JP6956280B2 - SCADA Web HMIシステム - Google Patents

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Description

本発明は、SCADA HMIに係り、特に、Webブラウザ上でSCADA HMIが動作するSCADA Web HMIシステムに関する。
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)は、社会インフラシステムを監視制御する仕組みとして知られている。社会インフラシステムは、鉄鋼圧延システム、電力送変電システム、上下水道処理システム、ビル管理システム、道路システムなどである。
SCADAは、産業制御システムの一種であり、コンピュータによるシステム監視とプロセス制御を行う。SCADAでは、システムの処理性能に合わせた即応性(リアルタイム性)が必要である。
SCADAは一般に次のようなサブシステムから構成される。
(1)HMI(Human Machine Interface)
HMIは、対象プロセス(監視対象装置)のデータをオペレータに提示し、オペレータがプロセスを監視し制御できるようにする機構である。例えば特許文献1には、SCADAクライアント上で動作するHMI画面を備えるSCADA HMIが開示されている。
(2)監視制御システム
監視制御システムは、プロセス上の信号データを収集し、プロセスに対して制御コマンドを送る。PLC(Programable Logic Controller)などによって構成される。
(3)遠方入出力装置(Remote Input Output:RIO)
遠方入出力装置は、プロセス内に設置されたセンサと接続し、センサの信号をデジタルのデータに変換し、そのデジタルデータを監視制御システムに送る。
(4)通信基盤
通信基盤は、監視制御システムと遠方入出力装置を接続する。
日本特開2017−27211号公報
上述したサブシステムの1つであるHMIサブシステムの開発における課題について説明する。
SCADAは、システム運用者からの発注に基づき開発される。SCADAメーカーは、発注者(ユーザ)からの要求仕様に基づき、HMIの画面・図面設計を行い、要求仕様と齟齬がないか発注者に確認し画面や図面を調整する。画面は複数の図面を組み合わせて構成されている。画面や図面のデザインには、汎用の図面エディタが用いられる。汎用の図面エディタは、例えば、Microsoft Visio(登録商標)であり、高度な図面編集機能を有する。
従来、SCADAメーカーは、発注者の合意が得られた後、図面エディタとは別のエンジニアリングツールにより、HMIサブシステムを開発する。このとき、図面エディタで作成された電子データは用いられず、HMI開発者は、合意が得られた画面や図面に基づいて、新たな図面データをエンジニアリングツールにより手作業で入力する。さらに、HMI開発者は、HMI画面の監視制御機能を発揮させるために、HMI画面上に配置される各パーツの処理プログラムを、エンジニアリングツールで作る必要がある。そのため、エンジニアリングツールによるHMI開発には相応の労力が必要である。図面データの再入力をなくすため、エンジニアリングツールに図面エディタの機能を搭載することも考えられるが、図面エディタが有する高度な図面編集機能をエンジニアリングツールで実現することは困難である。HMI開発における図面データの再入力や各パーツの処理プログラムの作成をなくし、HMI開発を効率化することが期待されている。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、効率的にHMIサブシステムを開発できるSCADA Web HMIシステムを提供することを目的とする。
上記目的の達成のため、本発明に係るSCADA Web HMIシステムは以下のように構成される。
本発明に係るSCADA Web HMIシステムは、パーツが配置された図面を作成可能な図面作成装置と、監視対象装置に接続し監視対象装置の状態を表示するHMI端末装置と、を備える。
図面作成装置は、製図部と、パーツランタイム属性生成部と、HMI図面データ出力部とを備える。
製図部は、パーツが配列されたステンシルエリアと、図面が描かれる製図エリアとを表示する。また、製図部は、開発者に選択されたステンシルエリア上のパーツを製図エリアの図面上に配置可能である。
パーツランタイム属性生成部は、製図エリアの図面上に配置されたパーツと監視対象装置とを関連付ける固有の名称(固有の信号名称)と、監視対象装置からの信号データの変化に応じたパーツの動的な表示内容と、を関連付けたパーツランタイム属性データを自動生成する。好ましくは、パーツランタイム属性生成部は、製図エリアの図面上にパーツが配置されたときに、パーツランタイム属性データを自動生成する。
HMI図面データ出力部は、製図エリアに描かれたパーツが配置された図面のベクターデータと、パーツランタイム属性データとを出力する。
また、HMI端末装置は、Webブラウザと、HMI Webランタイムとを予め備える。
Webブラウザは、少なくとも1つの図面を表現するベクターデータを読み込んでHMI画面を表示する。HMI画面は、ベクターデータで定義された図面を複数組み合わせて構成されている。
