Nowoczesne systemy HMI

Środa, 26 października 2016 | Prezentacje firmowe Artykuły

W ciągu najbliższych kilku lat rynek automatyki przemysłowej zmieni się nie do poznania. Zmiany wywołają trendy technologiczne, takie jak IoT, technologie chmurowe, aplikacje Big Data oraz zmiany demograficzne, w tym coraz większe znaczenie pokolenia tzw. milenialsów.

Rys. 1. Wzrost rynku IoT

Coraz większe dostępne pojemności pamięci masowych i niższy koszt przechowywania danych pozwalają na łączenie serwerów w duże klastry po to, aby udostępniać usługi magazynowania danych dla aplikacji Big Data i tworzyć oprogramowanie sieciowe dostępne jako usługa Software as a Service (SaaS).

W ten sposób elementy te stają się dostępne z dowolnego miejsca na świecie i z dowolnego urządzenia, w tym także sprzętu o ograniczonej wydajności. Niemniej sam dostęp do danych nie rozwiązuje większości realnych problemów, gdyż do tworzenia interesujących dla rynku usług konieczne jest jeszcze posiadanie inteligentnych narzędzi analitycznych znajdujących w tych zbiorach tworzonych z licznych czujników i układów akwizycji danych w przemyśle trendy i informacje charakterystyczne dla wybranej klasy problemów.

Zgodnie z raportem firmy Gartner w roku 2020 do sieci zostanie dołączonych łącznie 26 mld urządzeń IoT, które staną się zalążkiem aplikacji przemysłowych, budynkowych, infrastrukturalnych. IoT będzie tym samym rozszerzało istniejący obszar komunikacji M2M o rozwiązania podobne co do koncepcji działania, ale mniejsze w zakresie skali i wydajności, ale za to liczniejsze.

Będą one w naturalny sposób działały, zapisując dane w chmurach obliczeniowych po to, aby przez analizę informacji zebranych w długich okresach przewidywać awarie, diagnozować problemy, planować obsługę techniczną urządzeń, zmniejszając koszty i czasy przestojów.

OCZEKIWANIA MILENIALSÓW W SEKTORZE PRODUKCJI

Pojawienie się na rynku tzw. pokolenia milenialsów wymusza na producentach automatyki konieczność zwrócenia większej uwagi i dbałości o jakość interfejsu graficznego oraz na większą kompleksowość oferty, gdyż takich osób na rynku jest mniej per saldo, a ich wymagania i oczekiwania w stosunku do urządzeń są większe.

Milenialsi ukierunkowani są na pracę z interfejsami mobilnymi i urządzeniami o małych przekątnych ekranu, zamiast stacjonarnych pecetów z dużymi monitorami. Taki styl działania narzuca też konieczność postawienia w urządzeniach automatyki na komunikację bezprzewodową i pracę z wykorzystaniem Internetu.

Badania zachowań dowodzą, że w warunkach przemysłowych milenialsi są mniej wierni procedurom, działaniom krok po kroku i słabiej trzymają się utartych standardów zachowań. Stawiają na pracę zespołową i podejmują decyzje na bieżąco.

POWSZECHNOŚĆ SENSORÓW I KOMUNIKACJI BEZPRZEWODOWEJ

Rys. 2. Trendy zmieniające branżę automatyki przemysłowej

Czujniki przemysłowe stają się coraz tańsze, prostsze i bardziej inteligentne. Co więcej, okazuje się, że przy tak masowej skali aplikacyjnej, jaką ma IoT, rzadko wymagana jest kosztowna obudowa odporna na wiele narażeń. Dzięki temu wiele rozwiązań może być znacznie tańszych.

Zasilanie z baterii takich urządzeń staje się naturalne, co upraszcza konstrukcję elektroniczną, obniża koszty tworzonej infrastruktury z uwagi na brak konieczności wykonywania okablowania dla zasilania AC i tym samym eliminuje konieczność spełnienia wymagań bezpieczeństwa użytkowania.

Komunikacja bezprzewodowa dla czujników przemysłowych wykorzystuje wiele standardów i protokołów, dzięki czemu na rynku może funkcjonować wielu producentów, zwłaszcza w obszarze tzw. aplikacji niekrytycznych, jak automatyka budynkowa, kontrola klimatu, monitoring stanu obiektów itp. Różnorodny rynek bez dominacji kilku większych firm wydaje się optymalny dla tempa rozwoju i kosztów aplikacji IoT.

ZINTEGROWANE KOMPUTERY EMBEDDED BĘDĄ WSZECHOBECNE

Do 2020 roku wszystkich komputerów na rynku w wersji embedded będzie 90%. Większość z nich będzie dołączona do sieci, najczęściej w sposób bezprzewodowy. Możliwość komunikacji stanie się standardem nawet dla rozwiązań, gdzie część sprzętowa będzie kosztować 1 dolara, a więc nawet układy zdalnego sterowania lub czujniki bezprzewodowe w automatyce domowej będą podłączone.

