СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И КОНТРОЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ УСТАНОВКИ
INDUSTRIAL PLANT MONITORING AND MONITORING SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам мониторинга и контроля промышленной установки для, например, сборки и/или изготовления конструкций и/или компонентов автотранспортных средств.
Изобретение также относится к системе, использующей информацию, которая относится к производству и состоянию установки и которая генерируется и становится доступной посредством процессов такого производства, например, для мониторинга, устранения проблем и управления работой в случае сбоев и/или нарушений работы определенных частей установки.
Конкретнее, настоящее изобретение относится к системе мониторинга и контроля, содержащей пользовательский интерфейс, выполненный с возможностью отображать оператору вышеупомянутую информацию, относящуюся к производству и состоянию установки, а также генерировать и отправлять команды для мониторинга и контроля самой установки или ее составляющих.
Уровень техники
Схематическое изображение промышленной установки 1 или сборочной линии известного типа, например, для конструкций или компонентов автотранспортных средств, показано на фиг. 1а, 1b, и 1с.
В целом, установка 1 содержит множество обрабатывающих и/или сборочных станций ST, например, последовательно соединенных вместе, при этом каждая станция ST выполнена с возможностью выполнять определенную операцию, например, механическую обработку полученной на входе детали и/или сборку полученных деталей. Например, установка, показанная на фиг. 1а, оснащена пятнадцатью станциями ST, при этом последняя станция ST выполнена с возможностью выдавать в конце процесса законченную наполовину деталь.
В показанном примере вся установка 1 разделена на контролируемые области А, например, на четыре области А1, А2, A3 и А4.
Как показано, например, на фиг. 1b, каждая область А содержит подмножество станций ST, контролируемых одним и тем же стационарным модулем человеко-машинного интерфейса (модулем HMI). Например, первая область А1 может содержать первые четыре станции ST1, ST2, ST3 и ST4. Мониторинг и контроль этих станций обеспечивается посредством первого стационарного модуля человеко-машинного интерфейса, обозначенного ссылочным обозначением НМI1.
Аналогичным образом, область А2 может содержать следующие четыре станции, контролируемые вторым стационарным модулем человеко-машинного интерфейса. В целом, количество станций ST в различных контролируемых областях А может отличаться.
Таким образом, первая станция ST1 выполнена с возможностью принимать подлежащую сборке деталь и осуществлять предварительно заданное воздействие на исходную деталь для производства законченного наполовину изделия, подаваемого на выход. Законченное наполовину изделие на выходе станции ST1 подают на вход второй станции ST2, где оно принимается и закрепляется в положении, соответствующем последующему процессу, предусмотренному на станции ST2, и так далее.
Каждая станция ST, как правило, снабжена по меньшей мере одним приводным средством и/или по меньшей мере одним чувствительным средством, предназначенным(и) для осуществления и/или мониторинга операций, выполняемых на этой станции. Например, операциями, осуществляемыми на каждой станции, могут быть: сборка некоторых дополнительных частей, сварка, контроль качества сварки и прочее. Также могут быть предусмотрены станции, выполненные с возможностью осуществлять исключительно функции хранения и/или транспортировки, например, станции ST1, ST6, ST11 и ST15, которые могут представлять собой, например, накопитель или транспортные ленты.
Обычно в вышеупомянутых станциях ST предусмотрен один или множество промышленных роботов, предназначенных для выполнения операций быстрее и качественнее. Промышленный робот представляет собой автоматизированный, перепрограммируемый, многофункциональный манипулятор, используемый зачастую в промышленной автоматизации для осуществления производственного процесса. Таким образом, на упомянутом промышленном роботе, размещены, как правило, приводные средства и чувствительные средства, обеспечивающие выполнение и мониторинг различных технологических процессов.
Деталь находится на каждой станции ST в течение времени, необходимого для выполнения процесса или операции, заданной для этой определенной станции. По завершении операции на одной станции, деталь выпускают и могут перемещать к следующей станции сборочной линии. Для этого каждая из сборочных станций ST, например, станции ST2-ST5, ST7-ST10 и ST12-ST14 (как показано, например, на фиг. 1с), снабжены приводными средствами АТ1, АТ2, АТ3 и так далее, предназначенными для выполнения процесса или соответствующих этим станциям процессов, и/или чувствительными средствами S1, S2, S3, и так далее, предназначенными для регистрации параметров, характеризующих состояние станции.
Как упомянуто выше, каждая контролируемая область А, как правило, оснащена стационарным модулем HMI. Например, в показанной на фиг. 1а установке предусмотрено четыре области А1, А2, A3, и А4 и, следовательно, выполнено четыре стационарных модуля HMI. Как правило, стационарный модуль HMI выполнен в области, прилегающей к станциям ST, мониторинг и/или контроль которых обеспечивает этот модуль HMI. В показанном примере каждый стационарный модуль HMI выполнен с возможностью мониторинга и контроля подмножества станций, связанных с областью А.
В частности, для контроля станций ST, каждый стационарный человеко-машинный интерфейс HMI соединен посредством коммуникационной сети СОМ с электронным контролирующим и обрабатывающим модулем PLC, таким как, например, программируемый логический контроллер (PLC). Например, как показано на фиг. 1b, интерфейс НМI1 соединен с модулем PLC1 посредством коммуникационной сети СОМ1.
Электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC, в свою очередь, соединен со связанными с областью А станциями ST, в частности (как показано на фиг. 1с) с приводными механизмами AT и с датчиками S соответствующих станций ST. Например, для этой цели, может использоваться коммуникационная сеть, например, сеть СОМ1, используемая для взаимодействия с соответствующим интерфейсом HMI. Например, вышеупомянутая коммуникационная сеть может представлять собой локальную сеть Ethernet, или шину локальной сети контроллеров (шину CAN), или, в общем случае, любую проводную или беспроводную коммуникационную сеть.
