WO2020090028A1 - ハイブリッドレンダリングhmi端末装置 - Google Patents

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伸夫 清水
章 野島
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Definitions

  • the present invention relates to a hybrid rendering HMI terminal device in which SCADA HMI operates on a web browser.
  • SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
  • the social infrastructure system includes a steel rolling system, a power transmission and transformation system, a water and sewage treatment system, a building management system, and a road system.
  • SCADA is a type of industrial control system that performs computer system monitoring and process control. In SCADA, it is necessary to have prompt response (real-time response) according to the processing performance of the system.
  • SCADA is generally composed of the following subsystems.
  • HMI Human Machine Interface
  • the HMI is a mechanism that presents data of a target process (monitored device) to an operator and enables the operator to monitor and control the process.
  • Patent Document 1 discloses a SCADA HMI including an HMI screen that operates on a SCADA client.
  • Supervisory control system The supervisory control system collects signal data on a process and sends a control command to the process. It is configured by a PLC (Programmable Logic Controller) or the like.
  • PLC Programmable Logic Controller
  • RIO Remote Input Output
  • the remote input / output device is connected to the sensor installed in the process, converts the signal of the sensor into digital data, and sends the digital data to the supervisory control system.
  • Communication infrastructure The communication infrastructure connects the supervisory control system and the remote I / O device.
  • the SMI format drawing is read and displayed on the HMI screen in the DOM managed by the web browser.
  • the Web browser detects the change and updates the HMI screen.
  • the rendering performance of such SVG rendering is low, and DOM GC (Garbage Collection) is likely to occur, and in that case, display delay occurs.
  • the device monitored by SCADA may be operating and changing at high speed.
  • SCADA HMI of such a system it is necessary to display the signal data from the monitored device at high speed.
  • SVG rendering method described above cannot meet this demand.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a hybrid rendering HMI terminal device capable of displaying an HMI screen operating on a Web browser without delay.
  • the hybrid rendering HMI terminal device is configured as follows.
  • the hybrid rendering HMI terminal device includes a web browser, a WebGL (Web Graphics Library) rendering processing unit, and an SVG rendering processing unit.
  • WebGL Web Graphics Library
  • the Web browser displays the HMI screen on which the first part and the second part, which represent the status of the monitored device, are placed.
  • the first part is a part for displaying analog numerical data.
  • the second part is a part that displays data other than analog numerical data.
  • the WebGL rendering processing unit draws the first part associated with the signal data by WebGL rendering when the signal data from the monitored device is analog numerical data.
  • a font necessary for character string representation of numerical data is drawn in advance in an offcanvas area (main memory area).
  • the first part is drawn by transferring the character string expressing the analog numerical data from the offcanvas area (main memory area) to the canvas area (GPU memory area).
  • the SVG rendering processing unit draws the second part associated with the signal data by SVG rendering.
  • the SVG rendering draws the second part by updating the svg element in the DOM managed by the web browser.
  • an HMI screen that operates on a Web browser is displayed without delay.
  • SCADA HMI can be efficiently developed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of SCADA.
  • the SCADA includes the HMI 3, the monitoring control system 4, the communication infrastructure 5, and the RIO 6 as subsystems, and is connected to the monitoring target device 7.
  • the HMI 3 that is a SCADA HMI execution environment and the drawing creation device 1 that is a SCADA HMI development environment are collectively referred to as a SCADA Web HMI system.
  • the monitored device 7 is a sensor, an actuator, or the like that constitutes a plant to be monitored and controlled.
  • the drawing creation device 1 includes a drawing editor 11.
  • the drawing creation device 1 which is a development environment, uses the drawing editor 11 to generate HMI drawing data 2.
  • the HMI drawing data 2 includes SVG (Scalable Vector Graphics) data 21, which is vector data, and part runtime attribute data 22.
  • the HMI 3 (HMI subsystem) includes an HMI server device 31 and an HMI terminal device 32.
  • the HMI Web runtime 322 Web application that reads the HMI drawing data 2 and operates on the Web browser 321 and the HMI Server runtime 311 cooperate to operate as an HMI subsystem.