HMI Webランタイムは、パーツランタイム属性データを、予め用意されたスクリプトの設定パラメータとして読み込んで、Webブラウザ上で動作する。HMI Webランタイムは、パーツの種類毎に固有の処理内容を予め定めたライブラリであり、読み込んだ設定パラメータに基づいてHMI画面上の1のパーツが特定され、当該パーツの固有の処理を担う。すなわち、同種パーツであっても、各パーツに設定される設定パラメータ(例えば固有の信号名称)は異なるため、各パーツの動作は異なる。HMI Webランタイムは、設定パラメータに従って、パーツと監視対象装置とを関連付ける。また、HMI Webランタイムは、監視対象装置から固有の信号名称に対応する信号データを受信したときに、HMI画面上で、設定パラメータに従って固有の信号名称に対応するパーツの表示を変化させる。
1つの好ましい態様では、HMI画面は、複数のエリアで構成され、各エリアには図面エディタで作成された図面のベクターデータが配置される。Webブラウザは、HMI画面を構成する各エリアに表示する図面を、縦横比を固定したまま、図面の長辺又は短辺がエリア枠に内接し且つ図面全体がエリア内に収まるようにリサイズする。ここで、各図面は、同一倍率でリサイズされるように図面エディタにより作成されている。
好ましくは、ベクターデータは、Scalable Vector Graphics(SVG)フォーマットのデータである。同一倍率nは、vpwをエリアのview portの横画素数、vphをエリアのview portの縦画素数、vbwを図面のview boxの横画素数、vbhを図面のview boxの縦画素数とした場合に、n=min(vpw/vbw,vph/vbh)である。
他の1つの好ましい態様では、パーツ固有処理部は、HMI画面上で新たなウィンドウを開くボタンパーツが押された場合に、ボタンパーツの表示位置から長さの単位で指定された相対位置に新たなウィンドウを表示する。長さの単位は、例えばインチ又はミリメートル単位である。
本発明によれば、図面作成装置は、HMI画面を構成する図面のベクターデータとパーツランタイム属性データをノンプログラミングで生成できる。HMI端末装置は、Webブラウザにベクターデータを読み込ませてHMI画面を表示できる。また、HMI端末装置は、パーツランタイム属性データを設定パラメータとして、HMI WebランタイムをWebブラウザ上で動作させることができる。これによりノンプログラミングでHMI画面上の個々のパーツを機能させることができる。したがって、HMI開発者は、HMIサブシステムをWebアプリケーションとして、ノンプログラミングで効率的に開発可能である。特に、HMIサブシステムの開発において、図面データの再入力、プログラミング、デバックの作業コストを軽減できる。
SCADAのシステム構成を示す図である。 図面エディタが表示する図面作成画面の一例である。 パーツランタイム属性データを編集するための編集画面の一例である。 HMI端末装置のWebブラウザ上で動作するHMI Webランタイムの構成について説明するための図である。 SCADA HMIで必要となる代表的なパーツについて説明するための図である。 SCADA Web HMIシステムが有するハードウェア構成例を示すブロック図である。 HMI画面の構成について説明するための図である。 各図面がレイアウト図面内の対応するエリアにロードされたときのHMI画面の表示例である。 図面をエリアへロードする方法について説明するための図である。 図面解像度、SVG解像度、エリアの画像のサイズについて説明するための図である。 解像度、画像の大きさ、見た目の大きさの関係を示す図である。 新たなウィンドウを開いてSVGをロードするときの解像度調整ロジックについて説明するための図である。 HMI画面上のウィンドウの表示位置について説明するための図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。但し、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
実施の形態1.
<全体システム>
図1は、SCADAのシステム構成を示す図である。SCADAは、HMI3、監視制御システム4、通信基盤5、RIO6をサブシステムとして備え、監視対象装置7に接続する。本明細書では、SCADA HMI実行環境であるHMI3と、SCADA HMI開発環境である図面作成装置1とを含めてSCADA Web HMIシステムと称する。
監視制御システム4、通信基盤5、RIO6に関する説明は、背景技術で述べた通りであるため省略する。監視対象装置7は、監視制御対象のプラントを構成するセンサ、アクチュエータなどである。
図面作成装置1は、図面エディタ11を備える。開発環境である図面作成装置1は、図面エディタ11によりHMI図面データ2を生成する。HMI図面データ2は、ベクターデータであるSVG(Scalable Vector Graphics)データ21と、パーツランタイム属性データ22を含む。
HMI3(HMIサブシステム)は、HMIサーバ装置31と、HMI端末装置32とを備える。実行環境であるHMI3は、HMI図面データ2を読み込んでWebブラウザ321上で動作するHMI Webランタイム322(Webアプリケーション)と、HMI Serverランタイム311とが協調し、HMIサブシステムとして動作する。
<図面作成装置>