Кроме того, электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC соединен с программируемым терминалом типа SCADA (диспетчерского управления и сбора данных), обеспечивающим возможность удаленного мониторинга всей сборочной линии. Например, для этой цели может использоваться коммуникационная сеть, например, локальная вычислительная сеть (LAN), например, локальная сеть Ethernet, выполненная предпочтительно проводной.
В настоящий момент, функция общего мониторинга обеспечивается посредством интеллектуального терминала SCADA, в то время как локальными функциями диагностики, контроля и воздействия, целесообразными в случае неисправности, управляют с использованием непосредственно стационарного человеко-машинного интерфейса HMI, установленного вблизи сборочных станций.
В целом, один электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC может также управлять станциями и, следовательно, интерфейсами HMI нескольких областей А (как показано, например, на фиг. 2), или, наоборот, множество электронных контролирующих и обрабатывающих модулей PLC может соответствовать одной области А.
Таким образом, вышеописанная установка, в целом, содержит множество обрабатывающих и/или сборочных станций ST, например, для выполнения операций с конструкциями или компонентами автомобилей. Со сборочными и/или обрабатывающими станциями ST связан один или множество электронных контролирующих и обрабатывающих модулей PLC для контроля по меньшей мере одного приводного механизма AT и/или датчика S, связанных со сборочной и/или обрабатывающей станцией ST. И, наконец, предусмотрен по меньшей мере один модуль человеко-машинного интерфейса HMI, выполненный с возможностью мониторинга или контроля сборочных и/или обрабатывающих станций ST посредством по меньшей мере одного электронного контролирующего и обрабатывающего модуля PLC.
Как правило, интеллектуальные устройства SCADA реализованы посредством одного или нескольких компьютеров, размещенных за пределами площадки, на которой расположена сборочная установка, предпочтительно в помещении, где относительно чисто и контролируется температура. Таким образом, вышеупомянутые устройства могут даже не быть обеспечены специальной защитой от влаги, пыли, скачков температуры и прочего.
Стационарные модули человеко-машинного интерфейса HMI, наоборот, расположены вблизи сборочных станций и могут подвергаться воздействию критических условий эксплуатации в отношении влаги, пыли и скачков температуры. Кроме того, для каждой установки требуется большое количество стационарных модулей человеко-машинного интерфейса HMI с высоким уровнем встроенного интеллекта, что влечет за собой высокие затраты на их установку и обслуживание.
Как показано на фиг. 3, в установке 1 известного типа оператор ОР, желающий воздействовать на станцию ST, должен физически войти в область А, где расположена станция ST, после чего он может контролировать работу станции ST посредством стационарного модуля человеко-машинного интерфейса HMI, связанного с этой областью А.
И наоборот, терминал SCADA является исключительно терминалом для мониторинга, с которого оператор ОР может осуществлять наблюдение за всей сборочной линией. Однако если требуется некоторое воздействие, оператор ОР должен оказаться в зоне досягаемости стационарного модуля человеко-машинного интерфейса HMI, связанного со станцией ST, работу которой требуется контролировать, и отправить непосредственно через вышеупомянутый стационарный человеко-машинный интерфейс HMI команду, необходимую для упомянутой станции.
В частности, стационарные модули человеко-машинного интерфейса HMI расположены вблизи станций ST, чтобы обеспечить оператора ОР возможностью осуществлять наблюдение за фактическим состоянием установки и видеть в реальном времени эффекты, возникающие в результате модификаций, внесенных командой, отправляемой им к станции. Таким образом, оператор ОР может осуществлять, например, регулировку за счет изменения входных параметров, отмечая при этом поведение на выходе, осуществляя тем самым контроль с обратной связью.
В случае установок 1 известного типа оператор ОР имеет только две возможности мониторинга определенной станции ST, в частности, либо осуществлять мониторинг посредством терминала SCADA, либо входить физически в соответствующую контролируемую область и запрашивать в стационарном модуле человеко-машинного интерфейса HMI данные о состоянии станции ST.
Сущность изобретения
С учетом вышеописанного, задача настоящего изобретения заключается в создании системы для инспектирования и контроля промышленной установки вышеописанного типа, которая обеспечила бы удобный и гибкий способ мониторинга и контроля установки, преодолевая тем самым один или несколько из вышеприведенных недостатков.
Для решения вышеупомянутой задачи, настоящее изобретение относится к системе мониторинга и контроля промышленных установок, обладающей признаками, изложенными в п. 1 формулы изобретения.
Формула изобретения составляет единое целое с техническим описанием, приведенным в данном документе в отношении настоящего изобретения.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения вышеописанный пользовательский интерфейс может быть заменен портативным компьютером, например, мобильным устройством, например компьютером планшетного типа, запрограммированным на выполнение множества функций, в том числе общего мониторинга установки, локального мониторинга каждой отдельной станции и локального контроля одной из станций.
В частности, электронный контролирующий и обрабатывающий модуль, связанный с определенной обрабатывающей или сборочной станцией, выполнен с возможностью одобрять и выполнять команду контроля, генерируемую посредством портативного модуля человеко-машинного интерфейса, только если электронным контролирующим и обрабатывающим модулем было распознано присутствие портативного модуля человеко-машинного интерфейса в области, близкой к станции.
Главное преимущество системы мониторинга и контроля промышленных установок согласно настоящему изобретению заключается в том, что модуль человеко-машинного интерфейса является портативным и обеспечивает возможность мониторинга установки и различных сборочных станций из любого положения внутри или снаружи установки.
Кроме того, благодаря управлению профилями пользователей каждый оператор может выбрать доступные только для него/нее функции, а также может использовать дополнительные функции, например, отображение обучающих изображений или видеороликов, предназначенных для обучения оператора одной или нескольким выполняемых вручную операциям, осуществляемым на определенной сборочной станции с целью устранения какой-либо неисправности. Это делает воздействия оператора более быстрыми и скоординированными, а также более точными.