  • the drawing editor 11 included in the drawing creation device 1 has an advanced drawing editing function and a function of saving drawing data in the SVG format.
  • the drawing editor 11 is, for example, Microsoft Visio (registered trademark).
  • the drawing editor 11 that operates on the drawing creation device 1 includes a drawing unit 12, a part runtime attribute generation unit 13, and an HMI drawing data output unit 14.
  • the drafting unit 12 displays, on the display 1c (FIG. 6), a stencil area in which prototypes of parts necessary for creating a drawing are arranged and a drafting area in which the drawing is drawn side by side. Further, the drafting unit 12 can arrange the parts on the stencil area selected by the developer on the drawing in the drafting area by using the input / output interface 1d (FIG. 6).
  • the types of parts include, for example, DI (Digital Input) signal parts, AI (Analog Input) signal parts, DO (Digital Output) signal parts, and AO (Analog Output) signal parts.
  • the part runtime attribute generator 13 automatically generates the part runtime attribute data unique to the part. Specifically, the part runtime attribute generation unit 13 changes the signal data from the monitoring target device 7 and a unique signal name (item) that associates the part with the monitoring target device 7 when the part is placed.
  • the part runtime attribute data that associates the dynamic display content of the part according to is automatically generated.
  • the unique signal name is generated by combining the screen ID, the device number in the screen, and the part type. Each part is associated with signal data and control commands via a unique signal name.
  • the part runtime attribute generation unit 13 sets the unique digital signal name that associates the part with the monitored device 7 and the value of the signal data from the monitored device 7 to OFF.
  • the part run-time attribute data that associates the display color (color code) of the part when it changes is automatically generated.
  • the part runtime attribute generation unit 13 displays a unique analog signal name that associates the AI signal part with the monitored device 7 when the AI signal part is arranged, and the value of signal data from the monitored device 7. And a display form (for example, “9999.99”) for the parts runtime attribute data are automatically generated.
  • the part runtime attribute data generated for each part on the drawing in order to exert the monitoring control function of the HMI screen is read when the HMI subsystem is executed.
  • the HMI drawing data output unit 14 outputs the HMI drawing data 2 including the SVG data 21 of the drawing in which the parts drawn in the drawing area are arranged and the part runtime attribute data 22.
  • the SVG data 21 includes static display attributes (color, shape, position, size) of placed parts as attributes of the svg element.
  • the HMI terminal device 32 includes a web browser 321, an HMI web runtime 322, and a DOM (Document Object Model) 323 in advance.
  • the web browser 321 reads at least one SVG data 21 and displays the HMI screen.
  • the HMI screen is configured by combining a plurality of drawings defined by vector data.
  • the drawing (SVG data 21) in the SVG format is read by the HMI Web runtime 322 into a DOM (Document Object Model) 323 managed by the Web browser 321, and drawn.
  • DOM Document Object Model
  • FIG. 2 is a diagram comparing the display methods of SVG rendering and WebGL rendering.
  • the HMI Web runtime 322 changes the svg element in the DOM 323 (for example, changes the color code of the color attribute) to change the color of the parts on the HMI screen
  • the Web browser 321 detects the change. , Update the HMI screen.
  • SVG rendering the drawing performance decreases as the amount of information in the DOM increases, and DOM GC (Garbage Collection) is likely to occur, in which case display delay occurs.
  • DOM GC Garbage Collection
  • the monitoring target device 7 that SCADA monitors may be operating and changing at high speed.
  • HMI subsystem it is necessary to display the value of the signal output from the monitored device 7 at high speed.
  • SVG rendering method described above cannot meet this demand.
  • WebGL which directly operates a GPU (Graphics Processing Unit), which is one of the processors 32a, to perform drawing
  • the speed is higher than that of the SVG rendering method.
  • DOMGC does not occur. Therefore, the WebGL rendering method is suitable when high-speed drawing is required.
  • the SVG data 21 generated by the drawing editor 11 having an advanced drawing editing function is complicated, and it is difficult to draw all the parts by web rendering (it costs development cost).