Wielu kategorii sprzętu, który stworzy sektor IoT i który zostanie dołączony do sieci, jeszcze nie ma na rynku. Te kategorie powstaną później, gdy rozwój nabierze tempa i całość aplikacji i platform sprzętowych będzie w stanie stworzyć wartość dodaną sprzyjającą powstaniu dalszych nowości.

Efekt kuli śnieżnej w przypadku IoT będzie zdaniem analityków Gartnera wyraźnie widoczny i odpowiedzialny za sporą część liczb pojawiających się przy okazji prognoz, które już coraz rzadziej budzą zdziwienie. Analitycy zwracają uwagę, że ten efekt kuli śnieżnej nie mógłby zajść właśnie bez wszechobecnej komunikacji.

AUTOMATYKA PRZEMYSŁOWA

Rys. 3. Nowe generacje HMI będą dopasowane do wymagań milenialsów

Komunikacja zawsze była dla automatyki przemysłowej zagadnieniem popularnym i ważnym i to się nie zmieni. Niemniej w 2020 roku wszystko będzie się kręciło wokół danych pozyskiwanych w czasie rzeczywistym, które będą miały wpływ na trwający proces, bo zagadnienie komunikacji przestanie być traktowane odrębnie.

Co więcej, na skutek opisanych wcześniej zmian produkty dla automatyki przemysłowej będą mieć raczej charakter gotowych do użycia zestawów, bez konieczności ich integracji i dodatkowej obsługi inżynieryjnej, jak jest teraz. Można zatem powiedzieć, że automatyka w roku 2020 w zakresie funkcjonalności urządzeń zacznie tracić swój specjalistyczny charakter.

W połączeniu z dostępnością oprogramowania jako SaaS, niewymagającego instalacji i konfiguracji, takie zmiany powinny zwiększyć przychody dostawców komponentów o ponad 50% w stosunku do stanu na dzisiaj.

NOWE GENERACJE HMI W ZARZĄDZANIU PRODUKCJĄ

Nowa klasa operatorów sprzętu będzie też oczekiwać innych typów HMI. Celem będzie obserwacja danych i parametrów w czasie rzeczywistym tak, aby można było na bieżąco podejmować decyzje na temat zmian w procesach technologicznych. Te same dane muszą być prezentowane na różnych urządzeniach i wielkościach ekranów, specjalizowanych platformach HMI, a nawet smartfonach, co wymusza inteligentne ukrywanie informacji nieistotnych w danym momencie za pomocą intuicyjnego i wydajnego GUI.

Systemy HMI i historian zyskają zdolność do ich integracji z oprogramowaniem do zarządzania firmą i produkcją. Jest to już dzisiaj możliwe i wykonalne, ale w tym kolejnym kroku chodzi bardziej o spięcie produkcji z systemem księgowo-finansowym, co dzisiaj jest rzadkością. Jeden system informatyczny ma być po prostu wydajniejszy.

ZDALNY MONITORING I DIAGNOSTYKA

Rys. 4. SUSIAccess zawiera konsolę oraz interfejs webowy

Internet Rzeczy jest ważnym środkiem technicznym pozwalającym zapewnić zdalne zarządzanie urządzeniami, sieciami i procesami. Co więcej, braki wykwalifikowanej kadry na rynku będą sprzyjać rozwojowi zdalnego sterowania w przemyśle.

Narzędzia wbudowane w oprogramowanie do analizy danych z chmury w ramach Big Data zapewnią, że taki monitoring będzie opłacalny, bowiem oprogramowanie będzie generować samodzielnie alarmy ostrzegawcze, zmuszając do terminowej obsługi technicznej, zmiany parametrów i kontroli systemu, gdy jego zachowanie zacznie odbiegać od długoterminowej normy. Jest to bardzo istotne, bo wielu operatorów jest dzisiaj zajętych obowiązkami i nie ma czasu na mozolne przeglądanie danych i wyszukiwanie możliwych obszarów zagrożenia.

Dzięki temu koszty obsługi technicznej mogą spaść o połowę, bo przewidywanie problemów i planowe wymiany są zawsze tańsze od przestojów i interwencyjnych zakupów przy okazji awarii. Co więcej, takie działania wyprzedzające pozwalają kupować części u wyselekcjonowanych dostawców, zdolnych do dostaw kompleksowych, a nie przypadkowych sprzedawców, co potrafi ograniczyć koszty zakupu komponentów i dostaw alternatywnych rozwiązań dla starego sprzętu o ok. 30%.

Nowość! Kompaktowe komputery panelowe PPC

Advantech rozszerzył rodzinę PPC o trzy nowe urządzenia Panel PC charakteryzujące się kompaktową, cienką obudową oraz niskim zużyciem energii. Dzięki ich pasywnemu, bezwentylatorowemu chłodzeniu komputery mogą być stosowane w różnych warunkach przemysłowych, doskonale nadają się również do zastosowania w maszynach.