Например, для распознавания присутствия портативного модуля человеко-машинного интерфейса вблизи станции, система может содержать множество устройств идентификации, расположенных, по существу, в некотором предварительно заданном положении и/или вблизи сборочных станций. Каждое устройство идентификации связано с определенной контролируемой областью, содержащей одну или несколько сборочных и/или обрабатывающих станций, что обеспечивает возможность определения местоположения портативного модуля человеко-машинного интерфейса в этой контролируемой области.
Например, в этом случае устройство идентификации может осуществлять идентификацию портативного модуля человеко-машинного интерфейса и может сообщаться с одним или несколькими электронными контролирующими и обрабатывающими модулями, связанными с той же областью, с которой связано это устройство идентификации, для подтверждения присутствия портативного модуля человеко-машинного интерфейса.
Например, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения портативный модуль человеко-машинного интерфейса выполнен с возможностью работать в беспроводном режиме с автоматическим сопряжением с одним из устройств идентификации, когда модуль человеко-машинного интерфейса оказывается вблизи устройства идентификации. Сопряжение портативного модуля человеко-машинного интерфейса и устройства идентификации может также активировать функции команд контроля сборочных и/или обрабатывающих станций, связанных с устройством идентификации, с которым было осуществлено сопряжение посредством портативного модуля интерфейса планшетного типа.
Благодаря вышеупомянутым признакам, система мониторинга и контроля промышленных установок согласно настоящему изобретению обладает высокой эксплуатационной гибкостью и возможностью подстраиваться к различным способам, а также позволяет реализовывать множество функций посредством единого устройства.
В частности, система мониторинга и контроля промышленной установки согласно настоящему изобретению за счет наличия портативного модуля (например, планшета) обеспечивает возможность выполнения нескольких функций, в том числе мониторинга всей установки, диагностики и оперативного воздействия в случае неисправности одной сборочной и/или обрабатывающей станции, а также доступа к обучающим базам данных, делая доступными для оператора обучающие функции.
В частности, с помощью портативного интерфейсного модуля согласно настоящему изобретению может быть осуществлен мониторинг установки в целом, что в решениях уровня техники достигалось только посредством интеллектуального терминала типа SCADA, действующего в качестве единственной удаленной станции.
Кроме того, мониторинг отдельных сборочных станций может быть осуществлен без необходимости непосредственно приближаться к отдельным подлежащим мониторингу станциям, то есть, например, мониторинг первой станции может быть осуществлен даже посредством портативного интерфейсного модуля, находящегося на последней станции.
Кроме того, каждый оператор может через портативный интерфейсный модуль запросить информацию из базы данных, чтобы получить в реальном времени информацию, касающуюся управления и решения проблем, связанных с неисправностью определенной станции, без необходимости обращения к интеллектуальному терминалу SCADA, как это было реализовано в решениях уровня техники.
Другие признаки и преимущества изобретения раскрыты более подробно в последующем описании.
Краткое описание чертежей
Ниже, исключительно посредством неограничивающих примеров, описан один или несколько вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, где:
- фиг. 1, 2 и 3 относятся к уровню техники, описанному выше;
- на фиг. 4а, 4b, 5а и 5b схематично показаны некоторые варианты осуществления системы мониторинга и контроля промышленной установки согласно настоящему изобретению;
- на фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая архитектуру упомянутой системы и связи между составляющими ее элементами;
- на фиг. 7-9 показаны дополнительные блок-схемы, иллюстрирующие архитектуру упомянутой системы и связи между некоторыми составляющими ее элементами;
- на фиг. 10 показан пример планшетного интерфейсного модуля; и
- на фиг. 11а-е показаны различные экраны, связанные с различными функциями, доступными на планшетном интерфейсном модуле.
Следует понимать, что показанные на чертежах компоненты не обязательно изображены с соблюдением масштабов для большей ясности иллюстраций.
Варианты осуществления изобретения
В последующем описании раскрыты различные конкретные детали для обеспечения более глубокого понимания примеров одного или нескольких вариантов осуществления. Варианты осуществления могут быть описаны без одной или нескольких конкретных деталей, или в сочетании с другими способами, компонентами, материалами и так далее. В других случаях известные из уровня техники конструкции, материалы или операции могут не быть изображены или не быть описаны подробно, чтобы предотвратить неясность различных аспектов вариантов осуществления. Ссылки на "вариант осуществления" или "один из вариантов осуществления" в рамках настоящего описания указывают на то, что определенная конфигурация, конструкция, или признак, описанные применительно к варианту осуществления, относятся по меньшей мере к одному варианту осуществления. Таким образом, выражения, такие как "в варианте осуществления" или "в одном из вариантов осуществления", которые могут использоваться в различных местах настоящего описания, не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, определенные конфигурации, конструкции или признаки могут быть скомбинированы любым соответствующим образом в одном или нескольких вариантах осуществления.
Ссылки, используемые в настоящем документе, приведены лишь для удобства и, следовательно, не ограничивают область патентной защиты или объем возможных вариантов осуществления.
В последующем описании компоненты, совпадающие с описанными ранее в отношении уровня техники, обозначены теми же ссылочными обозначениями.
Например, ссылочное обозначение 1 обозначает производственную и/или сборочную установку или линию в целом, включающую в себя множество стационарных сборочных и/или обрабатывающих станций ST. Например, как показано на фиг. 4а, установка 1 может содержать пятнадцать станций ST, при этом последняя станция ST выполнена с возможностью выдавать законченные детали.
Также, в этом случае, установка разделена на контролируемые области А, например, четыре области А1, А2, A3, и А4, и каждая область А соответствует подмножеству сборочных станций, расположенных рядом друг с другом.