  • the system of the present embodiment adopts a hybrid rendering method in which SVG rendering and WebGL rendering are properly used.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of the hybrid rendering type HMI terminal device 32.
  • the parts that need to be changed at high speed in the SCADA system are AI signal parts that display analog numerical data. Analog numerical data such as voltage and current are constantly changing, and it is important to reflect such changes on the screen in real time. Drawing only the AI signal parts by WebGL rendering meets the requirements of the HMI subsystem.
  • the AI signal part when updating the display of the AI signal part, the AI signal part is drawn using the canvas element 323b of the DOM 323 in the WebGL rendering method.
  • the attributes of the svg element 323a of the DOM 323 are updated by the SVG rendering method to draw the parts.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the HMI Web runtime 322 that operates on the Web browser 321 of the HMI terminal device 32. First, the preprocessing for WebGL rendering will be described. The WebGL rendering processing unit 322i in the HMI Web runtime module is required to realize the hybrid rendering.
  • the WebGL rendering processing unit 322i can use the AI signal part element stored in the SVG data 21 to display the AI signal part, but accesses the information stored in the DOM. Not preferable in terms of performance. Therefore, the information regarding the AI signal part element is deleted from the SVG data 21 in advance and transferred to the part runtime attribute data 22. The WebGL rendering processing unit 322i acquires information necessary for drawing the AI signal part from the part runtime attribute data 22.
  • the HMI Web runtime 322 reads the HMI drawing data 2 as a setting parameter and operates on the Web browser 321.
  • the HMI Web runtime 322 is a library in which specific processing contents are predetermined for each type of part, one part on the HMI screen is specified based on the read setting parameter, and the specific processing of the part is performed. That is, even for the same type of parts, the setting parameters (for example, unique signal names) set for the respective parts are different, so that the operation of each part is different.
  • the HMI Web runtime 322 associates the part with the monitored device 7 by the setting parameter, and when the signal data corresponding to the unique signal name is received from the monitored device 7 via the monitoring control system 4, on the HMI screen. , Change the display of the part corresponding to the unique signal name.
  • the HMI Web runtime 322 includes a parts-specific processing unit 322a, an SVG data reading processing unit 322c, a signal data receiving unit 322d, a drawing updating unit 322e, an event processing unit 322f, and a control command transmitting unit 322g.
  • the SVG data read processing unit 322c reads the SVG data 21.
  • the parts-specific processing unit 322a includes the static display attribute of the SVG data 21 in the parts management information 322b.
  • the parts-specific processing unit 322a reads, for each part included in the SVG data 21, the corresponding parts runtime attribute data 22 and includes it in the parts management information 322b.
  • the parts specific processing unit 322a applies the parts management information 322b as a setting parameter to a library (JavaScript (registered trademark) program) in which specific processing contents are predetermined for each type of parts, and the individual parts on the HMI screen are displayed. Make the parts work. As an example, the specific processing of the DI signal part and the AI signal part will be described.
  • a library JavaScript (registered trademark) program
  • the specific processing of the DI signal part receives the digital signal data from the monitoring target device 7 via the monitoring control system 4, and changes the display color and shape of the part according to the signal value.
  • the runtime attributes are a digital signal name, a display color and a shape when the signal is OFF.
  • the specific processing of the AI signal part receives the analog signal data (analog numerical data) from the monitoring target device 7 via the monitoring control system 4, and according to the signal value, according to the designation of the data display form, the value is assigned to the part. Display it.
  • the run-time attributes are the analog signal name and the data display form (such as "9999.99").
  • the signal data receiving unit 322d receives the signal data from the monitored device 7 via the HMI Server runtime 311.
  • the parts-specific processing unit 322a identifies a part corresponding to the received signal data based on the parts management information 322b and determines an instruction to update the parts display on the drawing.
  • an update instruction is issued to change the color attribute value of the svg element in the DOM to the OFF color code.
  • an update instruction is issued to display the value of the analog signal data in the designated display form. The update instruction is transmitted to the drawing update unit 322e.
  • the drawing update unit 322e includes an SVG rendering processing unit 322h and a WebGL rendering processing unit 322i.
