов производства. Общая эффективность оборудования (OEE) описывает, например, фактическую эффективность машины по сравнению с теоретической эффективностью.

Регистрируя отклонения от заданного идеального состояния, можно определить самые большие источники потерь для производства.

Следовательно, для целенаправленного увеличения OEE необходимо выявить причины отклонений. Почему коэффициент использования оборудования не достигает 100% или почему 100% продукции не было произведено с заданным качеством?

Отклонения от идеального состояния демонстрируются с помощью системного сбора и анализа KPI. Это позволяет выбирать меры по оптимизации.

Общая эффективность оборудования (OEE)

OEE напрямую оценивает разницу между текущей и оптимальной производительностью.

Путем регистрации отклонения от четко определенного идеального значения, можно найти основные причины потерь на заводе.

PM-ANALYZE

• Анализ в WinCC
• Доступен мощный графический инструмент для расчета
• Локализация узких мест с помощью эффективных функций анализа
• Выявление взаимосвязей с сопоставимыми показателями
• Безопасная основа для оптимизации
• Повышение производительности и качества
• Встроенная функция отчетности

• Простой расчет сложных KPI с использованием графических правил
  вычисления
• Эксплуатационная готовность
• Показатель качества
• Уровень производительности
• OEE
• Вывод на панели, клиенты ОС, экраны WinCC… путем обратной записи в переменные (теги)
• Расширяемая интегрированная среда для пользовательских функций

Сценарий использования: PM-ANALYZE

• Анализ данных из разных источников
• Графический расчет KPI / OEE
• Отображение на планшете HTML5
• Автоматическое создание журнала

Функциональность на базе календаря и событий

Организация расписаний, автоматические стратегии уведомления и эскалации для определённых событий

"Опции календаря" в WinCC включают в себя

"WinCC/CalendarScheduler“:

• Простое и надежное планирование событий и действий по времени
• Гибкость для исключений, таких как праздники, периоды технического обслуживания и т. д.
• Удобный пользовательский интерфейс в стиле Microsoft Office
• Простая отправка важных сообщений определенной группе лиц в определенное время по электронной почте или через SMS
• Гарантированная отслеживаемость: события и действия регистрируются и отображаются в системе сообщений WinCC

"WinCC/Event Notifier“:

Обеспечивает простое управление расписанием для сотрудников, которые должны получать уведомления от автоматизированных процессов, контролируемых WinCC.
Event Notifier предоставляет пользователям простой инструмент планирования для уведомления нужного человека об аварийном состоянии в соответствии с временем дня и днем недели.

Обратная отслеживаемость для производственных процессов

Прозрачность отслеживания внесения изменений в проект или вмешательства оператора

Наблюдать за изменениями в проекте можно как с помощью WinCC/Audit,
так и с помощью более доступной опции WinCC/ChangeControl.

Здесь делается различие между редактированием проекта, при котором вносятсяизменения в базу данных WinCC, например, изменениями в системе управлении тегами или созданием группы пользователей, и изменениями, ограниченными файлами, называемыми проверкой документов.
Это касается изображений процессов, сценариев, макетов отчетов и документов для конкретных клиентов. Это означает, что все эти документы или файлы можно отслеживать на предмет изменений, промежуточные версии могут быть созданы или восстановлены с помощью функции отката изменений. В целом, мониторинг можно активировать просто, удобным для пользователя и интегрированным способом. Производители оборудования и операторы установок могут быстро и легко обнаружить (например, во время простоев установки), какие изменения были внесены в установку. Это помогает при анализе неисправностей и в конечном итоге сокращает время простоя оборудования.

Разработка проекта в соответствии с требованиями FDA

• Запись действий оператора и изменений проекта в журнале изменений
• Управление версиями проекта и контроль документов
• Соответствует требованиям Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA).
• Снижение накладных расходов на проектирование в соответствии с 21 CFR Part 11 и EU 178/2002

Визуализация процессов, анализ и распределение данных

WinCC / DataMonitor используется для отображения, анализа, обработки
и распределения текущих состояний процесса, исторических данных и
сообщений. Таким образом, с помощью DataMonitor данные процесса
WinCC можно сделать доступными для всех функциональных уровней
компании через Интернет.

WinCC / DataMonitor предлагает инструменты с доступом в Интернет,
которые поддерживают все традиционные механизмы
безопасности, такие как логин / пароль, межсетевые экраны,
шифрование и т. д.

Отображение и анализ текущих состояний процесса и исторических данных (измеренные значения, сообщения, пользовательские данные) на любом офисном ПК. Предоставляет ряд мощных функций для визуализации процесса, отчетов, анализа и дальнейшей обработки данных процесса в Excel.

Двунаправленный информационный поток между производством и ИТ-ландшафтом

Industrial Data Bridge (IDB) как отдельное приложение через системную службу или как опция в WinCC V7, со встроенным RT режимом и WinCC / Connectivity Station отвечает следующим требованиям:

• Высокопроизводительная передача отдельных данных или блоков данных
• Экономичная интеграция благодаря стандартным интерфейсам с внешними базами данных и другими приложениями

OPC UA DA Client & Server

Industrial Data Bridge в качестве самостоятельного шлюза теперь поддерживает серверы и клиентов OPC UA DA.

Интеграция производственных данных в бухгалтерские/административные функции

• Теперь данные можно отправлять непосредственно в систему управления выполнением заказов (MES) более высокого уровня с помощью IDB, благодаряинтеграции XML в качестве экспортного формата.
• С этой целью через интерфейс iDoc, используемый SAP, можно загружать файлы XML.
• Таким образом, данные процесса могут передаваться непосредственно в административные и бухгалтерские подразделения заказчика.
• Информация о рецептах, собранная в пользовательских архивах, в конце производственного цикла может использоваться для прямого выставления счетов клиенту.

Процесс обмена данными с использованием XMLфайла
(напр., SAP Idoc - intermediate document (разработка материалов)

Пример использования открытой коммуникации через объединение автоматизации и IT ландшафта

Подключение межплатформенных систем благодаря поддержке стандартизированного протокола коммуникации OPC UA

Межсистемный обмен данными … через стандартные интерфейс с использованием WinCC/IndustrialDataBridge