5 wskazówek na temat optymalizacji ekranów interfejsów HMI oraz systemów SCADA

Fot. 1. Interfejsy HMI o wysokiej wydajności wykorzystują wiele odcieni szarości. Dzięki temu operatorowi łatwiej jest dostrzec ostrzeżenia i alarmy, wyświetlane w jasnych kolorach. | Źródło: Inductive Automation

Przy aktualizowaniu oprogramowania interfejsów operatorskich HMI oraz skomputeryzowanych systemów sterowania procesami przemysłowymi SCADA nie powinniśmy tylko zastępować starszej wersji nową. Dajmy także pracownikom zakładu większe możliwości przy obsłudze tych interfejsów oraz systemów.

Spostrzeżenia na temat interfejsów operatorskich HMI oraz systemów sterowania SCADA

  • Nowoczesne interfejsy operatorskie HMI oraz skomputeryzowane systemy sterowania procesami przemysłowymi SCADA mogą być modernizowane oraz poddawane migracji. Dzięki temu mogą one wykorzystywać zalety nowoczesnych technik zbierania i przetwarzania danych, co zwiększa ich wartość zarówno w hali fabrycznej, jak i w całym przedsiębiorstwie.
  • Modernizacja oprogramowania SCADA nie powinna polegać tylko na lepszej wyrazistości czy prostocie obsługi. Fundamentalne zasady tworzenia nowych wersji oprogramowania interfejsów HMI pozostają nadal takie same. Informacje z interfejsu HMI czy systemu SCADA po migracji powinny dostarczać użytkownikom dane kontekstowe sposób łatwo zrozumiały, a  praktyczne informacje wynikające z przetwarzania danych powinny być dostarczane we właściwym czasie.

Gdy przedsiębiorstwa planują zainstalowanie nowszych wersji oprogramowania interfejsów HMI oraz systemów SCADA, to projekty tej migracji rodzą wiele pytań. Gdzie powinniśmy zacząć? Co zachowujemy, a co odrzucamy? Które ekrany HMI wymagają przeprojektowania?

Wszystkie te pytania są ważne, jednak innym podstawowym czynnikiem jest zrozumienie tego, że aktualizacja oprogramowania HMI/SCADA może oznaczać nie tylko proste wgranie nowego oprogramowania, ale i uzyskanie nowych możliwości. Dlatego warto wykorzystać okazję do dokonania takich zmian w interfejsach HMI i systemach SCADA, które przyniosą kilka znacznych korzyści dla zakładu produkcyjnego czy przetwórczego.

Jeśli firma przemysłowa zmienia producenta oprogramowania na innego, to nie ma jednego ?łatwego przycisku?, którego naciśnięcie konwertuje wszystko. Nawet jeśli byłoby coś takiego, to idea ta nie przemawia do nikogo w realnym świecie. Jeśli użytkownik zachowuje w nowym systemie wszystkie ekrany HMI/SCADA takie same jak w starym i nie stosuje nowoczesnych zasad projektowania, to sytuacja wygląda tak, jak gdyby ktoś zakładał stare opony do nowego samochodu. Firmy przemysłowe będą funkcjonowały dalej, jednak nie tak dobrze, jak by mogły.

Jeśli firmy wykorzystują nowoczesne idee oraz technologie projektowania HMI/SCADA, mogą one uzyskiwać więcej danych, udostępniać więcej danych większej liczbie odbiorców oraz poprawiać jakość danych. Mogą one także dawać operatorom takie ekrany HMI/SCADA, które są szybsze do odczytania, co powoduje skrócenie czasu reakcji oraz ułatwienie szkolenia nowych pracowników. System SCADA nie jest już dziś tylko zwykłym systemem sterowania. Potrafi o wiele więcej niż jeszcze niedawno. Jest to dla firm szansa uzyskania nowego systemu SCADA mającego znacznie większe możliwości dostarczania wyników, które mogą mieć pokaźny wpływ na operacje realizowane w zakładzie przemysłowym.

Rys. 2. Technika projektowania responsywnego dla urządzeń mobilnych upraszcza prace projektanta systemów HMI/SCADA. Ekran interfejsu operatorskiego wystarczy zaprojektować tylko raz i może być on potem perfekcyjnie dopasowany do wszystkich urządzeń operatorów.

Standaryzowanie systemu SCADA podczas modernizacji

Podczas modernizowania systemu SCADA powszechnie pojawiającym się pytaniem jest: ?Dlaczego powinniśmy odrzucić stary system po tym, jak włożyliśmy w niego tyle wysiłku??

Podczas modernizowania systemu SCADA przedsiębiorstwo przemysłowe może zachować wiele korzyści z pracy włożonej w stary system. Praca wykonana nad starym systemem staje się fundamentem dla nowego, nie ma potrzeby zaczynania od zera. Dlatego powinniśmy wykorzystywać prace poprzednio włożone w interfejsy HMI oraz systemy SCADA jako odniesienie, co zaoszczędzi nam wiele czasu podczas migracji.