  • the SVG rendering processing unit 322h draws a part (for example, a DI signal part) related to the signal data by SVG rendering.
  • a part for example, a DI signal part
  • the svg element 323a in the DOM 323 managed by the web browser 321 is updated, and the web browser 321 detects the change to draw the part.
  • the WebGL rendering processing unit 322i draws the AI signal part associated with the signal data by WebGL rendering.
  • a font necessary for character string representation of numerical data is drawn in advance in an offcanvas area (main memory area).
  • a character string representing analog numerical data is transferred from the offcanvas area (main memory area) to the canvas area (GPU memory area) for drawing.
  • a two-step update process is performed, that is, updating the container on the main memory by UV mapping and updating the view area on the GPU memory by render.
  • the size of the container is 5 times as large as the size of the physical screen, both vertically and horizontally. This is a case where the screen zooming by the HMI is performed from 1 to 5 times.
  • the current zoom level of zooming is p (1 ⁇ p ⁇ n)
  • the image on the container is transferred by the render to the view area on the CPU memory, the image is reduced to 1 / p and transferred.
  • the event processing unit 322f detects a keyboard or mouse event associated with each part.
  • the parts specific processing unit 322a determines a control command corresponding to the detected event based on the parts management information 322b.
  • the control command transmission unit 322g transmits the control command to the HMI Server runtime 311.
  • the HMI Server runtime 311 operates on the HMI server device 31.
  • the processing of the HMI Server runtime 311 is as follows. (1) An HMI Web runtime content is supplied to the Web browser 321 by incorporating an application server. (2) Communicates with the monitoring control system 4, transmits the signal data from the monitored device 7 to the HMI Web runtime 322, and also transmits the control command from the HMI Web runtime 322 to the monitoring control system 4.
  • the HMI terminal device of the hybrid rendering system of the present embodiment for signal data that requires high-speed drawing, all font images to be used are cached on the offcanvas, or on the container of the main memory. High-speed drawing is realized by holding the full-screen image in consideration of zooming. In the map service as described above, it is not possible to apply this method because it is not possible to place restrictions on the zooming level and the size and type of fonts used. However, in the HMI of the supervisory control system, the operating application is specified, and the zooming level and the size and type of the font used can be limited to a certain range, so that this method can be realized.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an example of the hardware configuration of the SCADA Web HMI system.
  • Each part of the drawing creation device 1 shown in FIG. 1 shows a part of the function of the drawing creation device 1, and each function is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit is configured by connecting the processor 1a, the memory 1b, the display 1c, and the input / output interface 1d.
  • the input / output interface 1d is an input device such as a keyboard and a mouse, and a device capable of outputting the HMI drawing data 2 as a file.
  • the processor 1a realizes the functions of the respective units of the drawing creation device 1 by executing various programs stored in the memory 1b.
  • Each part of the HMI terminal device 32 shown in FIG. 1 shows a part of the function of the HMI terminal device 32, and each function is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit is configured by connecting a processor 32a, a memory 32b, a display 32c, and an input interface 32d.
  • the processor 32a includes a CPU and a GPU.
  • the memory 32b includes a main memory and a GPU memory.
  • the GPU and GPU memory may be arranged on a graphic board added to an external slot.
  • the input interface 32d is an input device such as a keyboard and a mouse, and a device capable of reading the HMI drawing data 2.
  • the processing circuit also includes a network device (not shown) that is connected to the HMI server device 31 and can send and receive signal data and control commands.
  • the processor 32a realizes the function of each unit of the HMI terminal device 32 by executing various programs stored in the memory 32b.
  • Each part of the HMI server device 31 shown in FIG. 1 shows a part of the function of the HMI server device 31, and each function is realized by a processing circuit.
  • the processing circuit is configured by connecting a processor 31a, a memory 31b, and a network interface 31d.
  • the network interface 31d is a device that is connected to the supervisory control system 4 and the HMI terminal device 32 and is capable of transmitting and receiving signal data and control commands.
  • the processor 31a realizes the function of each unit of the HMI server device 31 by executing various programs stored in the memory 31b.

