48707 (Разработка человеко-машинного интерфейса в GraphWorX32)

Содержание

Введение

1. Понятие человеко-машинного интерфейса

1.1 Текстовый (текст ориентированный) интерфейс

1.2 Смешанный (псевдографический) интерфейс

1.3 Графический интерфейс

2. Особенности применения человеко-машинного интерфейса в промышленности

2.1 SCADA-системы: общие понятия и структура

3. Обзор программных средств для разработки человеко-машинного интерфейса

4. Структура SCADA - системы GENESIS 32

4.1 GraphWorX32

4.2 TrendWorX32

4.3 AlarmWorX32

4.4 ScriptWorX32

4.5 DataWorX32

4.6 WebHMI

4.7 AlarmWorX32 Multimedia

4.8 Менеджер экрана Sreen Manager

4.9 DataSpy

4.10 Dr. DCOM

4.11 Сервер администрирования Security Server

4.12 GEN-OPC сервер

4.13 ActiveX ToolWorX

4.14 OPC ToolWorX

5. Среда разработки мнемосхем Graphworx 32

6. Создание мнемосхемы модели дискретно-непрерывного технологического процесса

6.1 Создание статических объектов мнемосхемы

6.2 Создание анимационных объектов

6.3 Создание имитации наполнения/опустошения резервуара

6.4 Создание элемента отображения уровня в резервуаре.

6.5 Настройка анимации для изображения миксеров

Заключение

Список литературы

Введение

В настоящее время всё больше сфер человеческой деятельности подвергаются автоматизации. Человек в силу своих физических способностей не может управлять технологическим процессом, например ядерный реактор. Так же автоматизируются те технологические процессы, в которых ошибка является катастрофой и может нанести огромный вред окружающей среде.

С ростом уровня автоматизации сфер производства выросло и число программных продуктов, управляющих технологическими процессами.

В данной дипломной работе пойдёт речь о разработке человеко-машинного интерфейса для технологического процесса в SCADA-системе Graphworx32.

1. Понятие человеко-машинного интерфейса

Человеко-машинный интерфейс довольно широкое понятие. Чтобы понять это понятие надо узнать, что представляет собой понятие интерфейс. Слово интерфейс (от англ. - поверхность раздела, перегородка) определяет место или способ соединения, соприкосновения, связи. Это слово стало популярным в эпоху компьютеризации, но его значение относится к любому сопряжению взаимодействующих систем. Например, вожжи - это главный элемент интерфейса между лошадью и кучером; руль, педали газа и тормоза, ручка КПП - интерфейс водителя для управления автомобилем.

Интерфейсы являются основой взаимодействия всех современных информационных систем. Если интерфейс какого-либо объекта (персонального компьютера, программы, функции) не изменяется (стабилен, стандартизирован), это даёт возможность модифицировать сам объект, не перестраивая принципы его взаимодействия с другими объектами. То есть, научившись работать с одной программой, например, под Windows, пользователь с лёгкостью освоит и другие, потому что они имеют одинаковый интерфейс.

В вычислительной системе взаимодействие может осуществляться на пользовательском, программном и аппаратном уровнях. В соответствии с этой классификацией можно выделить:

интерфейс командной строки: инструкции компьютеру даются путём ввода с клавиатуры текстовых строк (команд);

графический интерфейс пользователя: программные функции представляются графическими элементами экрана;

диалоговый интерфейс;

естественно - языковой интерфейс: пользователь "разговаривает" с программой на родном ему языке.

Из этого вытекает понятие пользовательского интерфейса. Пользовательский интерфейс - это совокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами. Разобрав понятие интерфейс можно перейти к человеко-машинному интерфейсу.

Так что же представляет собой человеко-машинный интерфейс. Человеко-машинный интерфейс - это широкое понятие, охватывающее инженерные решения, обеспечивающие взаимодействие оператора с управляемыми им машинами. Создание систем человеко-машинного интерфейса тесно связано с эргономикой (Эргономика - научная дисциплина, комплексно изучающая производственную деятельность человека и ставящая целью её оптимизацию), но не тождественно ей. Проектирование ЧМИ включает в себя создание рабочего места: кресла, стола, или пульта управления, размещение приборов и органов управления, освещение рабочего места, а, возможно, и микроклимат. Далее рассматриваются действия оператора с органами управления, их доступность и необходимые усилия, согласованность (непротиворечивость) управляющих воздействий и "защита от дурака", расположение дисплеев и размеры надписей на них.