В общем случае, установка дополнительно содержит систему мониторинга и контроля промышленной установки 1, содержащую по меньшей мере один электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC, например, программируемый логический контроллер (PLC). В частности, как описано ранее, эти модули PLC выполнены с возможностью устанавливать связь с приводными механизмами AT и/или датчиками S станций ST для контроля и/или мониторинга работы станций ST (как показано на фиг.4b).
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения соответствующий электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC связан со станциями ST, принадлежащими определенной области А. Например, как показано на фиг. 4а, может быть предусмотрено четыре модуля PLC1, PLC2, PLC3, и PLC4 для четырех областей А1, А2, A3 и А4, соответственно.
В качестве альтернативы, количество модулей PLC может также быть меньше или больше, чем количество областей А. Например, в варианте осуществления, показанном на фиг. 6а, предусмотрено только два модуля PLC1 и PLC2, контролирующих станции ST. В качестве альтернативы, в варианте осуществления, показанном на фиг. 5b, предусмотрено семь модулей PLC1, PLC7, контролирующих станции ST. В частности, определенный PLC модуль может также контролировать станции ST, связанные с другими областями (например, модуль PLC6 с фиг. 5b).
Таким образом, в целом, система мониторинга и контроля установки 1 содержит один или несколько электронных контролирующих и обрабатывающих модулей PLC, связанных со сборочными и/или обрабатывающими станциями ST для контроля приводных механизмов AT и/или датчиков S, связанных со станциями ST.
Кроме того, архитектура системы предусматривает наличие модуля человеко-машинного интерфейса в форме портативного компьютера, например, мобильного устройства или планшета, обозначенного ссылочным обозначением TAB. В общем случае, под "портативным компьютером" понимается компьютер портативного типа, содержащий процессор, отображающие средства, выполненные с возможностью отображать информацию, пользовательский интерфейс, а также заряжаемый электрический аккумулятор, например, батарею. Например, в случае, если процессор TAB представляет собой планшет, отображающие средства и пользовательский интерфейс реализованы посредством сенсорного экрана.
Как показано на фиг. 4а, портативный компьютер TAB дополнительно содержит интерфейс беспроводной связи, обеспечивающий возможность соединения с локальной сетью LAN, соединяющей электронные контролирующие и обрабатывающие модули PLC.
Например, как показано на фиг. 4а и 6, сеть LAN может содержать одну или несколько точек АР доступа, и портативный компьютер TAB может содержать соответствующий беспроводной приемопередатчик 12. В этом случае, связь между портативным компьютером TAB и точкой АР доступа обеспечена по беспроводной связи, и точка АР доступа выполнена с возможностью конвертировать связь в протокол, используемый сетью LAN. Например, связь между точкой АР доступа и электронным контролирующим и обрабатывающим модулем PLC предпочтительно обеспечена по проводной связи, например посредством сети Ethernet, которая может содержать одно или несколько коммутационных устройств.
Например, связь между портативным компьютером TAB и точкой АР доступа может быть основана на протоколе WiFi (беспроводной достоверности) стандарта IEEE 802.11. В частности, в варианте осуществления, показанном на фиг. 4а, вышеупомянутая беспроводная сеть покрывает всю производственную линию 1. Например, она может быть обеспечена посредством нескольких точек АР доступа, имеющих один и тот же SSID (идентификатор служебного устройства) и/или один или несколько промежуточных усилителей радиосигнала.
В общем случае, вышеупомянутая коммуникационная сеть, покрывающая всю линию 1, может быть обеспечена также посредством портативного компьютера TAB, содержащего коммуникационный интерфейс мобильной радиосети, такой как, например, модем GPRS (Пакетной Радиосвязи Общего Пользования), модем UMTS (Универсальной Системы Мобильной Связи), модем HSPA (Высокоскоростной Пакетной Передачи Данных) или модем LTE (Стандарта Долгосрочного Развития), в котором вышеупомянутый интерфейс соединяется посредством протокола мобильной связи (обозначенного на фиг. 4а, как 3G) с базовой станцией BS для обеспечения связи с сетью Интернет INET. В этом случае система для контроля и мониторинга установки 1 может содержать роутер R, такой как, например, роутер ADSL или оптоволоконный роутер, соединяющий сеть LAN с сетью Интернет INET и обеспечивающий обмен данными с портативным компьютером TAB, осуществляющим связь через сеть Интернет INET.
Портативный компьютер TAB предпочтительно имеет установленную на нем операционную систему, как правило, многозадачного типа, обеспечивающую одновременное выполнение нескольких приложений, например, систему Windows Mobile™, IOS™ или Android™.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения на портативном компьютере TAB предусмотрено приложение, реализующее функции общего мониторинга, которые в решениях уровня техники обеспечивались посредством интеллектуального терминала SCADA, показанного на фиг. 1а, 2, и 3.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения посредством приложения также реализована функция локального мониторинга, которая в решениях уровня техники обеспечивалась посредством стационарного пользовательского интерфейса HMI, показанного на фиг. 1а, 2 и 3.
И, наконец, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения посредством приложения обеспечивается функция отображения учебных изображений или видеороликов для осуществления оперативного обучения оператора ОР. Например, упомянутая функция может быть задействована с целью предоставлению оператору ОР инструкций касательно одной или нескольких выполняемых вручную операций, осуществляемых на определенной станции ST для устранения проблем, связанных с определенными неисправностями станции ST.
В общем случае, вышеупомянутые функции могут быть реализованы посредством единого приложения или различных приложений, установленных на портативном устройстве TAB.