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Abstract

ハイブリッドレンダリングHMI端末装置(32)は、Webブラウザ(321)、HMI Webランタイム(322)を備える。Webブラウザ(321)は、監視対象装置(7)の状態を表す第1パーツおよび第2パーツが配置されたHMI画面を表示する。WebGLレンダリング処理部(322i)は、監視対象装置(7)からの信号データがアナログ数値データである場合に、当該信号データに関連付いた前記第1パーツをWebGLレンダリングにより描画する。SVGレンダリング処理部(322h)は、監視対象装置(7)からの信号データがアナログ数値データ以外のデータである場合に、当該信号データに関連付いた前記第2パーツをSVGレンダリングにより描画する。

Description

ハイブリッドレンダリングHMI端末装置
 本発明は、Webブラウザ上でSCADA HMIが動作するハイブリッドレンダリングHMI端末装置に関する。
 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
 Webブラウザ上でHMI画面を動作させるSCADA HMIを構築する場合、HMI画面は、SVG形式の図面が、Webブラウザが管理するDOMに読み込まれて表示される。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ブラウザはその変更を検知して、HMI画面を更新する。このようなSVGレンダリングの描画性能は低速であり、DOM GC(Garbage Collection)が発生しやすく、その際には表示遅延が発生する。
 ところで、SCADAが監視対象とする装置は、高速に動作、変化している場合がある。そうしたシステムのSCADA HMIでは、監視対象装置からの信号データを高速に表示する必要がある。しかし、上述したSVGレンダリング方式では、この要求に応えられない。
 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、Webブラウザ上で動作するHMI画面を遅延なく表示できるハイブリッドレンダリングHMI端末装置を提供することを目的とする。
 上記目的の達成のため、本発明に係るハイブリッドレンダリングHMI端末装置は以下のように構成される。
 本発明に係るハイブリッドレンダリングHMI端末装置は、Webブラウザと、WebGL(Web Graphics Library)レンダリング処理部と、SVGレンダリング処理部と、を備える。
 Webブラウザは、監視対象装置の状態を表す第1パーツおよび第2パーツが配置されたHMI画面を表示する。第1パーツはアナログ数値データを表示するパーツである。第2パーツはアナログ数値データ以外のデータを表示するパーツである。
 WebGLレンダリング処理部は、監視対象装置からの信号データがアナログ数値データである場合に、当該信号データに関連付いた第1パーツをWebGLレンダリングにより描画する。好ましくは、WebGLレンダリングは、offcanvas領域(メインメモリ領域)に数値データの文字列表現に必要なフォントを予め描画する。そして、WebGLのテクスチャマッピング機能を用いて、offcanvas領域(前記メインメモリ領域)からアナログ数値データを表現する文字列をcanvas領域(GPUメモリ領域)に転送することにより第1パーツを描画する。
 SVGレンダリング処理部は、監視対象装置からの信号データがアナログ数値データ以外のデータである場合に、当該信号データに関連付いた第2パーツをSVGレンダリングにより描画する。SVGレンダリングは、Webブラウザが管理するDOM内のsvgエレメントを更新することにより第2パーツを描画する。
 本発明によれば、高い描画性能を発揮するWebGLレンダリングと、HMIの開発コスト軽減に寄与するSVGレンダリングとのハイブリッドレンダリング方式を採用することで、Webブラウザ上で動作するHMI画面を遅延なく表示すると共に、SCADA HMIの効率的に開発することができる。
SCADAのシステム構成を示す図である。 SVGレンダリングとWebGLレンダリングの表示方式を比較した図である。 ハイブリッドレンダリング方式のHMI端末装置の概要を説明するための図である。 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。 WebGLレンダリング処理部におけるフォント属性の管理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。
 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。
 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と、図面が描かれる製図エリア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。
 パーツの種類には、例えば、DI(Digital Input)信号パーツ、AI(Analog Input)信号パーツ、DO(Digital Output)信号パーツ、AO(Analog Output)信号パーツなどがある。
 製図エリアの図面上の任意の位置に配置されたパーツは、色、形、位置、大きさなどの静的表示属性を有する。