図面作成装置1が備える図面エディタ11は、高度な図面編集機能と、図面データをSVG形式で保存できる機能を有する。図面エディタ11は、一例として、Microsoft Visio(登録商標)である。
図面作成装置1上で動作する図面エディタ11は、製図部12と、パーツランタイム属性生成部13と、HMI図面データ出力部14とを備える。図2を参照して、製図部12により表示される図面作成画面について説明する。図2は、図面エディタ11が表示する図面作成画面の一例である。
製図部12は、ディスプレイ1c(図6)上に、図面を作成するために必要なパーツのプロトタイプが配列されたステンシルエリア121と、図面が描かれる製図エリア122とを並べて表示する。また、製図部12は、入出力インタフェース1d(図6)を用いて、開発者に選択されたステンシルエリア121上のパーツを、製図エリア122の図面上に配置可能である。
図2の例では、ステンシルエリア121には、DI(Digital Input)/DO(Digital Output)信号パーツのプロトタイプ121a、AI(Analog Input)/AO(Analog Output)信号パーツのプロトタイプ121b,AI信号パーツのプロトタイプ121c、図面ボタンパーツのプロトタイプ121d、ウィンドウ表示パーツのプロトタイプ121e、エリアパーツのプロトタイプ121f、クロックパーツのプロトタイプ121g、アラームメッセージリストのプロトタイプ121hが表示されている。補足すると、121aは、ランプ付きプッシュボタンであり、ランプ表示用のDIとボタン操作用のDOを有する。
パーツの種類はこれに限定されるものではなく、代表的なパーツには、DO(Digital Output)信号パーツ、AO(Analog Output)信号パーツ、図面切り替えパーツ、アラームボタンパーツなどもある。これらのパーツのプロトタイプもステンシルエリア121に表示されうる。
また、上述したDI信号パーツには、PL(ランプ付きプッシュボタン)やSL(シグナルランプ)などの種別がある。PLについては、更にPL1、PL2(二者択一ボタン)、PL3(三者択一ボタン)がある。図2に表示されているDI/DO信号パーツはPL2である。
HMI画面の開発者は、図2のステンシルエリア121上のパーツをコピー(ドラッグアンドドロップ)し、製図エリア122の図面上の任意の位置に配置可能である。図2のパーツ122a〜122hは、開発者がステンシルエリア121からパーツのプロトタイプ121a〜121hをコピーして、製図エリア122の図面上に配置したものである。このようにして、製図エリア122に、パーツが配置された図面が作成される。パーツは、色、形、位置、大きさなどの静的表示属性を有する。静的表示属性は、製図エリア122上で変更可能である。
このように、HMI画面を構成する各図面は、ステンシルをパーツとして図面上に配置し、静的表示属性を設定することにより生成される。
図1に戻り説明を続ける。パーツランタイム属性生成部13は、製図エリア122の図面上にパーツが配置されたときに、当該パーツに固有の、パーツランタイム属性データを自動生成する。例えば、パーツランタイム属性生成部13は、DI信号パーツが配置されたときに、当該パーツと監視対象装置7とを関連付ける固有の信号名称(アイテム)と、監視対象装置7からの信号データの変化に応じた当該パーツの動的な表示内容と、を関連付けたパーツランタイム属性データを自動生成する。
具体的には、パーツ固有の信号名称は、画面ID、画面内のデバイス番号、パーツ種別を組み合わせて生成される。例えば、画面ID「G1」、デバイス番号「1」、パーツ種別「PL1A」について、パーツ固有の信号名称「G1_1PL1A_CMD」と「G1_1PL1A_SL」とが生成される。「G1_1PL1A_CMD」は、HMIからPLCへ送信される制御コマンドに対応する信号名称である。「G1_1PL1A_SL」はPLCからHMIへ送信される信号データに対応する信号名称である。このようにパーツは信号名称を介して信号データや制御コマンドと関連付けられる。
また、パーツの動的な表示内容として、例えば信号データの値がONからOFFに変化した場合にパーツPL1Aの色をOFF色(ON色とは別の色)に変化させるために、OFF色の色コードが指定される。
HMI画面の監視制御機能を発揮させるために、図面上の各パーツについて生成されたパーツランタイム属性データは、HMIサブシステムの実行時に読み込まれる。
HMI図面データ出力部14は、製図エリア122に描かれたパーツが配置された図面のSVGデータ21と、パーツランタイム属性データ22とを含むHMI図面データ2を出力する。SVGデータ21は、SVGエレメントの属性として、配置されたパーツの静的表示属性(色、形、位置、大きさ)を含む。
また、図面エディタ11は、パーツランタイム属性データを編集する機能を備える。図3は、パーツランタイム属性データを編集するための編集画面の一例である。例えば、図3に示すパーツPL1Aは、信号データの値と関連付けられ、その信号データの値がONの場合の色(ON色)は、静的表示属性として設定されている。また、信号データの値がOFFに変化した場合の色(OFF色)は、パーツのランタイム属性として設定されている。本編集機能により、パーツランタイム属性生成部13により自動生成された信号名称やOFF色の色コードを変更できる。
<HMI端末装置>
