Systemy HMI/SCADA. Gdzie dziś jesteśmy?

Wprowadzanie koncepcji Przemysłu 4.0 ma istotne przełożenie na wszystkie elementy infrastruktury produkcyjnej, zarówno w warstwie sprzętowej, jak i w oprogramowaniu. Mówiąc o oprogramowaniu, należy mieć na uwadze wszystkie szczeble pozyskiwania i przetwarzania informacji. Przybliżamy temat warstwy operatorskiej, którą „okupuje” oprogramowanie klasy HMI/SCADA. Nie znaczy to, że nie doceniamy przemian, które występują niżej – w sterownikach czy wyżej – w oprogramowaniu MOM (Manufacturing Operations Management) i ERP.

Systemy HMI/SCADA są tym, na czym firma ASKOM zna się dobrze. Od początku działalności produkujemy i wdrażamy aplikacje w tej klasie oprogramowania. Nasz autorski system Asix.Evo, który rozrósł się już do platformy programowej, jest nie tylko naszym ulubionym „dzieckiem”, ale również przykładem, jak postępuje ewolucja tego typu oprogramowania.

Pierwotnie systemy HMI były jedynie interfejsem, przez który maszyny i linie produkcyjne komunikowały się z człowiekiem. Systemy SCADA w owym czasie również spełniały tylko podstawowe funkcje akwizycji danych, prezentacji ich na ekranie i wykonywania sterowań. To już przeszłość i dziś przyrównujemy te czasy do samochodów bez układów wspomagania hamulców i bez klimatyzacji. Co spowodowało ewolucję systemów HMI/SCADA? Z jednej strony dynamiczny rozwój technologii informatycznych, z drugiej zaś dążenie do poprawy jakości produktów i powtarzalności. To wymusiło konieczność zbierania dużych ilości danych, ich przetwarzania oraz interpretowania.

Szybki rozwój warstwy sprzętowej – komputerów – umożliwił stawianie kolejnych kroków na drodze ewolucji oprogramowania. Właśnie ten rozwój dał podstawę do stworzenia koncepcji Przemysłu 4.0.

Wielozadaniowa archiwizacja danych

Oprogramowanie przemysłowe w coraz większym stopniu decyduje o zapewnieniu jakości, terminowości realizacji zamówień czy optymalizacji kosztów w procesie produkcji. Bez informacji Przemysł 4.0 byłby skazany na porażkę. Szczególne zadanie przypadło systemom klasy HMI/SCADA – to jedyny łącznik między programami sterowników i programami wyższych poziomów przy jednoczesnym współdziałaniu z operatorem. W związku z tym pojawiły się nowe role i wymagania. Do dotychczasowych zadań akwizycji i archiwizacji danych doszły kolejne:

• Procesy agregacji danych i wyliczania różnego rodzaju danych analitycznych i wskaźników. Często wymagają dodatkowego działania operatora, więc to naturalne środowisko ich kalkulacji.
• Coraz bardziej skomplikowane raportowanie i udostępnianie tych raportów zainteresowanym podmiotom, zarówno ludziom, jak i oprogramowaniu.
• Monitorowanie mediów energetycznych w celu zapewnienia ich optymalnego zużycia. Dziś to nie tylko modny temat, ale wymóg techniczny i ekonomiczny. Przykładem może być moduł Asix Energy, który pozwala monitorować zużycie energii, bez względu na rodzaj medium energetycznego. Udostępnia narzędzia do raportowania, analiz porównawczych i kalkulacji wprost kosztów według standardowych lub indywidualnie zdefiniowanych taryf. Moduł powstał w odpowiedzi na oczekiwania klientów, pod czujnym okiem energetyków jednego z dużych zakładów przemysłowych. Dzięki temu stanowi bardzo użyteczne rozwiązanie, które pozwala na automatyczne budowanie narzędzi ze standardowych „klocków”.
• Kontrolowanie jakości w sensie statystycznym i bieżąca kalkulacja standardowych oraz zindywidualizowanych współczynników wydajnościowych. Odpowiadając na potrzeby rynku, firma ASKOM oferuje moduł Asix OEE. Moduł ten samoczynnie generuje aplikację kalkulującą wskaźniki oceniające proces produkcyjny oraz pozwalające planować remonty, zakupy części i dostępność wyspecjalizowanego personelu.
• Narzędzia do śledzenia produktu. Najlepszym przykładem jest podwójne skanowanie kodu na opakowaniu leku. Skaner odczytuje kod EAN do znalezienia ceny i osobno kod QR w celu identyfikacji konkretnego opakowania leku. To wynik wprowadzonego obowiązku śledzenia i dokumentowania procesu produkcji i dystrybucji leków z dokładnością do pojedynczego opakowania, tzw. serializacja. U podstaw realizacji tych wymagań stoją systemy SCADA. Asix kreował trend w tym zakresie i od ponad 20 lat ma odpowiednie narzędzia, pozwalające na recepturowanie i śledzenie produktu w celu dokumentowania historii jego produkcji. Dzięki temu każdy wyrób może mieć swój indywidualny „paszport”, pozwalający odtworzyć dowolny etap produkcji.
• Komunikacja z oprogramowaniem poziomu zarządzania produkcją MOM, zarządzania przedsiębiorstwem ERP i systemami planowania produkcji APS. W wyniku realizacji wymienionych funkcji rodzą się nowe możliwości, związane ze skojarzeniem danych o zużyciu mediów energetycznych, wyliczeniem wydajności maszyn i linii produkcyjnych czy powiązaniem z danymi o zasobach magazynowych surowców i części zamiennych. Efektem jest optymalizacja realizacji zadania produkcyjnego pod kątem kosztów, jakości i czasu. Wiedza o tym, jakie koszty są generowane w poszczególnych elementach infrastruktury produkcyjnej oraz jakie są zagrożenia dla jakości produktu w połączeniu z poszczególnymi urządzeniami i narzędziami (a nawet przy udziale człowieka), ułatwia opracowanie strategii produkcji i wybór drogi przepływu materiału przez linie produkcyjne.
• Konieczność zapewnienia realizacji niestandardowych wymagań klienta, rozumianych jako funkcje i algorytmy przetwarzania danych. Standardem jest obecnie rozszerzanie możliwości systemu HMI/SCADA przy użyciu skryptów. Ważne jest, by język skryptowy był standardem, a nie dialektem producenta systemu oprogramowania.
• Wymaganie zapewnienia bezpieczeństwa zarówno technologii, jak i wyrobu. To złożone zagadnienie, które ma wiele wymiarów. Jednym z nich jest możliwość precyzyjnego żonglowania uprawnieniami operatorów, a często także sprzęgnięcie systemu zabezpieczeń z kontrolerem domeny MS Active Directory. To ułatwienie dla klienta w zarządzaniu personelem i jego uprawnieniami. Drugim aspektem, nabierającym coraz większego znaczenia, jest bezpieczny przesył danych oraz ochrona przed ich przejęciem przez osoby nieuprawnione i przed wysłaniem danych (w szczególności sterowań) przez hakerów i osoby nieupoważnione. Asix.Evo podąża tym tropem. Wprowadziliśmy kompresję danych przesyłanych między komputerami wraz z ochroną WPA-PSK2 z hasłem. Umożliwiamy użycie certyfikatów SSL – nasze terminale komunikują się z serwerami po HTTPS. Dzięki tym oraz innym zaimplementowanym mechanizmom kontroli i zabezpieczeń mamy pewność, że odpowiednio skonfigurowana aplikacja Asix.Evo spełnia w zakresie cyberbezpieczeństwa wymagania poziomu drugiego normy IEC 62443-3-3
  oraz zalecenia NIST SP 800-82 i NIST SP 800-53. Dotyczy to również wymagań dla aplikacji w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym, zawartych w amerykańskich wymaganiach FDA 21 CFR 11 oraz zaleceniach europejskich GAMP5.

Postęp na miarę XXI wieku

Współczesne systemy HMI/SCADA daleko odeszły od swoich protoplastów i dziś stanowią skomplikowane oprogramowanie. Nie można się temu dziwić – postęp w każdej z dziedzin rodzi się przez ewolucję i rozwój, przez kolejne rozbudowywanie konstrukcji i funkcji, by zapewnić realizację coraz bardziej wyśrubowanych wymagań i żądań klientów. To tak, jak z rozwojem samochodów. Wystarczy zauważyć, jak daleko odeszliśmy od pierwszych prób z silnikami parowymi i bryczki Daimlera z silnikiem spalinowym. Współczesne samochody mają się do tych z początku XX w. tak, jak współczesne systemy HMI/SCADA do pierwszych programów tego rodzaju. Proces rozwoju trwa, zarówno w odniesieniu do samochodów, jak i oprogramowania. Czy można się spodziewać, że kiedyś się skończy?

ASKOM Sp. z o.o.
ul. Sowińskiego 13
44-100 Gliwice
tel. 32 30 18 100, fax 32 30 18 101
e-mail: biuro@askom.pl 
www.askom.pl 

źródło: Automatyka 5/2021