Panele operatorskie

Panele operatorskie to urządzenia o wieloletniej historii obecności rynkowej, których parametry i funkcjonalność z roku na rok rosną. Nowoczesne HMI zapewniają m.in. możliwości wyświetlania grafik wysokiej jakości, funkcjonalność wielodotykową i bezprzewodową łączność. Ułatwia to sterowanie maszynami, dostęp do informacji, w tym zdalny, a także analizę potencjalnych problemów – również pod kątem predykcyjnego utrzymania ruchu. Przedstawiamy analizę zawierającą opis trendów technologicznych i możliwości omawianych urządzeń.

Ankietowani przez nas dostawcy do najważniejszych cech paneli operatorskich zaliczyli: parametry techniczne, w tym interfejsy i możliwości komunikacyjne, oraz atrakcyjne ceny. Istotne były też: długotrwała współpraca z dostawcą, dobra obsługa posprzedażowa, wydajność obliczeniowa oraz parametry wyświetlaczy. Do szczegółów najmniej wpływających na wybory podejmowane przez klientów należą dzisiaj: certyfikaty urządzeń oraz funkcja wielodotykowości interfejsu, którą wskazali bardzo nieliczni respondenci.

 

Popyt na poszczególne rodzaje urządzeń

Rosnące możliwości współczesnych HMI

Wiele z obecnie oferowanych HMI to urządzenia mające wszystkie wymagane funkcje zintegrowane – zarówno od strony sprzętowej, jak i programowej. Dzięki temu są gotowe do pracy bez konieczności upgrade’ów i dodawania do nich oprogramowania. W efekcie użytkownicy mogą korzystać z jednego urządzenia zamiast z wielu. Tego typu interfejsy zapewniają m.in. możliwość wyświetlania złożonych danych w czasie rzeczywistym, takich jak OEE maszyny, pokazując operatorom przyczyny usterki, a także podpowiadając, co należy zrobić, aby tę usterkę usunąć. Są to także urządzenia pozwalające łączyć się z innym sprzętem oraz wymieniać z nim informacje.

Istotna dla przyszłości paneli HMI jest zwłaszcza poprawa użyteczności ułatwiająca analizowanie problemu przez użytkownika. Obecnie, zamiast sygnalizacji migotaniem lampki ostrzegawczej, projektanci systemów mogą wyświetlać obraz konkretnej maszyny, której dotyczy awaria i umieszczać na ekranie HMI wskaźnik dokładnie w miejscu, w którym ma miejsce usterka. Mogą też wyświetlać poszczególne kroki, instruując operatorów, co należy zrobić, aby usunąć usterkę. Często nawet dla mniej doświadczonego operatora instrukcje te mogą być wystarczające, by samodzielnie rozwiązać problem szybko na miejscu, bez konieczności wzywania serwisu, który zająłby się naprawą.

 

Najważniejsze dla klientów cechy HMI

Ekrany wielodotykowe

Multi-touch, czyli "wielokrotny dotyk", jest techniką umożliwiającą kontrolowanie obiektów na ekranach różnych urządzeń, w tym m.in. HMI, dwoma lub więcej palcami jednocześnie. Urządzenia rejestrują dotknięcie ekranu w wielu miejscach, a wykorzystanie wielodotyku powala na wykonywanie gestów – na przykład powiększenia ekranu w danym miejscu.

Multi-touch może być zrealizowane na kilka sposobów. Jednym z nich jest dotyk rezystancyjny oparty na nacisku opuszków palców lub innych obiektów. Technologia ta początkowo wspierała wyłącznie możliwość realizacji jednopunktowego dotyku, ale została zaadaptowana do realizacji funkcji multi-touch. Ekran tego rodzaju ma prostą wewnętrzną budowę składającą się ze szklanej płaszczyzny z błoną wierzchniej warstwy rozdzieloną cienką przerwą, w której znajdują się przezroczyste elektrody. Naciśnięcie powierzchni ekranu powoduje zwarcie elektrody wierzchniej warstwy z elektrodą szklanego ekranu, co umożliwia przepływ prądu. W panelach operatorskich i komputerach panelowych wykorzystanie dotyku oporowego możliwe jest dzięki zastosowaniu folii poliestrowej PET. Materiał ten jest bardzo wytrzymały na ścieranie i rozciąganie. Cechuje go przy tym także doskonała stabilność zachowania wymiarów, mała absorpcja wilgoci, możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur oraz doskonała odporność na promieniowanie UV.