HMI端末装置32は、Webブラウザ321と、HMI Webランタイム322とを予め備える。
Webブラウザ321は、少なくとも1つのSVGデータ21を読み込んでHMI画面を表示する。HMI画面は、ベクターデータで定義された図面を複数組み合わせて構成されている。
SVG形式の図面(SVGデータ21)は、HMI Webランタイム322によってWebブラウザ321が管理するDOM(Document Object Model)(図示省略)に読み込まれ、描画される。HMI Webランタイム322が、HMI画面上のパーツの色変えのためにDOM内のSVGエレメントの変更を行った場合、Webブラウザ321はその変更を検知して、HMI画面を更新する。
HMI Webランタイム322は、HMI図面データ2を設定パラメータとして読み込んでWebブラウザ321上で動作する。HMI Webランタイム322は、パーツの種類毎に固有の処理内容を予め定めたライブラリであり、読み込んだ設定パラメータに基づいてHMI画面上の1のパーツが特定され、当該パーツの固有の処理を担う。すなわち、同種パーツであっても、各パーツに設定される設定パラメータ(例えば固有の信号名称)は異なるため、各パーツの動作は異なる。
図4は、HMI端末装置32のWebブラウザ321上で動作するHMI Webランタイム322の構成について説明するための図である。HMI Webランタイム322は、設定パラメータに従ってパーツと監視対象装置7とを関連付ける。また、HMI Webランタイム322は、監視対象装置7から固有の信号名称に対応する信号データを受信したときに、HMI画面上で、設定パラメータに従って固有の信号名称に対応するパーツの表示を変化させる。
より詳細には、HMI Webランタイム322は、パーツ固有処理部322a、SVGデータ読込処理部322c、信号データ受信部322d、図面更新部322e、イベント処理部322f、制御コマンド送信部322gを備える。
SVGデータ読込処理部322cは、SVGデータ21を読み込む。パーツ固有処理部322aは、SVGデータ21の静的表示属性をパーツ管理情報322bに含める。パーツ固有処理部322aは、SVGデータ21に含まれるパーツ毎に、これに対応するパーツランタイム属性データ22を読み込み、パーツ管理情報322bに含める。
パーツ固有処理部322aは、後述するパーツの種類毎に固有の処理内容が予め定められたライブラリ(JavaScript(登録商標)プログラム)に、パーツ管理情報322bを設定パラメータとして適用して、HMI画面上の個々のパーツを機能させる。例えば、DI信号パーツについて、HMI画面上の各パーツと監視対象装置とを関連付ける固有の信号名称と、当該信号名称に対応する信号データの変化に応じたパーツの動的な表示内容が、パーツ管理情報322bに用意され、これらを設定パラメータとして各パーツの固有処理が実現される。
信号データ受信部322dは、監視対象装置7からの信号データをHMI Serverランタイム311を介して受信する。パーツ固有処理部322aは、パーツ管理情報322bに基づいて受信した信号データに対応するパーツを特定し、図面上のパーツ表示の更新指示を決定する。例えば、更新指示は、信号データの値がOFFである場合にDOM内のSVGエレメントの色属性値をOFF色の色コードに変更する指示である。この特定パーツへの更新指示は図面更新部322eへ送信される。ディスプレイ32cに表示されたWebブラウザ321上の特定パーツは更新指示に基づいて表示が変化する。
また、イベント処理部322fは、各パーツに関連するキーボードまたはマウスイベントを検出する。パーツ固有処理部322aは、パーツ管理情報322bに基づき、検出したイベントに対応する制御コマンドを決定する。制御コマンド送信部322gは、HMI Serverランタイム311へ制御コマンドを送信する。
図5は、SCADA HMIで必要となる代表的なパーツについて説明するための図である。従来技術のHMIサブシステムの構築手法では、各パーツの機能をプログラミングする必要があった。これに対し、本実施形態に係るSCADA Web HMIシステムでは、パーツの種類毎に固有処理8a〜8kをランタイムライブラリとして事前に準備する。そして、パーツ種別毎に固有処理を記述したプログラムは、設定パラメータとしてパーツ管理情報322b中の属性値を適用して、そのパーツの機能を発揮できる。そのため、HMI開発者は、ノンプログラミングでHMIサブシステムを構築することが可能である。
DI信号パーツ固有処理8aは、デジタル信号データを受信し、データの値により、パーツの表示色、形を変化させる。ランタイム属性は、デジタル信号名、信号OFF時の表示色、形である。
DO信号パーツ固有処理8bは、マウスクリックなどのイベントを検知して一時的にパーツの表示色、形を変化させるとともに制御コマンドを送出する。ランタイム属性は、デジタル信号名、データ送出時の表示色、形である。
AI信号パーツ固有処理8cは、アナログ信号データを受信し、信号の値により、データ表示形態の指定に従い、値を表示する。ランタイム属性は、アナログ信号名、データの表示形態(「9999.99」など)である。
AO信号パーツ固有処理8dは、マウスやキーボードからの入力を処理し、アナログ値を生成し、データ表示形態の指定に従い、値を表示するとともに、その値を送出する。ランタイム属性は、アナログ信号名、データの表示形態(「9999.99」など)である。