Сложность создания человеко-машинного интерфейса состоит в том, что данные, которые нужно “донести” до пользователя, нужно “донести” так, чтобы пользователю было это “донесение” удобным и понятным.

Человеко-машинный интерфейс условно можно разделить на 3 подгруппы: текстовый (текст ориентированный) интерфейс; смешанный (псевдографический) интерфейс; графический интерфейс.

1.1 Текстовый (текст ориентированный) интерфейс

Как пример к такому виду человеко-машинного интерфейса можно привести интерфейс командной строки DOS или Shell - интерпретатор Linux. Пользователь взаимодействует с вычислительной системой с помощью клавиатуры, набирая специальные команды, для задания различных опций служат параметры. Система как ответ на действия пользователя тоже выдаёт или сообщения, или результат выполнения введенной команды, опять же в текстовом виде. Курсор может иметь вид мигающего прямоугольника или чёрточки, обозначающей место ввода. В таком режиме можно взаимодействовать лишь с одной программой, хотя потенциально могут выполняться несколько различных программ. Управлять взаимодействием этих программ можно лишь только опять с командной строки, причём проверить результат можно только по окончанию работы.

Рис. 1. Текстовый интерфейс режима MS DOS.

Для эффективного использования их пользователю необходимо знать синтаксис всех команд, плюс знать, какие нужно использовать ключи или опции для каждой из них. Это является главным недостатком этой подгруппы человеко-машинных интерфейсов. Кроме того, текстовая природа выводимых данных делает трудной, а под час и совершенно невозможной работу с определённым классом приложений, в первую очередь графических, или тех, где используются разнородные данные, например Web-браузеры.

В основном текстовый интерфейс применяется в таких сферах, как операционные системы, чаты и компьютерные игры. В операционных системах такой вид интерфейсов применяется как командная строка.

Единственной нишей, где подобный тип человеко-машинных интерфейсов сохранился и имеет более или менее прочные позиции, является удалённый доступ для администрирования или настройки сервера, когда требуется лишь shell-доступ, и в наличии есть только канал с ограниченной пропускной способностью.

Но с другой стороны преимуществом данного вида человеко-машинного интерфейса в том, что этот вид интерфейса требует определённой культуры поведения и чёткости мысли пользователя. Например, в Windows после нажатия Ctr-Alt-Del ошибка в позиционировании курсора на 20-30 точек влечет за собой или завершение выполнения одной программы, или завершения работы всей системы. В режиме командной строки такой ошибки не получится. Для выхода там как минимум нужно набрать совсем другую последовательность, "logout", "exit" или еще что-то столь же приметное, что с другой командой спутать не получится. Или, например, чтобы отформатировать дискету, нужно “пройти" через кучу окон и задать много опций, вместо того, чтобы набрать всем понятную команду format a: \. Получается, что текстовый вид интерфейсов останется как интерфейс там, где работают именно профессионалы, и где не требуется сомнительных удобств и красот в ущерб функциональности и гибкости.

1.2 Смешанный (псевдографический) интерфейс

В первую очередь следует различать понятия “оконный” и “графический” интерфейсы. “Оконный” базируется на принципе разделения реального окна монитора (или виртуального десктопа намного большего размера, чем физический дисплей) на прямоугольные области, внутри каждой из которых определенная программа направляет свой вывод и откуда получает команды. Никто и нечто не ставит никаких ограничений на природу этих окон - это могут быть как независимые текстовые терминалы, так и окна, куда выводиться графика (как результат работы, так и элементы интерфейса). А термин "графический" означает, что все выводиться в графическом режиме, так что может быть как оконный графический интерфейс, когда каждое окно отображает графический интерфейс, так и полноэкранный режим, когда выполняется только одна программа, которая осуществляет вывод в графическом режиме. То есть, оконный не обязательно графический, а графический не всегда оконный. Псевдографический интерфейс обособлен присутствием графических интерфейсных элементов, например, кнопки, индикаторы процесса выполнения, меню. Как пример можно привести известную программу FAR

Рис. 2. Псевдографический интерфейс оболочки FAR.