Powszechnie spotykany problem ze starymi systemami HMI/SCADA jest taki, że oryginalne struktury znaczników nie były opracowywane w optymalny sposób. Jeśli w danym zakładzie występuje taki przypadek, to firma powinna rozważyć możliwość standaryzacji podczas modernizacji. Pomyślmy o zbudowaniu właściwych obiektów, które będą mogły być używane wielokrotnie, oraz o dokonaniu standaryzacji tagów HMI/SCADA w całym przedsiębiorstwie. W ten sposób podczas porównywania dwóch podobnych zasobów (maszyn, urządzeń) z dwóch różnych zakładów przedsiębiorstwa wszystko będzie wyglądało tak samo. Ważne jest, aby zdefiniować model tagów HMI/SCADA oraz go ulepszać.

Innymi ważnymi aspektami są same dane. Dane są niezbędne dla przedsiębiorstwa, natomiast dzisiaj jest łatwiej niż kiedykolwiek przedtem udostępniać dane licznym systemom danej firmy przemysłowej. Przyjrzyjmy się dokładnie modelom tych danych, architekturze HMI/SCADA oraz sposobom przesyłania danych z hali fabrycznej do biura. Ulepszanie standaryzacji oraz wykorzystywanie obiektów tworzą pojedyncze źródło informacji opartych o dane HMI/SCADA z właściwym konspektem danych. Modernizacja może być także doskonałą okazją do dokonania przejścia na przetwarzanie danych na krawędzi sieci (edge computing) oraz prosty i lekki protokół transmisji danych MQTT, jeśli nie dokonano jeszcze tego wcześniej. Dzięki temu przejściu można udostępniać więcej danych, potencjalnie z większą szybkością transmisji. To pomaga w przesyłaniu danych do większej liczby odbiorców w całym przedsiębiorstwie. Po dokonaniu migracji nowy system HMI/SCADA ma większą wartość dla przedsiębiorstwa. Jest szczególnie ważne dla zakładów produkcyjnych czy przetwórczych, w których dokonywana jest transformacja cyfrowa.

Całościowe podejście do migracji systemu HMI/SCADA

Obecnie nie wystarczy już zainstalować interfejsy HMI w hali fabrycznej i zlecić pracownikom ich obsługę. Dziś firmy przemysłowe muszą myśleć o wszystkich ludziach, którzy potrzebują danych z hali fabrycznej oraz o tym, jak udostępniać im te dane. Firmy muszą zadać sobie pytanie: ?Kim jest grono odbiorców danych??

W zakładzie przemysłowym dane na temat realizowanych procesów są potrzebne zarówno pracownikom działu produkcji, którzy kontrolują te procesy, jak i kierownikom działu utrzymania ruchu, najwyższej kadrze zarządzającej (C-level personnel) oraz dla potrzeb biznesowych. Raporty typu dashboard oraz pewne typy danych mogą być bardzo użyteczne dla wszystkich osób zaangażowanych, dlatego uwzględnianie tego przy tworzeniu operacyjnego systemu HMI/SCADA pomoże firmom w uzyskaniu większej wartości z tego systemu. Ponadto ludzie chcą otrzymywać potrzebne dane na swoje tablety i smartfony, dlatego też firmy muszą myśleć o przesyłaniu danych na te urządzenia w optymalny sposób.

Biorąc pod uwagę te wszystkie przyczyny, ważne jest, aby zastosować całościowe podejście do przeprojektowania systemu HMI/SCADA podczas migracji i analizować potrzeby pracowników całego przedsiębiorstwa. Często przeoczonym punktem startowym przy migracji i modernizacji HMI/SCADA jest rozmowa ze wszystkimi zaangażowanymi pracownikami na temat ich potrzeb. Przykładem może być tu zapytanie operatora: ?Co chciałbyś mieć w nowym systemie? Co ci się w obecnym podoba, a co nie? Co uczyniłoby twoją pracę lepszą, szybszą i łatwiejszą??. W ten sposób budujemy nowy system HMI/SCADA na podstawie potrzeb jego przyszłych użytkowników.

Rys. 3. Ruchome wskaźniki analogowe pozwalają na umieszczenie wielu informacji na małej przestrzeni na ekranie HMI/SCADA. | Źródło: Inductive Automation

Pięć wskazówek na temat optymalizacji ekranów HMI/SCADA

Po ustaleniu potrzeb wszystkich osób zainteresowanych firma przemysłowa może skupić się na kwestiach UI (user interface; interfejs użytkownika) oraz UX (user experience; doświadczenie użytkownika). Powinniśmy pamiętać o jednej kluczowej kwestii: dane same w sobie nie są informacją, stają się nią dopiero po dodaniu kontekstu. Ważne jest, aby dodać ten kontekst podczas usuwania niepewności. Projekty i ekrany interfejsów HMI oraz systemów SCADA powinny błyskawicznie pokazywać użytkownikom ważne informacje. Pamiętajmy przy tym, że ?mniej znaczy więcej?. Poprzez uporządkowanie ekranów oraz pokazywanie na nich użytkownikom mniej objętościowej treści powodujemy, że użytkownicy będą bardziej efektywnie realizowali swoje zadania w firmie.