 

Najpopularniejsze zdaniem dystrybutorów marki komputerów przemysłowych sprzedawanych w Polsce; zestawienie nie dotyczy udziałów firm w rynku

Innym typem ekranów wielodotykowych są ekrany pojemnościowe, gdzie dotyk wykrywany jest dzięki przewodnictwu elektromagnetycznemu zamiast nacisku. Elektrody w tych ekranach umieszczane są w rogach podłoża, do którego przykładane jest napięcie generujące na całym panelu jednolite pole elektryczne. Identyfikacja współrzędnych miejsca dotknięcia ekranu palcem realizowana jest na podstawie pomiaru zmian pojemności mierzonej w narożnikach ekranu. Wykorzystanie przewodnictwa do wykrywania sygnałów dotykowych zwiększa szybkość reakcji i idealnie nadaje się do stosowania z przedmiotami, które mają właściwości przewodzące – takimi jak opuszki palców lub rękawiczki przewodzące. Dzięki technologii pojemnościowej można rejestrować wiele punktów dotyku oraz różne gesty potrzebne do wykonania zaawansowanych funkcji.

Do realizacji funkcji ekranu wielodotykowego wykorzystana może być także m.in. technologia bazująca na podczerwieni lub falach akustycznych. Współpracujące z ekranami wielodotykowymi oprogramowanie ułatwia interakcję personelu z danymi. Dzięki tym rozwiązaniom można korzystać z gestów dotykowych – na przykład do przewijania danych i prostszej zmiany stron w instrukcjach dla operatorów.

 

Sytuacja na rynku w kolejnych latach

Komunikacja bezprzewodowa i protokół MQTT

Panele operatorskie i komputery panelowe coraz częściej wyposażone są w komunikację bezprzewodową oraz MQ Telemetry Transport (MQTT) – standardowy protokół przesyłania wiadomości, wprowadzony przez OASIS (Organization for the Advancement of Structured Information Standards) na potrzeby Internetu Rzeczy (IoT). Służy on do przesyłania komunikatów w połączeniach zdalnych urządzeń w sieciach o minimalnych przepustowościach. MQTT wykorzystywany jest w wielu obszarach, takich jak motoryzacja, produkcja, telekomunikacja, wydobycie oraz transport ropy i gazu itp. Protokół zapewnia większą niezawodność dzięki ograniczeniu prędkości transmisji i w konsekwencji idealnie sprawdza się przy połączeniach maszyna-maszyna, w Internecie Rzeczy (IoT), w urządzeniach mobilnych oraz wszędzie tam, gdzie wymagana jest oszczędność przepustowości oraz energii. Coraz częściej protokół ten stosowany jest w urządzeniach HMI.

Podczas transmisji każdy z klientów łączy się z brokerem, a następnie subskrybuje tzw. temat. Może także publikować informacje na dany temat. W momencie, gdy klient opublikuje informację na dany temat – pozostali klienci, którzy subskrybują ten temat otrzymują ją. MQTT pozwala także na przesyłanie wiadomości między urządzeniem a chmurą oraz między chmurą i urządzeniem. Protokół ułatwia szyfrowanie wiadomości przy użyciu TLS i nowoczesnych protokołów uwierzytelniania, takich jak OAuth.

Wysoki stopień ochrony

Coraz więcej urządzeń HMI spełnia standardy szczelności i odporności na warunki środowiskowe (IP65 i wyższe). Cyfra pierwsza w oznaczeniu, czyli 6, gwarantuje ochronę przed jakimkolwiek dotknięciem części niebezpiecznych oraz pełną ochronę pyłoszczelną, natomiast druga cyfra – ochronę przed strugą wody o intensywności 12,5 l/min kierowaną na urządzenie z każdej strony. Z każdym rokiem przybywa także paneli HMI i komputerów wyposażonych w funkcje podtrzymywania zasilania (UPS).