 パーツランタイム属性生成部13は、製図エリアの図面上にパーツが配置されたときに、当該パーツに固有の、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、パーツランタイム属性生成部13は、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。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。各パーツは、固有の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。
 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デジタル信号名称と、監視対象装置7からの信号データの値がOFFに変化した場合の当該パーツの表示色(色コード)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。
 また、パーツランタイム属性生成部13は、AI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アナログ信号名称と、監視対象装置7からの信号データの値を表示するための表示形態(例えば「9999.99」)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。
 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。
<ハイブリッドレンダリング方式の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、DOM(Document Object Model)323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)323に読み込まれ、描画される。
 図2は、SVGレンダリングとWebGLレンダリングの表示方式を比較した図である。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DOM323内のsvgエレメントの変更(例えば、色属性の色コードを変更)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。このようなSVGレンダリングは、DOM内の情報量の増加に伴い描画性能が低下し、また、DOM GC(Garbage Collection)が発生しやすく、その際には表示遅延が発生する。
 SCADAが監視対象とする監視対象装置7は、高速に動作、変化している場合がある。そのHMIサブシステムでは監視対象装置7が出力した信号の値を高速に表示する必要がある。しかし、上述したSVGレンダリング方式では、この要求に応えられない。
 プロセッサ32aの1つであるGPU(Graphics Processing Unit)を直接操作して描画を行うWebGLでは、SVGレンダリング方式に比して高速に描画される。また、DOM GCも発生しない。そのため、WebGLレンダリング方式は、高速な描画が要求される場合に適している。一方で、高度な図面編集機能を持つ図面エディタ11が生成するSVGデータ21は複雑であり、すべてのパーツをWebレンダリングで描画することは難しい(開発コストがかかる)。
 そこで、本実施形態のシステムでは、SVGレンダリングとWebGLレンダリングとを適宜使い分けたハイブリッドレンダリング方式を採用する。
 図3は、ハイブリッドレンダリング方式のHMI端末装置32の概要を説明するための図である。SCADAシステムで高速に変更する必要があるパーツは、アナログ数値データを表示するAI信号パーツである。電圧や電流などのアナログ数値データは、常に変動しており、そうした変動を画面上にリアルタイムに反映することは重要である。AI信号パーツのみをWebGLレンダリングで描画することは、HMIサブシステムの要求仕様に合致している。
 そこで、本実施形態では、AI信号パーツの表示更新に際しては、WebGLレンダリング方式で、DOM323のcanvasエレメント323bを用いてAI信号パーツを描画する。一方、AI信号パーツ以外のパーツの表示更新に際しては、SVGレンダリング方式で、DOM323のsvgエレメント323aの属性を更新して、当該パーツを描画する。
 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。まず、WebGLレンダリングのための事前処理について説明する。ハイブリッドレンダリングを実現するためにHMI Webランタイムモジュール内のWebGLレンダリング処理部322iが必要となる。
 WebGLレンダリング処理部322iは、AI信号パーツの表示を行うために、SVGデータ21内に格納されたAI信号パーツエレメントを使用することもできるが、DOM内に格納された情報をアクセスするのは、性能上好ましくない。そのため、AI信号パーツエレメントに関する情報は、事前にSVGデータ21から削除し、パーツランタイム属性データ22に移しておく。WebGLレンダリング処理部322iは、パーツランタイム属性データ22からAI信号パーツの描画に必要な情報を取得する。
 次に、HMI Webランタイム322について説明する。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。
