Automatisierte HMI Generierung · Manager R&I-Fließbilder Planungsobjekte WinCC Graphics Designer-HW-Konfig Signalliste Anlagentopologie ... •Nutzung des WinCC Dynamic Wizards

Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik

Automatisierte HMI Generierung

VL CAE-PA

SS 2014, 17.06.2014

Professur für Prozessleittechnik

Agenda

• Informations-Aufgabendekomposition in der Prozessindustrie

• Bedienbilder / HMIs

• Bedienbildgenerierung aus P&ID-Elementen

Teilmodelle, Transformationsmechanismen, Layoutoptimierung

• Messtellenauswahl für Configural Displays

Teilmodelle, Transformationsmechanismen, Suchstrategien

17.06.2014 CAE-PA 10 - autoHMI Folie 2

INFORMATIONS-AUFGABEN-PRODUKT DEKOMPOSITION


Aufgabe

Informations-Aufgaben-Produkt Dekomposition (Urbas et al. i.V.)


Überwachen,

Situation Awareness

Aktive

Fehlersuche

Parametrieren der

Prozessführung

Fehlerbeherrschung,

Fehlerbeseitigung

IBN von Mess- &

Stellgeräten

Produkt

Übersichtsbild

Anlagenbild

Bedienfließbild

Bedienpanel

VorOrt-Panel

IBN-Werkzeug (EDD, FDT, FDI)

Information (CAE)

Funktionale

Prozesstopologie (PFD)

Funktionale

Produkttopologie (P&ID)

Informationsfluss &

Verhalten (SFC, CFC)

Gerätemodell

(GSD, EDD)

Einzelsteuerfunktion

(SFC, CFC)

15 / 80

Eng / Use

80 / 15

05 / 05

sta

tionär

mobil

BEDIENBILDER



Bedienbildaufbau

VDI/VDE 3699-3


Farbcodierungen

VDI/VDE 3699-3


Darstellung von Rohrleitungen

VDI/VDE 3699-3

Hierarchie


Gestaltungsprinzipien

• Anlagenbild



• Bereichsbild



• Teilanlagen-bild / Gruppenbild



• Detailbild



Einordnung der Bedienbildgenerierung

• NA35 (Abwicklung von PLT-Projekten)

AUTOMATISIERUNG DER BEDIENBILDGENERIERUNG


Automatisierung der Bedienbildgenerierung

• Industrieprojekt mit SIEMENS “MIM-G” (auto-HMI)


Aufgabe

Bedienfließbild (Urbas et al. 2011, Doherr et al. 2011, Obst et al. 2012)


Überwachen,

Situation Awareness

Aktive

Fehlersuche

Parametrieren der

Prozessführung

Fehlerbeherrschung,

Fehlerbeseitigung

IBN von Mess- &

Stellgeräten

Produkt

Übersichtsbild

Anlagenbild

Bedienfließbild

Bedienpanel

VorOrt-Panel


Information (CAE)

Funktionale

Prozesstopologie (PFD)

Funktionale


Informationsfluss & Verhalten (SFC, CFC)

Gerätemodell

(GSD, EDD)


(SFC, CFC)

15 / 80

Eng / Use

80 / 15

05 / 05

sta

tionär

mobil

Welche Teilaufgaben können effektiv automatisiert werden?


Aufgabenstruktur

Bedienhierarchie

Navigationskonzept

Prozessstruktur

Grafische Darstellung

Kommunikation &

Verhalten

„MIM-G soll demonstrieren, dass wesentliche Arbeitsschritte der Prozessbedienbilderstellung automatisiert werden können.“


Anlagenengineering Leitsystemengineering(HMI-Entwicklungsumgebung)

Filterung und

Extraktion von

Engineeringdaten

Abstraktion

(Anreicherung)

und

Transformation

Generierung von

Prozessbedienbildern und

Anordnung von

Strukturelementen

(Symbole)

„MIM-G soll demonstrieren, dass wesentliche Arbeitsschritte der Prozessbedienbilderstellung automatisiert werden können.“


Comos PT(Anlagenengineering)

SIMATIC PCS 7 (Leitsystemengineering

SIMATIC

Manager

R&I-Fließbilder

Planungsobjekte

WinCC

Graphics Designer

-

HW-Konfig

Signalliste

Anlagentopologie

Funktionspläne

Prozessbildgestaltung

(Positionierung,

Dimensionierung,

statische Objekte )

OS-Übersetzen:

ES-Variablen

Bildhierarchie

Meldungen

Baustein-

symbole

Inhalt der Machbarkeitsuntersuchung „Generierung von

SIMATIC PCS 7- Prozessbedienbildern“

Technologische HierarchieCFC, SFC

Bedien- und Anzeigeobjekte

GMIM

BBD

M2M / M2T Transformationskette


Regelhafte Beschreibung der M2M-Transformation: Auswahl der Elemente


HMIjHMIiHMIjPIDiPIDPIDPID

HMIremotePIDPID

HMItaskPIDtaskPIDPID

peeeepathpp

p

iii

i

eEeEee

e

,,,,

,

,),(:

gRohrleitunAuswahl

:

ation InstrumentAuswahl

)class(:

Equipment Auswahl

M2M-Transformation –Anreicherungsprozesse (Urbas, Doherr 2011)


- concrete Part

PCS 7

XML

Connectors

Comos

Erzeugung

abstraktes

HMI-

Modell

aHMI

R&I-Objekte

- Namen

- Positionen

- Verbindungen

- Stromdaten

Siemens

PCS 7-COMOS

Integration

CAEX- Objektstruktur

(units)

- rollenspezifische

Eigenschaften

MIM-G Design Assistent

Erzeugung

WinCC

Steuerdatei

WCF- zeilenweise

Anweisungsliste

- Abbilden,

Platzieren,

Eigenschaften

setzen

WinCC Execution Wizard

OS-Generierung

Objekte

einlesen

Objekte

zuordnen

Objekte

erzeugen

Eigenschaften

setzen

P&ID

BBD

Mapping mit Hilfe von Templates

Systemspezifischer Lösungsansatz


P&ID

BBD

HMI Engineering im CAE-Planungswerkzeug COMOS

• Erzeugen von Bedienbildern (neue Planart)

• Platzierung der Symbole durch Polygonzug oder

aus Objektbaum

• Freies Anordnen und Verbinden auf BBD durch

neuen HMI-Verbinder (mit Referenz auf

Rohrleitung

• Zusätzliche HMI-spezifische Symbole (Trend,

Verweis)

• Anlegen eine Bedienbildstruktur


XML

Connectors


(units)

- rollenspezifische

Eigenschaften

P&ID

BBD

Filterung und Extraktion von Engineeringdaten

• Bedienbildhierarchie

• wichtige Basisdaten der Planungselemente

(Name, ID, Beschreibung, Rolle (Stammobjekt,

Instrument Typ))

• Rollenbibliotheken mit Detailinformationen der

Elemente (Apparate, Armaturen, Verbindungen,

MSR-Stellen, HMI-Symbole)

• fürs HMI irrelevante Elemente werden nicht mit

extrahiert (Handventile, Sichtgläser, T-Stück,

…)


WinCCControl File

ID OPERATION PARAMETER1 PARAMETER2

CREATPIC

CHANGEPIC

CREATE

COPY

MAP

COPYC

„Setzen von Attributen“

Erzeugung

abstraktes

HMI-

Modell

aHMI

R&I-Objekte

- Namen

- Positionen

- Verbindungen

- Stromdaten


Erzeugung

WinCC

Steuerdatei

WCF- zeilenweise

Anweisungsliste

- Abbilden,

Platzieren,

Eigenschaften

setzen

Abstraktion und Transformation

KLA_B050 COPY @@MIM-G-Templates.pdl NoSymbol Becken, allg.KLA_B050 Top VT_I4 983KLA_B050 Left VT_I4 177KLA_B050 Width VT_I4 40KLA_B050 Height VT_I4 40

KLA_E010 MAP PCS7 KLA_E010.* MembranpumpKLA_E010 COPYC @@MIM-G-Templates.pdl PumpRight MembranpumpKLA_E010 Top VT_I4 214KLA_E010 Left VT_I4 173

KLA_Z008_RL00000018 CREATE GUID Connector Rohrleitungssegment RL00000018KLA_Z008_RL00000018 TopConnectedObjectName VT_BSTR KLA_U060KLA_Z008_RL00000018 TopConnectedConnectionPointIndex VT_I4 2KLA_Z008_RL00000018 BottomConnectedObjectName VT_BSTR KLA_U100KLA_Z008_RL00000018 BottomConnectedConnectionPointIndex VT_I4


PCS 7


OS-Generierung

Objekte

einlesen

Objekte

zuordnen

Objekte

erzeugen

Eigenschaften

setzen

Generierung und Anordnung

• Nutzung des WinCC Dynamic Wizards

• sequentielle Abarbeitung des WinCC Control

Files

• Generierung der einzelnen BBD

• Einordung der BBD in den Picture Tree

entsprechend der Plannungvorlage

• Mapping und Generierung der Symbole auf den

BBD


PCS 7

XML

Connectors

Comos

Erzeugung

abstraktes

HMI-

Modell

aHMI

R&I-Objekte

- Namen

- Positionen

- Verbindungen

- Stromdaten

Siemens

PCS 7-COMOS

Integration


(units)

- rollenspezifische

Eigenschaften


Erzeugung

WinCC

Steuerdatei

WCF- zeilenweise

Anweisungsliste

- Abbilden,

Platzieren,

Eigenschaften

setzen


OS-Generierung

Objekte

einlesen

Objekte

zuordnen

Objekte

erzeugen

Eigenschaften

setzen

P&ID

BBD


Wie sieht das in der Praxis aus?(Obst, Drumm, Doherr, Urbas 2011)


