Panele operatorskie

Tytułowe urządzenia stanowią jeden z najpopularniejszych rodzajów interfejsów zapewniających komunikację operatora z maszyną czy systemem automatyki. Punktem wyjścia do ich klasyfikacji jest podział HMI względem wielkości ekranu oraz możliwości.

Te ostatnie obejmować mogą jedynie wyświetlanie, wykonywanie relatywnie prostych obliczeń i komunikację z operatorem lub, jak ma to miejsce w przypadku komputerów panelowych, bardziej złożone zadania obliczeniowe, przetwarzanie danych i sterowanie. W drugiej z analiz informatora przedstawiamy informacje na temat różnego rodzaju HMI.

Najpopularniejsze rodzaje urządzeń z grupy HMI dostarczanych przez rodzimych dystrybutorów (wartości w każdym z przypadków nie sumują się do 100%)

Omawiane w tej części analiz urządzenia, choć w większości mają istotny element wspólny - tj. wyświetlacz ciekłokrystaliczny - w rzeczywistości tworzą różnorodną grupę produktów. Różnią się one parametrami, możliwościami obliczeniowymi i komunikacyjnymi, funkcjonalnością oraz dodatkowymi cechami definiowanymi na poziomie oprogramowania.

Największą grupę sprzedawanych paneli stanowią od lat wersje z ekranami kilkucalowymi (tj. o przekątnych poniżej 10"). Drugimi w kolejności są urządzenia z większymi ekranami, których udział w omawianej statystyce systematycznie rośnie. Dzieje się to przede wszystkim ze względu na malejące koszty zakupu oraz rosnące wymogi klientów w zakresie wizualizacji.

Na trzecim miejscu statystyki znalazły się komputery panelowe (większe jednostki o funkcjonalności IPC i bogatych możliwościach komunikacyjnych). Są to również urządzenia najbardziej wartościowe - ich koszt jednostkowy wynosić może kilkanaście, kilkadziesiąt tysięcy zł.

W bieżącej statystyce obserwowalny jest również spadek udziału w ogólnej sprzedaży wersji monochromatycznych. Można oczekiwać, że ich sprzedaż ustabilizuje się na pewnym poziomie, bowiem istnieje część zastosowań, gdzie nie są wymagane wersje wielokolorowe lub po prostu wyświetlacze monochromatyczne są używane celowo (np. ze względu na projekt urządzenia, wymogi co do zużycia energii lub inne).

Paweł Podsiadło

Astor

Jakie są cechy charakterystyczne HMI i jakie są innowacje w tym obszarze?

Panele operatorskie stosowane są najczęściej w aplikacjach przemysłowych z ukierunkowaniem na maszyny i urządzenia, które obsługiwane są bezpośrednio przez operatora. Do takich zastosowań wybierane są głównie wersje o przekątnych od 4 do 15".

Poza tą cechą od strony konstrukcyjnej ważne jest także dostosowanie urządzenia do pracy w trudnych warunkach środowiskowych, co realizowane jest poprzez wzmocnienie frontu aluminiową ramą i uzyskaniem stopnia ochrony obudowy co najmniej IP65. Istnieją również aplikacje, w których wymagana jest możliwość pracy w ujemnych temperaturach lub w miejscach, gdzie występują wstrząsy i wibracje.

Bardzo ważnymi elementami panelu są interfejsy komunikacyjne, które pozwalają na wymianę danych z urządzeniami automatyki i peryferyjnymi. Standardem jest już obsługa portów szeregowych, Ethernet i USB. Wielu producentów w cenie panelu udostępnia również drivery komunikacyjne - np. w przypadku urządzeń Astraada jest ich ponad 300, co pozwala na wymianę danych z praktycznie każdym systemem sterowania. Od strony technologicznej ważny stał się także zdalny dostęp do maszyny realizowany najczęściej w oparciu na protokole VNC lub standardzie HTML5.

Jeśli chodzi o innowacje, które pojawiają się na rynku (np. multitouch), to klienci wybierają jednak częściej wersje standardowe, które są bardziej przystępne cenowo. Poszukiwany jest też polski interfejs oprogramowania konfiguracyjnego, bezpłatne aktualizacje czy rozbudowana biblioteka elementów graficznych.