Как упоминалось ранее, портативный интерфейсный модуль TAB содержит отображающие средства и периферийные устройства ввода данных (например, сенсорный экран, который может также отображать клавиатуру), а также может быть предусмотрено средство захвата изображения, такое как цифровая фотокамера, или средство захвата звука, такое как микрофон, для добавления звуковых комментариев. Пример портативного модуля TAB человеко-машинного интерфейса показан на фиг. 10. В частности, в показанном примере портативный компьютер TAB снабжен защитным чехлом или покрытием С, выполненным из резины или силикона, предназначенным для защиты интерфейса от любых ударов.
Например, в различных вариантах осуществления портативный интерфейсный модуль TAB выполнен с возможностью отображения на экране различных иконок, каждая из которых связана с различным приложением или режимом работы, который может быть выбран посредством вышеупомянутых периферийных устройств ввода данных.
Как показано на фиг. 7, система контроля и мониторинга может также содержать центральный компьютер SRV серверного типа, предназначенный для предоставления сервисов и данных портативному компьютеру TAB и/или электронным контролирующим и обрабатывающим модулям PLC. В общем случае, функции сервера SRV могут быть реализованы посредством участков программного кода, выполняемых посредством компьютера или обрабатывающей системы с распределенной архитектурой (так называемых "облачных вычислений").
Например, работа портативного устройства TAB может управляться посредством центрального серверного компьютера SRV. По этой причине, приложение, установленное на портативном компьютере TAB, может даже представлять собой просто дисплей, а команды, направляемые к электронному контролирующему/обрабатывающему модулю PLC, могут генерироваться непосредственно сервером SRV. То есть, сервер SRV может представлять собой так называемый "терминальный сервер", на котором установлены все приложения для контроля и мониторинга, а на портативном компьютере может быть установлен так называемый "терминальный клиент", соединенный с вышеупомянутым терминальным сервером SRV.
Например, использование такого терминального сервера SRV является предпочтительным, если предусмотрено множество портативных терминалов TAB, поскольку в этом случае достаточно просто обновлять приложения, установленные на упомянутом выше сервере SRV.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения на портативном компьютере TAB предусмотрено приложение, осуществляющее функции общего мониторинга, которые в решениях уровня техники обеспечивались посредством интеллектуального терминала SCADA, показанного на фиг.1а, 2, и 3. В этом случае, использование терминального сервера SRV обеспечивает возможность управления общим мониторингом (типа SCADA) даже более эффективно, поскольку посредством одного компьютера SRV может осуществляться периодический мониторинг состояния установки и могут быть приняты возможные уведомления, отправляемые электронными контролирующими и обрабатывающими модулями PLC. Например, эти уведомления могут служить сигналами о некоторой неисправности.
Таким образом, в общем случае описанная здесь функция контроля и мониторинга может быть обеспечена посредством соответствующих приложений, установленных на портативном устройстве TAB и/или на центральном серверном компьютере SRV.
Кроме того, в различных вариантах осуществления портативный модуль TAB человеко-машинного интерфейса и/или сервер SRV сконфигурирован(ы) управлять различными профилями пользователей. В общем случае, управление этими профилями пользователей может быть реализовано непосредственно в приложениях, установленных на портативном устройстве TAB. Однако профили пользователей предпочтительно хранятся на центральном серверном компьютере SRV.
Например, портативный модуль TAB человеко-машинного интерфейса может опознавать профиль пользователя оператора ОР посредством операции LOGIN. Далее, посредством операции аутентификации на центральном компьютере SRV, портативный интерфейс TAB устанавливает, в зависимости от профиля пользователя, полученного от центрального компьютера SRV, определенную конфигурацию в отношении функций и уровня доступа, связанную с идентифицированным профилем пользователя. Например, не все операторы ОР могут иметь доступ к функции общего контроля и/или мониторинга. Кроме того, некоторые операторы ОР могут иметь доступ только к функции контроля и мониторинга определенной контролируемой области А.
На фиг. 11а-11е показаны некоторые возможные конфигурации, к которым может быть получен доступ посредством портативного интерфейса TAB. Например, в рассматриваемом в варианте осуществления может быть выбран: общий экран для мониторинга в масштабе установки (фиг. 11а), общий экран для производительности установки (фиг. 11b), общий экран обучающих страниц с выбираемыми стандартными иконками (фиг. 11с), экран общего мониторинга (типа SCADA) или локального мониторинга (стационарного HMI типа) и, наконец, экран для работы с документами или видео (фиг. 11е).
В различных вариантах осуществления система мониторинга и контроля выполнена с возможностью выполнения локального контроля обрабатывающей и/или сборочной станции ST, только если модуль TAB человеко-машинного интерфейса находится вблизи соответствующей станции ST, в частности, когда модуль TAB человеко-машинного интерфейса расположен в контролируемой области, связанной с этой станцией ST.
В общем случае, система содержит для этой цели систему позиционирования для распознавания присутствия портативного устройства TAB в области А.
В частности, в различных вариантах осуществления настоящего изобретения положение портативного компьютера TAB распознается посредством операции сопряжения с идентификационным элементом.
Например, в варианте осуществления, показанном на фиг. 4а и 4b, с каждой из областей А, на которые разделена вся установка 1, связан идентификационный элемент DK. Таким образом, например, в установке, имеющей четыре контролируемые области А1, А2, A3, А4, предусмотрено четыре датчика DK1, DK2, DK3, DK4 присутствия.
В частности, каждый идентификационный элемент DK установлен, по существу, в заранее заданном положении и/или в положении, близком к соответствующему подмножеству станций ST, и обеспечивает распознавание присутствия портативного модуля TAB человеко-машинного интерфейса в области А. Например, упомянутые выше идентификационные элементы DK, как правило, предусмотрены в положении, в котором согласно уровню техники находится стационарный человеко-машинный интерфейс HMI.
В общем случае, операция сопряжения процессора TAB и идентификационного элемента DK может осуществляться посредством однонаправленной или двунаправленной связи, и связь может быть проводной или беспроводной.