 

Popularne zastosowania HMI

Migracja do cienkich klientów i komunikacja z usługami chmurowymi

W przeciwieństwie do standardowego urządzenia, cienki klient to uproszczona maszyna, która do uruchamiania programów i wykonywania zadań użytkownika wykorzystuje software znajdujący się na serwerze. Cienki klient łączy się z serwerem za pośrednictwem sieci, co oznacza, że nie potrzebuje w pełni funkcjonalnego dysku twardego. Często zdarza się, że cały zestaw cienkich klientów podłączony jest do tego samego serwera lub grupy serwerów. Pojedyncze urządzenie końcowe ma bardzo niewiele mocy obliczeniowej. Taka konstrukcja cienkiego klienta zapewnia wiele korzyści zarówno od strony ekonomicznej, jak i dodatkowych funkcjonalności. Są to:

• Oszczędności kosztów – zakup kilku urządzeń wyposażonych w cienkiego klienta, z uproszczonym wyposażeniem będzie tańszy niż urządzeń z pełną funkcjonalnością. Łatwe zarządzanie oznacza również mniejsze wydatki na zasoby informatyczne potrzebne do skonfigurowania cienkiego klienta.
• Oszczędność energii – cienkie klienty wykorzystują zasilacze o niskiej mocy. W większości przypadków stosowane jest tam pasywne chłodzenie.
• Uproszczone zarządzanie – zarządzając grupą cienkich klientów z jednego serwera, łatwiej jest nimi zarządzać i aktualizować oprogramowanie wprowadzając między innymi poprawki bezpieczeństwa.
• Wyższa elastyczność – mniejsze, lżejsze i prostsze w konstrukcji urządzenia łatwiej jest przenosić w kolejne miejsca i znaleźć im nową lokalizację w przypadku zaistnienia takiej potrzeby.
• Łatwość dostępu do chmury – ponieważ cienkie klienty z zasady komunikują się poprzez sieć, łatwiej jest je także połączyć z chmurą, co ułatwia składowanie danych, przekazywanie ich do innych systemów oraz zabezpiecza przed utratą gromadzonych tam informacji na skutek awarii.

Odbiorcy systemów HMI coraz częściej zdają sobie sprawę z zalet scentralizowanej architektury w aplikacjach każdego rodzaju i każdej wielkości. Podejście to pozwala wykorzystać jeden serwer do dostarczania oprogramowania do terminali cienkiego klienta, na urządzenia mobilne i przemysłowe komputery PC w całym zakładzie. Scentralizowana architektura HMI zmniejsza liczbę systemów w hali produkcyjnej, upraszcza ich aktualizację i konserwację, co pomaga obniżyć ryzyko przestojów.

Dostęp z wykorzystaniem urządzeń mobilnych

Finalnie warto wskazać na kwestie współpracy z urządzeniami mobilnymi, które stają się coraz ważniejsze. Nowoczesne oprogramowanie HMI zmienia smartfony i tablety w interfejsy operatora. Dostęp do danych pochodzących z określonej lokalizacji w zakładzie lub w terenie może nastąpić po wprowadzeniu identyfikatora miejsca do aplikacji lub po zeskanowaniu kodu QR.

Jednocześnie na znaczeniu zyskuje bezpieczeństwo coraz bardziej scentralizowanych systemów HMI. Współczesne rozwiązania zapewniają konfigurowanie zakresu dostępu dla poszczególnych grup użytkowników wraz z uprawnieniami ograniczanymi do wybranych zasobów. Systemy te wyposażone są także w mechanizmy uwierzytelniania wieloskładnikowego w czasie nawiązywania połączeń mobilnych opartych na lokalizacji.

Więcej o HMI

W zeszłorocznym wydaniu IRA w analizie dotyczącej paneli operatorskich pisaliśmy m.in. o rynku krajowym, ważnych trendach i działających tutaj dostawcach. Osoby zainteresowane pogłębieniem wiedzy na ten temat zapraszamy do lektury analizy w IRA 2023 oraz do śledzenia raportów publikowanych w magazynie APA i na stronie www.automatykaB2B.pl.