 HMI Webランタイム322は、設定パラメータによりパーツと監視対象装置7とを関連付け、監視制御システム4を介して監視対象装置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、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、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。例として、DI信号パーツとAI信号パーツの固有処理について説明する。
 DI信号パーツの固有処理は、監視制御システム4を介して監視対象装置7からデジタル信号データを受信し、信号値に応じて、当該パーツの表示色、形を変化させる。ランタイム属性は、デジタル信号名称、信号OFF時の表示色、形である。
 AI信号パーツの固有処理は、監視制御システム4を介して監視対象装置7からアナログ信号データ(アナログ数値データ)を受信し、信号値に応じて、データ表示形態の指定に従い、当該パーツに値を表示させる。ランタイム属性は、アナログ信号名称、データの表示形態(「9999.99」など)である。
 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、DI信号パーツについては、デジタル信号データの値が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更新指示が出される。AI信号パーツについては、アナログ信号データの値を指定された表示形態で表示する更新指示が出される。更新指示は図面更新部322eへ送信される。
 図面更新部322eは、SVGレンダリング処理部322hとWebGLレンダリング処理部322iを備える。
 SVGレンダリング処理部322hは、監視対象装置7からの信号データがアナログ数値データ以外のデータである場合に、当該信号データに関連づいたパーツ(例えばDI信号パーツ)をSVGレンダリングにより描画する。SVGレンダリングは、Webブラウザ321が管理するDOM323内のsvgエレメント323aを更新し、Webブラウザ321がその変更を検知することで当該パーツを描画する。
 WebGLレンダリング処理部322iは、監視対象装置7からの信号データがアナログ数値データである場合に、当該信号データに関連付いたAI信号パーツをWebGLレンダリングにより描画する。図5に示すように、WebGLレンダリングは、offcanvas領域(メインメモリ領域)に数値データの文字列表現に必要なフォントを予め描画する。そして、WebGLのテクスチャマッピング(UVマッピング)機能を用いて、offcanvas領域(メインメモリ領域)からアナログ数値データを表現する文字列をcanvas領域(GPUメモリ領域)に転送することにより描画する。これにより、高速な描画が実現できる。
 これは、描画するコンテンツが数値データに限られる場合に利用可能である。数値データを表示するためには、0~9までの数字、小数点、マイナス記号、スペースなど限られたフォントを用意すればよいが、フォントファミリ、フォントサイズ、文字色、背景色などのバリエーションを考慮すると、offcanvas領域に用意するフォント数は多くなる。そこで、WebGLレンダリング処理部322i内で使用しているフォント属性を管理し、未使用のフォント属性のoffcanvasフォントは動的に生成し、使用済みのフォント属性のoffcanvasフォントは再利用する仕組みを実現する。
 ハイブリッドレンダリングでのWebGLレンダリングでは、UVマッピングによるメインメモリ上のcontainerの更新と、renderによるGPUメモリ上のview領域の更新という2段階の更新処理を行っている。図5の例では、containerの大きさは、物理スクリーンの大きさに対して、縦、横とも5倍の大きさを確保している。これはHMIでの画面のズーミングを1倍~5倍まで行う場合である。n倍まで行う場合は、縦方向、横方向ともn倍の大きさを確保する必要がある。これは、ズーミングした場合も含めて表示に必要な全イメージをメモリ上に保持するためである。ズーミングの現在のズームレベルをp(1≦p≦n)とした場合、renderでcontainer上のイメージをCPUメモリ上のview領域に転送する際に、1/pに縮小して転送している。
 Web GIS(例えば、Google maps(登録商標))のようなリアルタイム性が必要のないシステムでは、このようにすべてのイメージをメモリ上に保持せずに、ズーミングやパニングが発生した時点で、再描画を行っている。そのため、containerには、物理スクリーンと同じ大きさのメモリだけを確保しておけばいいが、ズーミングやパニング時の再表示で遅延が発生する。
 一方、SCADA HMIのようなリアルタイム性が必要なシステムでは、このような遅延は許されないため、container上に全イメージを確保しておき、ズーミングやパニング時には、renderの実行だけで再表示が完了する。UVマッピングにより全テキストデータのフォントイメージをcontainer領域に展開するのに比べると、renderの実行は高速である。container領域をGPUメモリ上に確保する方法もあるが、その場合、GPUメモリ量の大きいハイエンドの高価なグラフィックプロセッサが必要となるため、container領域はメインメモリ上に確保する方が、コストパフォーマンス面で有利となる。
