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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
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Aufgabe
Informations-Aufgaben-Produkt Dekomposition (Urbas et al. i.V.)
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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
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Einordnung der Bedienbildgenerierung
• NA35 (Abwicklung von PLT-Projekten)
Automatisierung der Bedienbildgenerierung
• Industrieprojekt mit SIEMENS “MIM-G” (auto-HMI)
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Aufgabe
Bedienfließbild (Urbas et al. 2011, Doherr et al. 2011, Obst et al. 2012)
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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
Welche Teilaufgaben können effektiv automatisiert werden?
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Aufgabenstruktur
Bedienhierarchie
Navigationskonzept
Prozessstruktur
Grafische Darstellung
Kommunikation &
Verhalten
„MIM-G soll demonstrieren, dass wesentliche Arbeitsschritte der Prozessbedienbilderstellung automatisiert werden können.“
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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.“
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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
Regelhafte Beschreibung der M2M-Transformation: Auswahl der Elemente
17.06.2014 CAE-PA 10 - autoHMI Folie 22
HMIjHMIiHMIjPIDiPIDPIDPID
HMIremotePIDPID
HMItaskPIDtaskPIDPID
peeeepathpp
p
iii
i
eEeEee
e
,,,,
,
,),(:
gRohrleitunAuswahl
:
ation InstrumentAuswahl
)class(:
Equipment Auswahl
M2M-Transformation –Anreicherungsprozesse (Urbas, Doherr 2011)
17.06.2014 CAE-PA 10 - autoHMI Folie 23
- 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
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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
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XML
Connectors
CAEX- Objektstruktur
(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,
…)
17.06.2014 CAE-PA 10 - autoHMI Folie 26
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
MIM-G Design Assistent
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
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PCS 7
WinCC Execution Wizard
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
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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
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Wie sieht das in der Praxis aus?(Obst, Drumm, Doherr, Urbas 2011)
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SIMATIC PCS 7: Ergebnis Bedienbildgenerierung
Übersichtsbild
Detailbild
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Aufgabe
Configural Displays(Urbas, Stöß, Doherr 2012; Urbas, Stöß, Doherr im Druck)
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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)
FunktionaleProzesstopologie (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
Engineering von Configural Displays (Urbas, Stöß, Doherr 2012)
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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)
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Suche im Graph zur Identifikation von Messstellen
• Ergebnis der Suche nach geeigneter Instrumentierung für die KPI-Berechung der Wärmeübertrager
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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
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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.
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