Таким образом, для того, чтобы модуль TAB человеко-машинного интерфейса мог осуществлять контроль станции ST, находящейся в определенной области А, он должен первым осуществить операцию сопряжения с одним из идентификационных элементов DK.
После того, как портативный модуль TAB человеко-машинного интерфейса осуществил сопряжение с соответствующим идентификационным элементом DK, электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC, связанный со сборочной станцией ST (и/или сервером SRV), может одобрить и выполнить команды контроля, генерируемые портативным модулем TAB человеко-машинного интерфейса.
На фиг. 6 показан первый вариант осуществления системы мониторинга и контроля.
Как было раскрыто ранее, портативный модуль TAB человеко-машинного интерфейса предварительно размещен для того, чтобы быть подсоединенным в беспроводном режиме к сети LAN, которая соединяет электронные контролирующие и обрабатывающие модули PLC. Например, как было раскрыто ранее, портативный компьютер TAB может подключаться к сети LAN и/или к серверу (который может работать в качестве шлюза или сервера приложений) посредством приемопередатчика 12, выполненного с возможностью сообщаться с по меньшей мере одной точкой АР доступа. Однако, в общем случае, достаточно, чтобы процессор TAB мог отправлять непосредственно или опосредованно (например, через сервер SRV) команды мониторинга и/или контроля к электронным контролирующим и обрабатывающим модулям PLC для запроса мониторинга и/или контроля определенной станции ST, связанной с соответствующим электронным контролирующим и обрабатывающим модулем PLC.
Например, в различных вариантах осуществления система позиционирования, обеспечивающая определение положения портативного компьютера TAB, реализована посредством беспроводной системы связи.
Например, в рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения модуль TAB человеко-машинного интерфейса содержит приемопередатчик 10, а идентификационный элемент DK содержит приемопередатчик 20.
Как показано на фиг. 6, для выполнения операции сопряжения вышеупомянутые приемопередатчики 10 и 20 могут быть соединены с соответствующими контролирующими модулями 14 и 24, например, микропроцессорами, предусмотренными в портативном компьютере TAB и в идентификационном элементе DK, соответственно.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения, в частности, в случае, когда стационарные пользовательские интерфейсы (например, интерфейсы HMI на фиг. 1) не предусмотрены, устройство DK может быть, кроме того, снабжено аварийной кнопкой 22 для блокировки соответствующей области в случае наличия опасности для оператора. Кроме того, упомянутая выше аварийная кнопка 22 может также быть предусмотрена на портативном интерфейсе TAB.
Таким образом, в различных вариантах осуществления настоящего изобретения портативный компьютер TAB и идентификационный элемент DK сконфигурированы работать в беспроводном режиме и автоматически сопрягаться, когда портативный интерфейсный модуль TAB оказывается вблизи одного из устройств DK.
Например, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения сопряжение обеспечивается посредством протокола связи ближнего действия, например посредством связи ближнего поля (NFC), представляющей собой технологию, обеспечивающую двунаправленное беспроводное (RF) соединение между двумя устройствами.
В общем, также может использоваться однонаправленная связь между идентификационным элементом DK и портативным компьютером TAB.
Например, одно из устройств 10 или 20 может быть реализовано посредством радиочастотной идентификационной метки (RFID метки), на которой хранятся некоторые данные, а другое устройство, 20 или 10 соответственно, может представлять собой считывающее устройство RFID. В этом случае, когда портативный интерфейсный модуль TAB оказывается в зоне действия устройства DK, RFID метка отвечает на удаленный запрос считывающего устройства RFID.
Кроме того, вместо вышеупомянутой системы беспроводной связи, могут также использоваться и другие типы меток. Например, одно из устройств 10 или 20 может быть заменено меткой с идентифицирующим штрих-кодом или с кодом двухмерного типа, например QR-кодом, а другое устройство, 20 или 10 соответственно, может представлять собой видеокамеру или считывающее штрих-код устройство.
И, наконец, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения модуль TAB человеко-машинного интерфейса может быть приведен в физический контакт с терминалом, предусмотренным в устройстве DK для приема и крепления модуля TAB человеко-машинного интерфейса для сопряжения этих двух устройств. Таким образом, в общем случае, связь между модулем TAB человеко-машинного интерфейса и устройством DK1 идентификации может быть проводной.
Таким образом, независимо от того, является ли связь между элементом 10 и элементом 20 однонаправленной или двунаправленной, один из элементов 10 или 20 хранит код, а другой из элементов 10 и 20 представляет собой считывающее устройство, считывающее этот код. Таким образом, вышеупомянутый код может представлять собой код, уникально идентифицирующий портативное устройство TAB или идентификационный элемент DK.
Кроме того, в различных вариантах осуществления настоящего изобретения устройство DK соединено с по меньшей мере одним электронным контролирующим и обрабатывающим модулем PLC и/или сервером SRV. Например, устройство DK может быть соединено с электронным контролирующим и обрабатывающим модулем PLC посредством коммуникационной сети СОМ (на фиг. 6 обозначена, как СОМа), используемой для связи электронных контролирующих и обрабатывающих модулей PLC и соответствующих станций ST, или же посредством дополнительной коммуникационной сети (на фиг. 6 обозначена, как СОМb), соединяющей устройство DK непосредственно с по меньшей мере одним электронным контролирующим и обрабатывающим модулем PLC. Кроме того, устройства DK могут также быть соединены с сетью LAN.
Например, в первом варианте осуществления настоящего изобретения устройство DK идентификации сконфигурировано периодически осуществлять мониторинг присутствия поблизости от себя портативных компьютеров TAB, и, когда присутствие портативного устройства TAB распознано, устройство DK считывает код, связанный с портативным устройством TAB и уникально идентифицирующий определенное портативное устройство TAB. Упомянутый код называется далее TAB_ID.