エリアパーツ固有処理8eは、エリアパーツが示す領域に図面のSVGをロードする。ランタイム属性は、図面名である。
図面ボタンパーツ固有処理8fは、図面のSVGをロードしメインエリアに表示する。ランタイム属性は、図面名である。
図面切り替えパーツ固有処理8gは、図面名リストを表示し、オペレータが選択した図面のSVGをロードしメインエリアに表示する。ランタイム属性は、図面名リストである。
ウィンドウ表示パーツ固有処理8hは、指定された位置にウィンドウを作成し、ウィンドウ内に図面のSVGをロードする。ランタイム属性は、ウィンドウ位置、ウィンドウ内に表示する図面名である。
アラームボタンパーツ固有処理8iは、アラームメッセージを受信し、そのアラームのレベルに従って、パーツの色、形を変化させる。各アラームレベルの表示色、形である。
アラームメッセージリスト固有処理8jは、アラームメッセージを受信し、データグリッドの形状に合わせてアラームメッセージを表示する。また、マウスイベントを検知してアラーム確認の制御コマンドを送出する。ランタイム属性は、データグリッド(データ構造を表示するテーブル)の形状である。
クロックパーツ固有処理8kは、現在時刻をシステムから取得し、時刻表示形態のフォーマットで現在時刻をパーツ上に表示する。ランタイム属性は、時刻表示形態である。
<HMIサーバ装置>
HMI Serverランタイム311は、HMIサーバ装置31上で動作する。HMI Serverランタイム311の処理は以下の通りである。
(1)アプリケーションサーバを内蔵し、Webブラウザ321に対して、HMI Webランタイムコンテンツを供給する。
(2)監視制御システム4と通信し、監視対象装置7からの信号データをHMI Webランタイム322に送信するとともに、HMI Webランタイム322からの制御コマンドを監視制御システム4へ送信する。
以上説明したように、本実施形態のSCADA Web HMIシステムによれば、図面作成装置1は、HMI画面を構成する図面のSVGデータ21とパーツランタイム属性データ22をノンプログラミングで生成できる。HMI端末装置32は、Webブラウザ321にSVGデータ21を読み込ませてHMI画面を表示できる。また、HMI端末装置32は、パーツランタイム属性データ22を設定パラメータとして、HMI Webランタイム322をWebブラウザ321上で動作させることができる。これによりノンプログラミングでHMI画面上の個々のパーツを機能させることができる。したがって、HMI開発者は、HMIサブシステムをWebアプリケーションとして、ノンプログラミングで効率的に開発可能である。特に、HMIサブシステムの開発において、図面データの再入力、プログラミング、デバックの作業コストを軽減できる。
Webアプリケーションを作成する場合、従来はHTML、CSS、JavaScript(登録商標)などWeb固有の技術の習得が必要である。しかし、本システムを用いれば、HMI開発者はこうしたWeb固有の技術の習得は不要となり、HMIを構築するための図面設計とデータ属性の定義により、HMIサブシステムが構築可能となる。
<ハードウェア構成例>
SCADA Web HMIシステムの主要部のハードウェア構成について図6を参照して説明する。図6は、SCADA Web HMIシステムが有するハードウェア構成例を示すブロック図である。
図1に示す図面作成装置1の各部は、図面作成装置1が有する機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサ1aと、メモリ1bと、ディスプレイ1cと、入出力インタフェース1dとが接続して構成されている。入出力インタフェース1dは、キーボード、マウス等の入力デバイス、HMI図面データ2をファイル出力可能なデバイスである。プロセッサ1aは、メモリ1bに記憶された各種プログラムを実行することにより、図面作成装置1の各部の機能を実現する。
図1に示すHMI端末装置32の各部は、HMI端末装置32が有する機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサ32aと、メモリ32bと、ディスプレイ32cと、入力インタフェース32dとが接続して構成されている。入力インタフェース32dは、キーボード、マウス等の入力デバイス、HMI図面データ2を読込可能なデバイスである。また、処理回路は、HMIサーバ装置31と接続し信号データおよび制御コマンドを送受信可能なネットワークデバイス(図示省略)も備える。プロセッサ32aは、メモリ32bに記憶された各種プログラムを実行することにより、HMI端末装置32の各部の機能を実現する。
図1に示すHMIサーバ装置31の各部は、HMIサーバ装置31が有する機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。処理回路は、プロセッサ31aと、メモリ31bと、ネットワークインタフェース31dとが接続して構成されている。ネットワークインタフェース31dは、監視制御システム4とHMI端末装置32と接続し、信号データおよび制御コマンドを送受信可能なデバイスである。プロセッサ31aは、メモリ31bに記憶された各種プログラムを実行することにより、HMIサーバ装置31の各部の機能を実現する。
実施の形態2.