Jednocześnie ich wydajność obliczeniowo pozwala zarówno na wyświetlanie informacji i monitorowanie statusu maszyn, jak też sterowanie tymi ostatnimi przez operatora.

PPC-3060S - niewielki, ale z dużymi możliwościami
Pierwszą z nowości jest panel PPC-3060S z rezystancyjnym ekranem dotykowym TFT LCD o przekątnej 6,5" i podświetleniem LED o wydłużonej żywotności. Urządzenie wyposażono w procesor Intel Celeron N2807 1,58 GHz oraz do 4 GB pamięci RAM, co pozwala na wydajną obsługę systemów Windows (w tym wersji 10), Linux oraz Anroid.

Użytkownicy mają do dyspozycji dwa porty szeregowe, trzy porty USB (w tym 3.0) oraz dwa interfejsy Gigabit Ethernet. Dodatkowo istnieje możliwość rozszerzenia funkcjonalności korzystając z karty Mini PCIe.

Całość zamknięta jest w aluminiowej obudowie o stopniu ochrony IP65 od frontu, co zapewnia możliwość użytkowania panelu w trudnych warunkach środowiskowych i ochronę przez wpływem kurzu oraz wilgoci. Komputer zasilany jest napięciem z zakresu 12-24 V_DC i spełnia wymagania norm takich jak: EN55011, 61000-6-2 oraz 61000-6-4 dla środowisk przemysłowych.

Panele 10,4" i 12,1"
W przypadku urządzeń o większych ekranach - są nimi modele PPC-3100s oraz PPC-3120s - zastosowano czterordzeniowe procesory Intel Celeron N2930 1,83 GHz. Są to również układy bezwentylatorowe, co pozwala na analogiczny jak poprzednio stopień ochrony IP65.

Ekrany o przekątnych 10,4" i 12,1" zapewniają rozdzielczości odpowiednio SVGA oraz XGA, dodatkowo panele cechują się zwiększoną wytrzymałością mechaniczną dzięki wykorzystaniu obudowy ze stopu aluminium. Omawiane modele wyposażono w sygnalizację statusu E-Eye.

ROZWIĄZANIA ADVANTECHA W ZAKRESIE HMI

Narzędzia firmy Advantech do zdalnego sterowania urządzeniami i danymi w chmurze za pomocą przeglądarki internetowej noszą nazwę SUSIAccess. Aktualna wersja 3.0 tego oprogramowania jest instalowana we wszystkich urządzeniach produkowanych przez Advantecha, dzięki czemu możliwy jest dostęp do nich z dowolnego urządzenia za pomocą jednej z wielu przeglądarek www. SUSIAccess jest też rozwiązaniem funkcjonującym w świecie IoT, gdyż to rozwiązanie wspiera pracę z wykorzystaniem chmury i ma niewielką objętość pozwalającą na instalację i działanie na mało wydajnym sprzęcie spotykanym w świecie IoT.

TPC/Uno to rodzina komputerów embedded, panelowych i sterowników Advantecha, które mają zainstalowane fabrycznie oprogramowanie SUSIAccess. Wprowadzane na rynek HMI nowej generacji bazują na tej platformie komputerowej i dodatkowo pozwalają na instalację modułów iDoor obsługujących sensory różnego typu.

Wszystkie te elementy można obsługiwać zdalnie za pomocą przeglądarki. SUSIAccess daje dostęp do wszystkich elementów hardware'u platform, w tym czujników temperatury, napięć zasilaczy, linii interfejsowych, stanów dysków i innych elementów. Pozwala to na uzyskiwanie zdalnie szczegółowych informacji niezbędnych do diagnostyki prewencyjnej.

SUSIAccess jest w stanie wysyłać alarmy e-mailem lub za pomocą SMS-ów. Informacje zawarte w SMS-ach można też wizualizować za pomocą map Google i Baida, otrzymując lokalizację kontrolowanych elementów w systemach rozproszonych.

Badania pokazują, że do 60% problemów powstających podczas pracy systemów embedded można rozwiązać zdalnie. Do naprawy pozostałych można się lepiej przygotować po to, aby nie zostać zaskoczonym po przybyciu na miejsce. SUSIAccess ma zintegrowany mechanizm Intel AMT (Active Management Technology) z BIOS KVM. Pozwala to na tworzenie planów zasilania, wyłączania okresowego i oszczędzania energii bez negatywnego wpływu na zdolność do zdalnego zarządzania.

Kolejną ważną funkcjonalnością SUSIAccess jest cyberbezpieczeństwo, dzięki obsłudze białej listy McAfee nie ma konieczności okresowego ładowania definicji wirusów, skanowania dysków, które spowalnia system i opóźnia start systemu. SUSIAccess pozwala ponadto na wykonanie zdalnie backupu i odtworzenie systemu z kopii zapasowej, to samo dotyczy backupu przyrostowego i planowanego. W warunkach przemysłowych są to cenne udogodnienia.

Rafał Rajczonek
Advantech Polska
www.advantech.eu