Затем устройство DK идентификации отправляет вышеупомянутый код TAB_ID со своим собственным идентификатором, называемым далее DK_ID, к соответствующему электронному контролирующему и обрабатывающему модулю PLC и/или серверу SRV, сообщая, таким образом, о положении портативного устройства TAB, то есть о контролируемой области, в которой расположено портативное устройство TAB. На самом деле, идентификатор DK_ID идентифицирует не только определенное устройство DK, но также и определенную контролируемую область А.
В этом случае, когда соответствующее портативное устройство TAB запрашивает контроль определенной станции ST, связанной с определенной областью А, электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC, связанный с этой станцией ST и/или сервером SRV, может активировать контроль станции ST или отказать в нем в зависимости от распознанного положения. Таким образом, портативное устройство TAB может контролировать только станции ST, связанные с одной и той же областью А.
Например, как правило, команда контроля представляет собой инструкцию, содержащую поле, идентифицирующее модуль TAB, отправивший запрос о контроле, поле, идентифицирующее станцию ST, к которой направляется команда, то есть код, идентифицирующий определенный приводной механизм AT станции ST, а также поле, содержащее соответствующую инструкцию. В этом случае, сервер SRV может не отправлять команду контроля к электронному контролирующему и обрабатывающему модулю PLC, связанному со станцией ST, если портативное устройство TAB расположено не в той же области А, и/или электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC, связанный со станциями ST, может не выполнять команду, если инструкция принимается с портативного компьютера TAB, расположенного не в той же области.
В качестве альтернативы, как упоминалось ранее, в различных вариантах осуществления настоящего изобретения функция локального и общего мониторинга может быть осуществлена в любом случае.
В качестве альтернативы, в случае, если портативный компьютер TAB сконфигурирован распознавать устройства DK вблизи себя, портативный компьютер TAB считывает код DK_ID, связанный с устройством DK, которое, в свою очередь, идентифицирует определенную область. В частности, для соединения портативного устройства TAB с устройством DK идентификации предпочтительно используется связь ближнего действия (то есть, действующая на расстоянии всего нескольких метров), и, следовательно, портативное устройство TAB может распознавать за раз только одно устройство DK.
В этом случае, портативный компьютер TAB может включать в команду контроля не только идентификатор контролируемой станции ST, но также и идентификатор DK_ID устройства идентификации, с которым сопряжен портативный компьютер TAB.
Таким образом, в этом случае электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC, связанный с вышеупомянутой станцией ST и/или сервером SRV, может также активировать контроль станции ST или отказать в нем в зависимости от распознанного положения, а портативное устройство TAB может контролировать только станции ST, связанные с той же областью А. Например, сервер SRV может не отправлять команду контроля к электронному контролирующему и обрабатывающему модулю PLC, связанному со станциями ST (или электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC, связанный со станциями ST может не выполнять команду), если контролируемая станция ST не расположена в упомянутой связанной области А, идентифицированной посредством кода DK_ID.
В общем случае операция сопряжения может также непосредственно влиять на функционирование приложений, установленных на портативном устройстве TAB или управляемых через сервер SRV. Например, она может активировать на портативном интерфейсном модуле TAB функции команды и контроля только для станций ST, которые связаны с контролируемой областью, к которой подсоединен портативный интерфейсный модуль TAB.
Таким образом, в описанной системе контроля и мониторинга интерфейсный модуль TAB запрограммирован на выполнение нескольких функций, таких как:
- функция интерфейса "высокого уровня", осуществляемая при взаимодействии с электронными контролирующими и обрабатывающими модулями PLC для общего мониторинга установки;
- функция интерфейса "низкого уровня", осуществляемая при взаимодействии с электронным контролирующим и обрабатывающим модулем PLC для мониторинга и контроля обрабатывающих и/или сборочных станций ST, связанных с определенной контролируемой областью А, и
- функция отображения обучающих изображений или видео для оператора, предназначенных для обучения оператора одной или нескольким выполняемым вручную операциям, осуществляемым на определенной сборочной станции для устранения проблем в случае неисправности.
В вышеописанных вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрено два отдельных коммуникационных канала: первый коммуникационный канал (например, коммуникационный канал RFID на фиг. 5а), используемый для распознавания местоположения портативного компьютера TAB, и второй коммуникационный канал (например, коммуникационный канал WiFi на фиг. 5а), используемый для отправки команд мониторинга и контроля. Портативное устройство, в данном случае портативный интерфейсный модуль TAB, может быть соединено, например, посредством точки АР доступа и, возможно, сервера SRV, со второй сетью LAN для осуществления связи с электронными контролирующими и обрабатывающими модулями PLC. В качестве альтернативы, первая сеть RFID может использоваться для соединения с устройством DK идентификации, служащим для распознавания положения портативного компьютера TAB в одной из контролируемых областей А. В этом случае обмен командами контроля и мониторинга станций ST между портативным интерфейсом TAB и электронными контролирующим/обрабатывающим модулем PLC обеспечен только через сеть LAN.
В общем случае, эти два вида связи могут осуществляться даже по одному и тому же коммуникационному каналу.
Например, как показано на фиг. 8, устройство DK идентификации может быть заменено приемопередатчиком, например, точкой АР доступа, такой как точка доступа WiFi. Таким образом, в этом случае приемопередатчик АР связан с каждой из областей, на которые разделена вся установка 1. Таким образом, в установке, например, с четырьмя контролируемыми областями А1, А2, A3 и А4 предусмотрено четыре приемопередатчика или точки АР1, АР2, АР3, АР4 доступа. В этом случае связь между портативным компьютером TAB и точкой АР доступа осуществлена посредством беспроводной связи, и точка АР доступа сконфигурирована конвертировать связь в протокол, используемый для сети LAN.