CAE-PA 10 - autoHMI Folie 3117.06.2014

Comos: Fließbildentwurf

CAE-PA 10 - autoHMI Folie 32

Comos: Bedienbildentwurf – Schritt 1

17.06.2014

Comos: Bedienbildentwurf


SIMATIC PCS 7: Ergebnis OS-Übersetzen


SIMATIC PCS 7: Ergebnis Bedienbildgenerierung

Übersichtsbild

Detailbild


MESSSTELLENAUSWAHL FÜR CONFIGURAL DISPLAYS


Aufgabe

Configural Displays(Urbas, Stöß, Doherr 2012; Urbas, Stöß, Doherr im Druck)


Überwachen,

Situation Awareness

Aktive

Fehlersuche

Parametrieren der

Prozessführung

Fehlerbeherrschung,

Fehlerbeseitigung

IBN von Mess- &

Stellgeräten

Produkt

Übersichtsbild

Anlagenbild

Bedienfließbild

Bedienpanel

VorOrt-Panel


Information (CAE)

FunktionaleProzesstopologie (PFD)

Funktionale


Informationsfluss & Verhalten (SFC, CFC)

Gerätemodell

(GSD, EDD)


(SFC, CFC)

15 / 80

Eng / Use

80 / 15

05 / 05

sta

tionär

mobil

Engineering von Configural Displays (Urbas, Stöß, Doherr 2012)


Transformation der Planungsdaten in formales Prozessmodell (Urbas, Stöß, Doherr 2012)

• Ziel: Suche repräsentative Messwerte für die Informationsverdichtung im Configural Display der Prozesseinheit

• Anforderungen an Modell:

• Automatische Suche in derphysikalischen Nachbarschaft

• Abschätzung der Abweichungder Messgröße vom wahrenWert

• Lösungsansatz

• Bipartite Graphen mit eindeutigdefinierten Prozessräumen

(e.g. Qiros & Epple 2010)


Suche im Graph zur Identifikation von Messstellen

• Ergebnis der Suche nach geeigneter Instrumentierung für die KPI-Berechung der Wärmeübertrager


Vergleich Configural Display / Klassisches Bedienfließbild


Aktuelle Entwicklungen

• Engineering verteilter Prozesse Lose gekoppelte Web- und MS-Office-Technologien

– Integration von Teillösungen (package units, wiederverwendung, typicals)

– Generische Modellierung von Anlagenstruktur, Prozessen, Rezepten sowie Aufgaben/Interaktion

• Ubiquitäre Multisensor-Systeme Neue Engineering- und Visualisierungsmittel

• Integration weiterer Informationsquellen, höhere Leistungsdichte durch Automatisierung Multimodale Interaktion

– Sprachsteuerung?, Gestik?

– Virtuelle und augmentierte Realität (Beispiel Nanoproduktion)

– Mobile Interaktion


Literatur

• Wörn, Brinkschulte (2005) Echtzeitsysteme. Springer

• Timpe, Jürgensohn, Kolrep-Rometsch (2000, Hrsg.) Mensch-Maschine-Systemtechnik. Symposion.

• Urbas, L., Ziegler, J., Doherr, F. (2012). Produktergonomie in der Prozessautomatisierung. Zeitschrift für Arbeitswissenschaft 64(2-3).

• VDI 3699. Prozessführung mit Bildschirmen, Blatt 1-6. Beuth

• Urbas, L., Obst, M., Stöß, M. (2012). Formal Models for High Performance HMI Engineering. In: I. Troch, F. Breitenecker (Hrsg.) Proceeedings MathMod 2012, IFAC-online.

• Urbas, L., Obst, M., Stöß, M. (2012). Formal Models for High Performance HMI Engineering. MathMod 2012. Workshop Modelling and Model Transformation in Automation Technologies, 16.2.2012, Vienna, Austria.http://seth.asc.tuwien.ac.at/proc12/full_paper/Contribution253.pdf

• Doherr, F., Drumm, O., Franze, V., & Urbas, L. (2011). Bedienbilder auf Knopfdruck - Modellbasierte Erstellung von Fließbilddarstellungen. atp edition - Automatisierungstechnische Praxis 53(11). S. 30-39.

• Obst, M., Drumm, O., Doherr, F., Bauer, Ch., Urbas, L. (2012). Integriertes HMI-Engineering. In: Tagungsband Automation 2012, S. 227-230, VDI.

• Urbas, L. & Doherr, F. (2011). autoHMI: a model driven software engineering approach for HMIs in processindustries. In: Proceedings of IEEE International Conference on Computer Science and Automation EngineeringVol.3, S.627-631. doi:10.1109/CSAE.2011.5952755

• Urbas, L. (2012) Process Control Systems Engineering. Oldenbourg Industrieverlag

• Doherr, F., Stöß, M., Urbas, L. (2012). Automatisiertes Kommunikationsengineering. Kommunikationsstrukturen aus Planungsdaten erzeugen. atp edition - Automatisierungstechnische Praxis 54(5), S. 44-52.


http://www.mathmod.at/

http://seth.asc.tuwien.ac.at/proc12/full_paper/Contribution253.pdf

http://www.automatisierungskongress.de/

http://dx.doi.org/10.1109/CSAE.2011.5952755

Documents

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