Funkcje, które jeszcze kilka lat temu były oferowane w bardziej zaawansowanych systemach SCADA, teraz mogą być realizowane w przypadku panelu. Takimi są np.: alarmowanie, śledzenie produkcji, obsługa receptur, harmonogramy, aplikacje wielojęzyczne, makra (proste programy sterujące).

Wybierając panel, poza samym produktem warto sprawdzić, czy dostawca oferuje również wsparcie techniczne i szkolenia oraz elementy pozwalające na szybki start z urządzeniem - np. podręczniki "pierwsze kroki" czy informatory techniczne w języku polskim.

Jak duży jest rynek?

Najważniejsze dla lokalnych klientów cechy HMI i komputerów panelowych

Jednym z głównych pytań, które zadajemy respondentom podczas tworzenia analiz rynkowych, jest to dotyczące wartości branży - tj. sprzedaży w omawianym sektorze. Podawane wyniki mają charakter szacunkowy i są mniej lub bardziej rozbieżne między sobą - nie inaczej było tym razem. Dostawcy paneli zapytani o wartość polskiego rynku HMI (roczną wartość sprzedaży) podawali różne kwoty, z których najniższą było 5 mln zł, a najwyższą - 150 mln zł.

Większość wskazań zawierało się w przedziale pomiędzy 20 a 100 mln zł, przy czym mediana wyniosła 40 mln zł, zaś średnia dla wszystkich odpowiedzi - 53 mln zł. Są to wartości podobne do tych podawanych w analizach cztery lata temu i niższe niż przed dwoma laty.

Jeżeli chodzi o ocenę sytuacji w branży, to bieżące wyniki są zbliżone do tych sprzed dwóch lat i określić je można jako zdecydowanie pozytywne. Absolutna większość osób oceniła sytuację w branży jako dobrą, zaś jedynie zdaniem trzech respondentów jest ona słaba.

Omawiając tę statystykę, należy wspomnieć, że w każdym z badań próba wynosiła około 50 firm, przez co przedstawione wyniki można uznać za dosyć miarodajne. Pozytywnie wyglądają również perspektywy na przyszłość - zdaniem ponad połowy ankietowanych trendy w zakresie koniunktury są in plus.

Urszula Bizoń-Żaba

COPA-DATA Polska

Jakie są główne zastosowania HMI?

Cały czas największym odbiorcą HMI pozostaje przemysł, dlatego właśnie oczekiwania odbiorców z nim związanych w pierwszej kolejności starają się zaspokoić producenci i dostawcy. Na pierwszym miejscu listy najbardziej wymaganych właściwości jest długi okres eksploatacji oraz praca w trudnych warunkach - np. w produkcji chemicznej, w zwiększonej wilgotności czy temperaturze. Nie bez znaczenia są również odpowiednie certyfikaty - jest to ważne zwłaszcza dla branży Life Science.

Jeśli chodzi o pozostałe funkcje, to coraz większa rola przypisywana jest implementowanemu oprogramowaniu. Odbiorcy oczekują płynności jego działania, coraz większych możliwości obliczeniowych oraz możliwości bezpośredniej integracji z systemami wyższego rzędu - np. ERP. Bardzo ważna jest też ergonomia oraz łatwość obsługi takiego sprzętu zwłaszcza dla nowych pracowników oraz osób ich szkolących.

Jakie są przyszłe kierunki rozwoju obszaru wizualizacji w przemyśle?

Kierunek rozwoju urządzeń z pewnością determinują zagadnienia Industry 4.0. W przyszłości znaczenie HMI wyjdzie poza klasyczną funkcję monitorowania i realizacji zadań procesowych, a one staną się platformą dla menedżerów produkcji, utrzymania ruchu, zakładów, która ułatwi podejmowanie wspólnych decyzji. Otwarte protokoły komunikacyjne pozwolą urządzeniom na swobodną wymianę informacji - np. o stanie produkcji, awariach, konieczności przeprowadzenia przeglądu czy też wymiany części.

Wchodzimy tutaj w zagadnienia predictive maintenance, które już zostało zapoczątkowane u polskich odbiorców. Jednak za tym idzie również niebezpieczeństwo zwiększonej liczby ataków hakerskich, których skutki mogą być katastrofalne, dlatego też równolegle muszą rozwijać się rozwiązania z dziedziny cyberbezpieczeństwa.