Oto pięć kluczowych tematów do przeanalizowania podczas modernizacji systemu HMI/SCADA:

1. Wyznaczenie struktury nawigacyjnej ekranów HMI/SCADA

W każdej aplikacji HMI/SCADA dobra nawigacja jest podstawą. Dlatego ekran powinien mieć taki układ, aby pomagał operatorom w szybkim i efektywnym uzyskiwaniu odpowiednich danych. Czy ekran ten powinien być szeroki i płytki, czy też wąski i głęboki? Pomyślmy o nagłówkach górnych ? pierwotnych i wtórnych. Czy chcemy nawigacji bocznej? Czy będziemy używać zakładek? Każda z tych opcji może okazać się idealna w zależności od złożoności potrzeb dla wyświetlaczy. Wiele z tych opcji może być wykorzystanych w połączeniu.

2. Zmniejszenie obciążenia poznawczego użytkownika w ekranach HMI/SCADA

Obciążenie poznawcze to wysiłek wymagany od użytkownika w celu uzyskania wyobrażenia sobie, jak działa system. Mózg człowieka potrafi przetworzyć jednocześnie tylko ograniczoną ilość docierających do niego informacji, dlatego interfejs powinien uwydatniać to, co jest ważne, natomiast nie podawać informacji ubocznych (zakłócających). Powinniśmy więc usunąć wizualny bałagan, zastosować estetyczne uporządkowanie i siatki oraz stosować tylko 2 lub 3 fonty albo odmiany fontów. Aby pomóc użytkownikom w szybkim przyswajaniu informacji, powinniśmy parować ikony z tekstem. Tekst powinien być wyrównany do lewej i stały pod względem stylu oraz terminologii na wszystkich kolejnych wyświetlanych ekranach. Na przykład: jeśli dwa przyciski na ekranie HMI/SCADA powodują uruchomienie takiego samego działania, to dla każdego z nich trzeba użyć tego samego określenia.

3. Utworzenie hierarchii wizualnej ekranu HMI/SCADA

Pomaga to użytkownikom w szybkim rozpoznaniu, która z wyświetlanych informacji ma największe znaczenie. Najważniejsze elementy uwydatniamy za pomocą ich wielkości, położenia, koloru oraz odizolowania.

4. Wykorzystywania wysoko wydajnych technik interfejsów HMI

Te typy konstrukcji i wyświetlaczy pomagają użytkownikowi w podejmowaniu najlepszej decyzji w najkrótszym czasie. Interfejsy HMI o wysokiej wydajności często wykorzystują raczej skalę szarości niż tradycyjną paletę jaskrawych kolorów. Jeśli jest wykorzystywana grafika płaska (dwuwymiarowa), a większość ekranów jest w kolorze szarym, to łatwiej jest skierować uwagę użytkownika na najważniejsze informacje. Przykładowo: wzrok użytkownika najszybciej pada na elementy w kolorze czerwonym lub pomarańczowym. Poza kolorem pewne techniki graficzne pomagają w kontekstualizacji danych dla użytkownika. Techniki te to wykresy typu sparkline, ruchome wskaźniki analogowe (moving analogue indicators) oraz wykresy radarowe.

5. Wykorzystanie urządzeń mobilnych dla celów HMI/SCADA

W dzisiejszych czasach każdy oczekuje otrzymywania danych na swój smartfon czy tablet. Dzięki technice projektowania responsywnego dla urządzeń mobilnych (ang. mobile-responsive design) firmy mogą tworzyć ekrany tylko raz. Wielkość i format tych ekranów może być następnie perfekcyjnie dopasowywana do każdego używanego urządzenia. Smartfony i tablety mają także potężne możliwości, które mogą być wykorzystane dla celów HMI/SCADA. Możliwości te zapewniają: odbiornik GPS, aparat fotograficzny i kamera, moduł Bluetooth LE i NFC oraz inne. Ponadto użytkownicy mogą wykorzystać aplikacje typu ?tylko do odczytu?, działające w chmurze.

Rys. 4. Przeprojektowany ekran HMI/SCADA (po prawej) umożliwia operatorowi uzyskanie wyraźniejszego obrazu interesującego go obszaru w krótszym czasie. | Źródło: Inductive Automation

Nowe możliwości systemu SCADA po modernizacji

Gdy system SCADA w przedsiębiorstwie przemysłowym uległ ewolucji, to dane przepływające przez interfejsy operatorskie oraz system sterowania są teraz dostępne dla znacznie większego kręgu odbiorców. Dzięki temu więcej osób może podejmować decyzje na podstawie danych. Firmy zamierzające zmodernizować swój system HMI/SCADA powinny uwzględnić w tej kwestii potrzeby użytkowników oraz możliwość wdrożenia najnowszych technologii, tak aby więcej danych docierało do większej liczby osób. Wykorzystanie tej okazji pozwoli na usunięcie wad starego systemu HMI/SCADA oraz posiadanie nowego, spełniającego obecne potrzeby i wymagania. Jeśli firma chce kupić nowy samochód, to niech kupi go także z nowymi oponami. Samochód ten będzie szybszy i zajedzie dalej.

Travis Cox, wicedyrektor ds. inżynierii sprzedaży w firmie Inductive Automation