Таким образом, по сравнению с вышеописанными вариантами осуществления настоящего изобретения, точки АР доступа занимают по существу стационарное положение, и с каждой контролируемой областью А связана соответствующая точка АР доступа.
Кроме того, в рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения соединение с определенной точкой АР доступа заменяет сопряжение с устройством DK идентификации, то есть точка АР доступа представляет собой также устройство DK идентификации, сконфигурированное распознавать местоположение портативного компьютера TAB.
Например, портативный компьютер TAB сконфигурирован включать в запрос контроля поле с кодом, идентифицирующим точку доступа, к которой подсоединен портативный компьютер TAB, например, MAC адрес и/или SSID точки АР доступа. В этом случае сервер SRV может не отправлять команду контроля, и/или электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC может не выполнять команду, если контролируемая станция ST расположена не в области А, связанной с соответствующей точкой АР доступа.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения сервер SRV или электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC сконфигурирован также распознавать идентификатор точки АР доступа, с которой связан определенный портативный компьютер TAB. Например, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения точка АР доступа выполнена в виде роутера с преобразованием сетевых адресов (NAT), и, следовательно, точка АР доступа заменяет IP адрес вычислительного устройства TAB на свой собственный IP адрес. Таким образом, сервер SRV сконфигурирован отправлять команды контроля, или электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC сконфигурирован выполнять эти команды, только если эти команды поступают с данного IP-адреса. Аналогичным образом, может также использоваться другой элемент, идентифицирующий точку доступа, например, его MAC адрес.
Кроме того, в различных вариантах осуществления каждая точка АР доступа может назначать для портативных компьютеров TAB IP-адрес, выбранный из некоторого набора непересекающихся IP-адресов. Таким образом, IP-адрес портативного компьютера TAB также может непосредственно идентифицировать область, в которой расположен портативный компьютер TAB.
И наконец, на фиг. 9 показан вариант осуществления механизма блокировки команд, использующий брандмауэр FW. Вышеупомянутый брандмауэр может представлять собой дополнительный аппаратный элемент или может быть реализован посредством программных кодов, например, в сервере SRV.
В рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения сеть LAN разделена на подсети, при этом для каждой контролируемой области А предусмотрена одна подсеть.
Кроме того, для каждой подсети предусмотрен по меньшей мере один электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC, контролирующий станции ST, связанные с соответствующей областью, и одна точка АР доступа. Например, на чертежах показаны четыре области А1, А2, A3, и А4 и, следовательно, в этом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено четыре подсети LAN1, LAN2, LAN3, и LAN4 и четыре точки АР1, АР2, АР3, и АР4 доступа.
В различных вариантах осуществления каждая подсеть имеет различный набор IP-адресов, например, 192.168.1.Х для сети LAN1, 192.168.2.Х для сети LAN2, 192.168.3.Х для сети LAN3 и 192.168.4.Х для сети LAN4.
Таким образом, портативный компьютер TAB, соединяющийся с данной точкой доступа, имеет доступ только к соответствующей подсети, относящейся к соответствующей точке доступа, например, к сети LAN1 для точки АР1 доступа. Таким образом, в одном из вариантов осуществления портативный компьютер TAB свободно может отправлять и выполнять команды мониторинга и контроля в соответствующей подсети.
В общем случае, каждый электронный контролирующий и обрабатывающий модуль PLC и/или сервер SRV может быть предназначен для обеспечения контроля станций, расположенных только в контролируемой области, связанной с подсетью, в которой расположен портативный компьютер TAB, и отказывать в выполнении команд контроля, поступающих от портативных компьютеров TAB, расположенных в другой подсети.
В качестве альтернативы, в рассматриваемом варианте осуществления настоящего изобретения команды контроля блокируются посредством брандмауэра FW, соединяющего вместе подсети LAN1, LAN2, LAN3 и LAN4. В частности, это брандмауэр FW сконфигурирован пропускать команды мониторинга, но блокировать отправку команд контроля между подсетями. Например, это может быть обеспечено посредством фильтрации на уровне протокола или посредством назначения для контролирующей связи порта, отличного от порта для сообщений мониторинга, и блокировки порта, связанного с сообщениями контроля.
Таким образом, в этом варианте осуществления настоящего изобретения портативный компьютер TAB может выбрать точку АР доступа и, следовательно, контролируемую сеть.
Этот вариант осуществления имеет недостаток, выражающийся в том, что беспроводная сеть WiFi может иметь широкое покрытие (порядка десятка метров), в то время как для связи между идентификационным элементом и портативным компьютером TAB может использоваться связь ближнего (например, от 1 до 5 м) действия. Таким образом, портативный компьютер TAB может также подключаться к удаленным точкам доступа.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения для преодоления вышеупомянутой проблемы мощность передатчика точки доступа может быть снижена, что ограничило бы покрытие точки доступа. Кроме того, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения портативный компьютер TAB может быть сконфигурирован автоматически соединяться с точкой доступа с наибольшей мощностью передатчика, что соответствует ближайшей точке доступа.
Общая архитектура системы согласно настоящему изобретению является довольно гибкой и обеспечивает оптимизацию общего и локального мониторинга за счет использования портативного терминала TAB, а также обеспечивает дополнительные функции.
Кроме того, возможность получить доступ непосредственно на месте к информации, например, обучающим видеороликам, позволяет оператору ОР изучить выполняемые операций, выполнять их в реальном времени, а также непосредственно контролировать отклик станций ST, что ускоряет и оптимизирует воздействие в случае какой-либо неисправности.
Разумеется, детали конструкции и варианты осуществления настоящего изобретения могут значительно отличаться от описанных и показанных в настоящем документе, представленных исключительно в качестве примеров, без искажения принципов настоящего изобретения и соответствуя при этом объему патентной защиты настоящего изобретения.