Kompaktowe rozwiązania HMI

Fot. 1. TPC-66T firmy Advantech

HMI to interfejs pozwalający na obsługę maszyny przez człowieka. Może to być duży komputer panelowy z ekranem dotykowym, ale również tekstowy wyświetlacz LCD z dwoma klawiszami, taki jak instalowany w wielu urządzeniach AGD. Rejestratory i inne urządzenia pomiarowo sterujące pierwotnie nie były wyposażone w tego typu HMI. Wiele z nich było tak prostych, że nie miało nawet wyświetlacza, a stanowiły jedynie źródło informacji dla kolejnych urządzeń.

Rozwiązania HMI zmieniały się wraz z nowym wymaganiami użytkowników. Stawały się coraz bardziej uniwersalne, ich możliwości rosły, a same urządzenia były coraz mniejsze. Pierwszym etapem w ich rozwoju była instalacja elementarnego HMI w postaci dwulinijkowego LCD z zestawem klawiszy do programowania. Obecnie duża liczba mierników, sensorów, analizatorów i rejestratorów ma dobre HMI z graficznym wyświetlaczem i proste, łatwe do wprowadzenia za pomocą numerycznej klawiatury komendy. Dzięki tym innowacjom dają one bardzo szeroki wgląd w kontrolę procesu, a przez to znacznie rozszerzony zostaje zakres możliwości zastosowań tych podstawowych urządzeń.

W KIERUNKU MINIATURYZACJI

HMI, które składały się z zestawu: komputer i różnego typu wyświetlacze, były ograniczone jedynie do dużych stacjonarnych systemów kontroli i sterowania, głównie ze względu na niską odporność środowiskową i mechaniczną (dyski twarde, monitory CRT). Wprawdzie specjalne obudowy umożliwiały stosowanie takich HMI w aplikacjach przemysłowych, ale były to urządzenia zajmujące dużo miejsca i podatne na awarie ze względu na temperaturę, zanieczyszczenia czy wilgoć. Wczesne HMI oparte na architekturze PC miały ponadto problem z dużą ilością wydzielanego ciepła i znacznym poborem energii – typowy PC zużywał co najmniej 200W mocy.

Wraz ze wzrostem automatyzacji procesów produkcyjnych operatorzy wymagali dostępu do większej liczby informacji o ich przebiegu, a wymagania odnośnie do prezentacji tych informacji oraz możliwości kontroli nad procesem stawały się coraz bardziej złożone. Postępem w tym zakresie stało się zastosowanie ekranów dotykowych.

Umożliwiają one operatorowi w prosty sposób za pomocą wirtualnego przycisku na ekranie otrzymywać żądaną informację oraz wykonać zadaną operację. Eliminuje to potrzebę stosowania klawiatury i innych urządzeń peryferyjnych. Kolejnym ważnym krokiem w rozwoju HMI było stosowanie matryc LCD. Są one mniej awaryjne i zajmują znacznie mniej miejsca niż tradycyjne monitory CRT. Dzięki temu można je zabudowywać w małych urządzeniach.

NISKI POBÓR ENERGII

Fot. 2. TPC-30T firmy Advantech

Miniaturowe urządzenie HMI współpracujące z bezwentylatorowym komputerem wbudowanym lub tzw. thin client wymaga znacznie mniej energii niż tradycyjny zestaw CRT/PC. Przykładowo pobór mocy przez mały (3,5”) panel Advantech TPC-30T (Xscale PXA270) to zaledwie 8W! Zastosowanie energooszczędnych HMI wraz z komputerem wbudowanym pozwala na stosowanie większej liczby urządzeń przy mniejszym zużyciu energii lub odwrotnie – ogólne mniejsze zużycie energii powoduje mniejsze koszty obsługi niż poprzednie generacje paneli operatorskich.

Jedną z największych zalet małego zużycia energii przez HMI jest możliwość zasilania bateryjnego. Opcja ta plus kompaktowa budowa umożliwiła konstruowanie przenośnych paneli, które są pochodnymi laptopów i tabletów klasy przemysłowej. Niektóre z tych urządzeń wyposażone są w interfejs WiFi, co pozwala operatorowi na pełną mobilność przy jednoczesnym dostępie do aktualnej informacji z przebiegu procesu produkcji i lokalnej bazy danych. Zintegrowana architektura (oparta głownie na układach scalonych), brak elementów ruchomych (wentylatorów i dysku) powodują że są to urządzenia o bardzo dobrych parametrach MTBF (średni czas pomiędzy awariami). Dzięki temu rozwiązania te są znacznie mniej awaryjne i charakteryzują się dłuższym czasem życia.

W PRZEMYŚLE I NIE TYLKO

Fot. 3. MARS-3100 firmy Advantech

Małe wymiary i duża skala integracji sprawia, że kompaktowe HMI są stosunkowo tanie w produkcji i dystrybucji. Wysoka niezawodność przy małym zużyciu energii zapewnia również niskie koszty eksploatacji i obsługi. Nowoczesny kompaktowy HMI może być zakupiony za tę samą kwotę co zestaw przełączników i kontrolek, a dostarczy znacznie większą funkcjonalność.

Panele operatorskie stosowane są w bardzo różnorodnych aplikacjach, nie tylko przemysłowych. Spotykamy się z nimi w układach sterowania HVAC, systemach kontroli dostępu, panelach operatorskich wielu maszyn czy urządzeń AGD. Największą zaletą małych HMI opartych na wbudowanym komputerze jest możliwość zastąpienia prostych sygnalizatorów w pełni wyposażonym panelem.

Coraz więcej komputerów wbudowanych jest instalowanych w aplikacjach przemysłowych, telekomunikacyjnych, domowych, publicznych i wielu innych. Funkcjonalność większości z nich jest bardzo ograniczona, chyba że współpracują z HMI. Małe wymiary paneli operatorskich pozwalają wykorzystać ich funkcjonalność w wielu małych narzędziach i aplikacjach w uzupełnieniu do dużego systemu sterowania. Dodatkowo nowoczesne HMI współpracują z większością systemów operacyjnych, dzięki czemu stosunkowo proste jest przeniesienie aplikacji ze starszych systemów.

ZAMIAST TRADYCYJNYCH PC

Nowoczesny zamiennik prostego terminalu, czyli tzw. thin client (cienki klient), używany jest w rozproszonych środowiskach sieciowych, w których system operacyjny i aplikacja ładowane są z serwera lub z wbudowanego dysku Flash. Cienki klient jest często wykorzystywany zamiast kompletnego peceta do pracy z ograniczoną liczbą aplikacji.

Biorąc pod uwagę rozmiary małego HMI i jego funkcjonalność porównywalną z PC, mamy możliwość stosowania pełnego panelu operatorskiego w miejscach niedostępnych dla klasycznych rozwiązań. Miniaturowe HMI bazują na standardowych systemach wbudowanych jak np. Windows XP Embedded, Windows CE i Linux. Dzięki temu można je programować za pomocą standardowych i popularnych języków programowania.

Na zakończenie warto jeszcze przypomnieć o ekologicznym i ekonomicznym aspekcie stosowania małych HMI, których produkcja i eksploatacja wymaga znacznie mniejszego zużycia energii.

Hector Lin, Advantech