次に、図7〜図13を参照して本発明の実施の形態2について説明する。上述した実施の形態1のSCADA Web HMIシステムにおいて、Webブラウザ321(図1)上に表示されるHMI画面は、複数のエリアで構成され、各エリアには図面エディタ11で作成された図面のベクターデータが配置される。
図7を参照して、HMI画面の具体的な構成について説明する。HMI画面は、ヘッダー図面71、メイン図面72、フッター図面73の3つの図面の他に、レイアウト図面74を組み合わせて構成される。レイアウト図面74は、ヘッダーエリア、メインエリア、フッターエリアの3つのエリアパートを含む図面であり、HMI画面のレイアウトを定める。それぞれのエリアパートには、そのエリアに読み込まれる図面名がパーツランタイム属性として指定される。HMI Webランタイム322(図1)は、最初にWebブラウザ321(図1)上にレイアウト図面74を読み込み、レイアウト図面74を構成する3つのエリアパートに対応する図面71〜73のSVGデータをロードすることにより、HMI画面を作成する(図5,エリアパーツ8e)。なお、レイアウト図面74を構成するエリアパートに、ステータス図面を配置するためのエリアパートを加えてもよい。
Webブラウザ321にHMI画面を表示する場合の問題点について説明する。以下の説明では、図7のように3つのエリアを持つレイアウト図面74上に、図面のSVGデータがロードされてHMI画面が構成されるものとする。各エリアにロードされるヘッダー図面71、メイン図面72、フッター図面73には、同じ種類のパーツ(例えばDI信号パーツ)が配置されているとする。
図8は、各図面がレイアウト図面74内の対応するエリアにロードされたときのHMI画面の表示例である。Webブラウザ321は、HMI画面を構成する各エリアに表示する図面を、縦横比を固定したまま、図面の長辺又は短辺がエリア枠に内接し且つ図面全体がエリア内に収まるようにリサイズ(内接リサイズ)して表示する。
このように表示する場合、図面エディタ11で作成する図面の大きさにルールを設けずに個々に作成してしまうと、HMI画面上のパーツの見た目の大きさに不統一が生じてしまう。図8に示すように、ヘッダー図面71、メイン図面72、フッター図面73上には、同じ種類のパーツが配置されているにも関わらず、各図面間でパーツの見た目の大きさが異なって表示されてしまう。
そこで、統一のとれたHMI画面を表示するため、本実施形態では、各図面が同一倍率nでリサイズされるように、図面エディタ11により作成する図面の大きさに一定のルールを設けることとした。
SVG形式の図面では、view boxという定義で図面の画像の大きさが表される。一方、エリアが画面上に表示されているときは、view portという定義でエリアの画像の大きさが表される。view boxもview portも縦と横の長さの単位は、pixelである。
レイアウト図面74内のエリアへ図面をロードする際、図面のview boxがエリアのview portに丁度収まるように、SVG形式の図面の拡大または縮小される。エリアと図面の画像の大きさの縦横比が一致しない場合は、以下の比率nで、拡大または縮小してロードする。このnをビューポート/ビューボックス比と呼ぶ。
n=min(vpw/vbw,vph/vbh)
ここで、
vpw:エリアのview portの横サイズ[pixel]
vph:エリアのview portの縦サイズ[pixel]
vbw:図面のview boxの横サイズ[pixel]
vbh:図面のview boxの縦サイズ[pixel]
エリアと図面の画像の大きさの縦横比が一致しない場合でも、図面の縦横比は変更されない。そのため、図9に示すように、ロードされる図面がエリアよりも横長の時は上下に余白が生じ、ロードされる図面がエリアよりも縦長の時は上下に余白が生じる。
レイアウト図面74が実際にディスプレイ32c上に表示されているとき、レイアウト図面74内の各エリアは、ディスプレイ32c上に見た目の大きさを持ち、その単位はinchである。エリアの画像の大きさ(pixel)を見た目の大きさ(inch)で割った値は、そのエリアの解像度であり、dpiという単位で表される。同一のディスプレイ上に表示されるエリアの解像度は、ディスプレイの解像度に一致している。
SVGで表される図面も解像度を持ち、Microsoft Visio(登録商標)で生成されるSVGの解像度は72dpiである。SVGで表される図面は、拡大縮小可能なので実際には見た目の大きさを持たないが、解像度72dpiからそのSVGの推奨される見た目の大きさが決まる。また、Microsoft Visio(登録商標)で図面を編集する際の図面の解像度は、96dpiと定められている(図10)。
レイアウト図面の各エリアに図面がロードされた際に図面に含まれるパーツの見た目の大きさが一定になるようにするためには、ビューポート/ビューボックス比nを各図面で一定に保つ必要がある。例えば、SCADA HMIの運用で使用されるディスプレイの解像度をr[dpi]とし、エリアの画像のサイズを(vpw,vph)、SVGのview boxのサイズを(vbw,vbh)、図面の大きさを(gw,gh)とすると、それぞれの解像度、画像の大きさ、見た目の大きさの関係は、図11のようになる。
この関係から、図面のデザイン(レイアウト図面74)と運用されるディスプレイ32cの解像度が決まれば、Microsoft Visio(登録商標)で作成する各図面の見た目の大きさが決まる。例えば、Full HDで26inchのディスプレイを使用する場合、横の長さは約22.6inchで1920pixelなので、約85dpiである。
したがって、このディスプレイを使用した場合のレイアウト図面74内の各エリアにロードされる見た目の大きさは、以下のようになる。