 図4に戻りHMI Webランタイム322の説明を続ける。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。
<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、本実施形態のハイブリッドレンダリング方式のHMI端末装置によれば、高速描画が必要な信号データに関して、offcanvas上に、使用するすべてのフォントイメージをキャッシュしたり、メインメモリのcontainer上にズーミングも考慮した全画面イメージを保持したりすることにより、高速描画を実現している。上述したような地図サービスでは、ズーミングレベルや使用されるフォントのサイズ、種類に制限を設けることはできないため、この手法を適用することはできない。しかし、監視制御システムのHMIでは、動作するアプリケーションが特定され、ズーミングレベルや使用されるフォントのサイズ、種類を一定の範囲に限定できるため、この方式が実現可能となる。
<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。プロセッサ32aは、CPUとGPUとを備える。メモリ32bは、メインメモリとGPUメモリとを備える。なお、GPUとGPUメモリは、外部スロットに増設されるグラフィックボード上に配置されても良い。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。
 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
323 DOM
323a svgエレメント
323b canvasエレメント
4 監視制御システム
5 通信基盤
6 RIO
7 監視対象装置
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
322h SVGレンダリング処理部
322i WebGLレンダリング処理部
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

Claims (6)

  1.  監視対象装置に接続するハイブリッドレンダリングHMI端末装置であって、
     前記監視対象装置の状態を表す第1パーツおよび第2パーツが配置されたHMI画面を表示するWebブラウザと、
     前記監視対象装置からの信号データがアナログ数値データである場合に、当該信号データに関連付いた前記第1パーツをWebGLレンダリングにより描画するWebGLレンダリング処理部と、
     前記監視対象装置からの信号データがアナログ数値データ以外のデータである場合に、当該信号データに関連付いた前記第2パーツをSVGレンダリングにより描画するSVGレンダリング処理部と、
     を備えることを特徴とするハイブリッドレンダリングHMI端末装置。
  2.  前記WebGLレンダリングは、offcanvas領域に数値データの文字列表現に必要なフォントを予め描画し、WebGLのテクスチャマッピング機能を用いて、前記offcanvas領域から前記アナログ数値データを表現する文字列をcanvas領域に転送することにより前記第1パーツを描画し、
     前記SVGレンダリングは、前記Webブラウザが管理するDOM内のsvgエレメントを更新することにより前記第2パーツを描画すること、
     を特徴とする請求項1記載のハイブリッドレンダリングHMI端末装置。
  3.  前記アナログ数値データは、電圧データ若しくは電流データであること、
     を特徴とする請求項1又は2記載のハイブリッドレンダリングHMI端末装置。
  4.  監視対象装置に接続するハイブリッドレンダリングHMI端末装置であって、
     Webブラウザを表示するディスプレイと、
     プログラムを実行するプロセッサと、
     前記プロセッサにより実行されると、
     前記監視対象装置の状態を表す第1パーツおよび第2パーツが配置されたHMI画面を前記Webブラウザに表示し、
     前記監視対象装置からの信号データがアナログ数値データである場合に、当該信号データに関連付いた前記第1パーツをWebGLレンダリングにより描画し、
     前記監視対象装置からの信号データがアナログ数値データ以外のデータである場合に、当該信号データに関連付いた前記第2パーツをSVGレンダリングにより描画する、
     処理を行うプログラムを記憶するメモリと、
     を備えるハイブリッドレンダリングHMI端末装置。
  5.  前記メモリは、メインメモリとGPUメモリとを備え、
     前記WebGLレンダリングは、前記メインメモリ上の領域に数値データの文字列表現に必要なフォントを予め描画し、WebGLのテクスチャマッピング機能を用いて、前記領域から、前記アナログ数値データを表現する文字列を前記GPUメモリへ転送することにより前記第1パーツを描画し、
     前記SVGレンダリングは、前記メインメモリ上で、前記Webブラウザが管理するDOM内のsvgエレメントを更新することにより、前記第2パーツを描画する、
     請求項4記載のハイブリッドレンダリングHMI端末装置。
  6.  前記アナログ数値データは、電圧データ若しくは電流データであること、
     を特徴とする請求項4又は5記載のハイブリッドレンダリングHMI端末装置。
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