Для пользования этой системой уже не нужно наизусть помнить многочисленные команды и опции, сообщения имеют более удобный и привычный вид. Но интерфейс все равно остается текст ориентированным, а значит трудности с отображением различных данных остаются - о типе файла можно узнать только по расширению, а не как в Windows - еще и по иконке.

Псевдографический человеко-машинный интерфейс является промежутком между чисто текстовым интерфейсом и графическим. Такой вид человеко-машинного интерфейса в большинстве случаев обладает всеми преимуществами текстового интерфейса (использование мощных языков, расширяемость), и устраняет некоторые недостатки (позволяет легче управлять системой, нагляднее представить файловую систему, например). Но большинство недостатков практически те же - бедность вариантов представления данных, невыразительность интерфейса, нарастающая сложность при попытке перенести команду с множеством опций в режим, когда в окне нужно просто выбрать нужные пункты - на рис.2 видно, что в окне команды "Копировать" есть пункт "Дерево", выбор которого приведет к открытию еще одного окна, с деревом каталогов - так что уже есть где запутаться, тем более что переключаться произвольным образом между окнами нельзя.

1.3 Графический интерфейс

Графический человеко-машинный интерфейс - это система средств для взаимодействия пользователя с компьютером, основанная на представлении всех доступных пользователю системных объектов и функций в виде графических компонентов экрана (окон, значков, меню, кнопок, списков и т.п.). При этом, в отличие от текстового интерфейса, пользователь имеет произвольный доступ (с помощью клавиатуры или устройства координатного ввода типа "мышь") ко всем видимым экранным объектам.

Впервые Графический интерфейс был предложен учёными из исследовательской лаборатории Xerox PARC в 1970-х. В 1973 году в лаборатории Xerox PARC собирают молодых людей, недовольных политикой США (война во Вьетнаме) и дают свободу исследований. В результате на свет появляется концепция графического интерфейса WIMP (Windows, Icons, Menus, Point-n-Click). В рамках этой концепции создаётся компьютер Alto.

Графический интерфейс со своей многозадачностью был использован в 1985 году в операционной системе AmigaOS.

К этому виду интерфейсов относятся такие системы как, Mac OS, Solaris, GNU/Linux, Microsoft Windows, NeXTSTEP,

В графическом человеко-машинном интерфейсе все элементы пользовательского интерфейса, как и сами данные в окнах, отображаются в графическом режиме, с помощью 256, 16-битной или 32-битной глубины цветового буфера. Это позволяет сформировать привлекательные с точки зрения пользователя окна, кнопки, пиктограммы, ползунки, индикаторы. В таком режиме "объемность" интерфейсных элементов достигается с помощью искусственных приемов - например, за несколько пикселей до края рамки окна дают полоску белого толщиной в один пиксель - появляется иллюзия того, что рамка как бы выпукла.

Общим для всех систем с графическим интерфейсом есть понятие окна. Окно - прямоугольная область экрана, куда программа выводит свои данные и откуда получает команды. Есть два различных подхода.

Первый - это десктоп. Десктоп - это окно, которое имеет максимальные размеры и занимает весь экран. Как пример можно рассмотреть 2 скриншота системы Microsoft Windows.

Рис.3. Оконная система ОС Microsoft Windows 98. Окно занимает максимальную область десктопа.

На рисунке 3 видно, что внизу, на панели задач, в данный момент открыто множество других окон.

Но сейчас они не активны, и что особенно, навигация между ними очень затруднена - панель задач имеет маленькие размеры, а окон много поэтому их заголовки отображаются сокращенно, и, как видно, по ним абсолютно нельзя сказать, что открыто в том или ином окне. Вот и главный недостаток подобной системы - при превышении некого лимита открытых окон практически невозможно при свернутом состоянии определить, что же там отображается. Значит, для поиска нужного окна сначала требуется по очереди открывать все окна и просматривать - как минимум, эта процедура занимает много времени. Следующий вариант - держать открытыми сразу много окон (в смысле - отображать все окна, просто с разной степенью "раскрытия" и перекрытия между соседними).