図面がエリアに対して横長の場合:
図面の見た目の横サイズ=vpw/85 [inch]
図面がエリアに対して縦長の場合:
図面の見た目の縦サイズ=vph/85 [inch]
この見た目の大きさで、Microsoft Visio(登録商標)で図面を作成することにより、HMI3の画面上に表示される図面は、Microsoft Visio(登録商標)で作図した見た目の大きさに統一され、バランスのよい図面となる。
<新たなウィンドウの表示>
次に、HMI画面上に新たなウィンドウを表示する場合について説明する。図12は、新たなウィンドウ132を開いてSVGをロードするときの解像度調整ロジックについて説明するための図である。
ウィンドウは、エリアのように固定のサイズを持たないため、ウィンドウにロードされる図面により、ウィンドウの大きさを調整する必要がある。ウィンドウの図面の解像度は、メインエリアにロードされる図面のビューポート/ビューボックス比を基準にして調整される。メインエリアに最初にロードされる図面をデフォルト図面と呼ぶ。デフォルト図面のビューポート/ビューボックス比をNとする。ウィンドウにロードされる図面のview boxの大きさを(vbw,vbh)とすると新たなウィンドウ132の大きさは、(vbw*N,vbh*N)となる。
図13を参照して、HMI画面上に表示される新たなウィンドウの表示位置について説明するための図である。パーツ固有処理部322aは、HMI画面上で新たなウィンドウを開くボタンパーツ131が押された場合に、当該ボタンパーツの表示位置から長さの単位で指定された相対位置に新たなウィンドウ132を表示する(図5,ウィンドウ表示パーツ8h)。
ウィンドウの表示位置は、ウィンドウ表示パーツ8hのランタイム属性として指定され、インチまたはミリメートル単位での相対位置座標(dx,dy)で指定される。これにより、使用されるディスプレイの解像度が異なり、表示される図面の解像度が異なっても、ウィンドウの相対位置は一定である。
上述のように新たなウィンドウを表示させるため、HMI図面の開発者は、次の作図方法に従う。
(1)デフォルト図面は、96dpiでHMI画面上の見た目の大きさと同じ大きさで作図される。
(2)デフォルト図面と同じ解像度で表示したい図面(ヘッダーやフッター、ウィンドウ内の図面など)は、96dpiでHMI画面上の見た目の大きさと同じ大きさで作図される。
(3)ウィンドウ位置は、図面内の相対位置座標(インチ又はミリメートル単位)で指定される。
これにより、ヘッダーやフッター、ウィンドウ内の図面は、使用されるディスプレイの解像度に依存せずに、HMI画面内ですべて一定の解像度で表示され、HMI図面内のパーツも、ステンシル設計時と同じ大きさで表示される。
なお、Webアプリケーションでは、図面はSVGエレメントとしてDOM上に存在するため、容易に拡大縮小可能である。HMIオペレータは、見やすい大きさに拡大縮小する操作が可能である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
1 図面作成装置
11 図面エディタ
12 製図部
13 パーツランタイム属性生成部
14 HMI図面データ出力部
2 HMI図面データ
21 SVGデータ
22 パーツランタイム属性データ
3 HMI
31 HMIサーバ装置
311 HMI Serverランタイム
32 HMI端末装置
321 Webブラウザ
322 HMI Webランタイム
4 監視制御システム
5 通信基盤
6 RIO
7 監視対象装置
121 ステンシルエリア
121a−121h パーツのプロトタイプ
122 製図エリア
122a-122h 製図エリアの図面上に配置されたパーツ
322a パーツ固有処理部
322b パーツ管理情報
322c SVGデータ読込処理部
322d 信号データ受信部
322e 図面更新部
322f イベント処理部
322g 制御コマンド送信部
8a−8k パーツ固有処理
1a、31a、32a プロセッサ
1b、31b、32b メモリ
1c、32c ディスプレイ
1d 入出力インタフェース
31d ネットワークインタフェース
32d 入力インタフェース
71 ヘッダー図面
72 メイン図面
73 フッター図面
74 レイアウト図面
131 ボタンパーツ
132 新たなウィンドウ

Claims (8)

  1. パーツが配置された図面を作成可能な図面作成装置と、監視対象装置に接続し前記監視対象装置の状態を表示するHMI端末装置と、を備えるSCADA Web HMIシステムであって、
    前記図面作成装置は、
    パーツが配列されたステンシルエリアと、図面が描かれる製図エリアとを表示し、選択された前記ステンシルエリア上のパーツを前記製図エリアの図面上に配置可能な製図部と、
    前記製図エリアの図面上に配置されたパーツと前記監視対象装置とを関連付ける固有の名称と、前記監視対象装置からの信号データの変化に応じた当該パーツの動的な表示内容に関するランタイム属性パラメータと、を関連付けたパーツランタイム属性データを自動生成するパーツランタイム属性生成部と、
    前記製図エリアに描かれたパーツが配置された図面のベクターデータと、前記パーツランタイム属性データとを外部へ出力するHMI図面データ出力部と、を備え、
    前記HMI端末装置は、
    前記図面作成装置から出力された少なくとも1つの前記ベクターデータを読み込んでHMI画面を表示するWebブラウザと、
    パーツの種類毎に固有の処理内容を予め定めたライブラリであって、前記図面作成装置から出力された前記パーツランタイム属性データを前記ライブラリに適用される設定パラメータとして読み込んで前記Webブラウザ上で動作するHMI Webランタイムと、を備え、
    前記HMI Webランタイムは、前記設定パラメータに従って、前記パーツと前記監視対象装置とを関連付け、前記監視対象装置から前記固有の名称に対応する信号データを受信したときに、前記HMI画面上で、前記固有の名称に対応する前記パーツの表示を前記ランタイム属性パラメータに応じて変化させること、
    を特徴とするSCADA Web HMIシステム。
  2. 前記HMI画面は、複数のエリアで構成され、各エリアには前記図面作成装置で作成された図面のベクターデータが配置され、
    前記Webブラウザは、前記HMI画面を構成する各エリアに表示する図面を、縦横比を固定したまま、図面の長辺又は短辺がエリア枠に内接し且つ図面全体がエリア内に収まるようにリサイズし、ここで、各図面は、同一倍率nでリサイズされるように前記図面作成装置により作成されていること、
    を特徴とする請求項1記載のSCADA Web HMIシステム。
  3. 前記ベクターデータは、Scalable Vector Graphics(SVG)フォーマットのデータであり、
    前記同一倍率nは、vpwをエリアのview portの横画素数、vphをエリアのview portの縦画素数、vbwを図面のview boxの横画素数、vbhを図面のview boxの縦画素数とした場合に、n=min(vpw/vbw,vph/vbh)であること、
    を特徴とする請求項2記載のSCADA Web HMIシステム。
  4. 前記HMI Webランタイムは、前記HMI画面上で新たなウィンドウを開くボタンパーツが押された場合に、前記ボタンパーツの表示位置からインチ又はミリメートル単位で指定された相対位置に前記新たなウィンドウを表示すること、
    を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のSCADA Web HMIシステム。
  5. パーツが配置された図面を作成可能な図面作成装置と、監視対象装置に接続し前記監視対象装置の状態を表示するHMI端末装置と、を備えるSCADA Web HMIシステムであって、
    前記図面作成装置は、
    第1ディスプレイと、
    プログラムを実行する第1プロセッサと、
    前記第1プロセッサによって実行されると、
    パーツが配列されたステンシルエリアと、図面が描かれる製図エリアとを前記第1ディスプレイに表示し、
    選択された前記ステンシルエリア上のパーツを前記製図エリアの図面上に配置し、
    前記製図エリアの図面上にパーツが配置されたときに、当該パーツと前記監視対象装置とを関連付ける固有の名称と、前記監視対象装置からの信号データの変化に応じた当該パーツの動的な表示内容に関するランタイム属性パラメータと、を関連付けたパーツランタイム属性データを自動生成し、
    前記製図エリアに描かれたパーツが配置された図面のベクターデータと、前記パーツランタイム属性データとを外部へ出力する、
    処理を行うプログラムを記憶する第1メモリと、を備え、
    前記HMI端末装置は、
    Webブラウザを表示する第2ディスプレイと、
    プログラムを実行する第2プロセッサと、
    パーツの種類毎に固有の処理内容を定めたライブラリを予め記憶し、かつ、
    前記第2プロセッサにより実行されると、
    前記図面作成装置から出力された少なくとも1つの前記ベクターデータを読み込んでHMI画面を前記Webブラウザに表示し、
    前記Webブラウザの実行時に、前記図面作成装置から出力された前記パーツランタイム属性データを前記ライブラリに適用される設定パラメータとして読み込み、
    前記設定パラメータに従って前記パーツと前記監視対象装置とを関連付け、
    前記監視対象装置から前記固有の名称に対応する信号データを受信したときに、前記第2ディスプレイに表示される前記HMI画面上で、前記設定パラメータに従って前記固有の名称に対応する前記パーツの表示を前記ランタイム属性パラメータに応じて変化させる、
    処理を行うプログラムを記憶する第2メモリと、
    を備えるSCADA Web HMIシステム。
  6. 前記HMI画面は、複数のエリアで構成され、各エリアには前記図面作成装置で作成された図面のベクターデータが配置され、
    前記Webブラウザは、前記HMI画面を構成する各エリアに表示する図面を、縦横比を固定したまま、図面の長辺又は短辺がエリア枠に内接し且つ図面全体がエリア内に収まるようにリサイズし、ここで、各図面は、同一倍率でリサイズされるように前記図面作成装置により作成されている、
    請求項記載のSCADA Web HMIシステム。
  7. 前記ベクターデータは、Scalable Vector Graphics(SVG)フォーマットのデータであり、
    前記同一倍率nは、vpwをエリアのview portの横画素数、vphをエリアのview portの縦画素数、vbwを図面のview boxの横画素数、vbhを図面のview boxの縦画素数とした場合に、n=min(vpw/vbw,vph/vbh)であること、
    を特徴とする請求項記載のSCADA Web HMIシステム。
  8. 前記第2メモリは、前記HMI画面上で新たなウィンドウを開くボタンパーツが押された場合に、当該ボタンパーツの表示位置からインチ又はミリメートル単位で指定された相対位置に前記新たなウィンドウを表示する、処理を行うプログラムを更に記憶する、
    請求項5乃至7のいずれか1項に記載のSCADA Web HMIシステム。
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