Potrzeby odbiorców

Dostawcy HMI i komputerów panelowych

Lista dotycząca najważniejszych dla krajowych odbiorców cech paneli stanowi pewnego rodzaju uśrednienie, bowiem inne będą cechy w przypadku mniejszych urządzeń, inne w zakresie dużych paneli i wyświetlaczy wielkoformatowych, również na odmienne zagadnienia zwracali będą uwagę producenci maszyn, a na jeszcze inne użytkownicy końcowi.

Podobnie jak w poprzednich badaniach lata temu, tak też tym razem czołowe miejsca zestawienia zajęły: interfejsy i komunikacja (82% odpowiedzi), niska cena (71%) oraz kwestie związane z obudową i stopniem ochrony (66%). Warto tu podkreślić rosnące znaczenie możliwości komunikacji, co jest niewątpliwie pochodną popularyzacji Internetu Rzeczy oraz Przemysłu 4.0.

Na kolejnych miejscach listy znalazły się m.in.: parametry obrazu, marka urządzenia oraz wskazania związane ze współpracą z dostawcą - czas jej trwania oraz zapewniana przez firmę obsługa posprzedażna. Dla odbiorców HMI dosyć ważna jest też wydajność obliczeniowa urządzeń oraz posiadane przez nie certyfikaty.

Z kolei dopiero na przedostatniej pozycji listy znalazł się interfejs wielodotykowy (spadek o około 20 p.p. w stosunku do badania sprzed dwóch lat). Poza tym ostatnim wyjątkiem, mamy powtórkę statystyki sprzed dwóch lat (tj. publikowaną w IRA 2018).

Zmiany koniunktury na krajowym rynku HMI w bieżącej dekadzie

Warto tutaj dodać, że istotny element oferty dostawców HMI, który jest komplementarny w stosunku do paneli operatorskich i innych wyświetlaczy, stanowi oprogramowanie. Może ono być częścią pakietów SCADA/HMI, aczkolwiek często występuje też w postaci samodzielnej lub wręcz jest elementem oprogramowania embedded.

Ostatni z przypadków dotyczy w szczególności mniejszych urządzeń, gdzie wymagane są jedynie podstawowe funkcje związane z wizualizacją, sterowaniem i komunikacją z systemem nadrzędnym. Coraz częściej spotykanym rozwiązaniem jest też użycie oprogramowania web-based, czyli dostępu poprzez przeglądarkę internetową pracującą na panelu operatorskim (pełni on wtedy funkcję tzw. cienkiego klienta) do systemu SCADA będącego jednocześnie serwerem dla HMI.

Przenośne i bezprzewodowe HMI

Podobnie jak w życiu codziennym, tak też w przemyśle na znaczeniu zyskują urządzenia przenośne. Mają one szereg atutów w przypadku ich wykorzystania jako HMI - przede wszystkim operator może je zabierać ze sobą, oprócz tego obsługuje się je zwykle za pośrednictwem ekranów dotykowych. Zaletą jest także dodatkowe wyposażenie będące obecnie standardem w tabletach i smartfonach, które rozszerza funkcjonalność panelu operatorskiego o opcje często niedostępne w przypadku stacjonarnych HMI.

Korzystając z jednego mobilnego HMI, na którym zainstalowane zostaną odpowiednie aplikacje, można nadzorować pracę wielu urządzeń. W przypadku rozbudowanych parków maszynowych i złożonych linii technologicznych znacząco zmniejsza to koszty zakupu, ułatwia instalację, a później także modernizację sprzętową i aktualizację oprogramowania, w porównaniu do analogicznych obciążeń wynikających z korzystania ze stacjonarnych paneli operatorskich.

Na temat korzyści, ale też problemów związanych z używaniem urządzeń mobilnych jako HMI można przeczytać w artykule "Mobilny operator - przenośne i bezprzewodowe HMI".

Interfejsy, zdalny dostęp, aplikacje IoT

Najbardziej perspektywiczne branże będące odbiorcami paneli operatorskich

Omawianą w poprzednim rozdziale statystykę rozszerzyć można o odpowiedzi na pytanie dotyczące kluczowych w branży nowości i najważniejszych trendów kształtujących rynek. W raportach publikowanych w APA w pierwszej połowie bieżącej dekady takie odpowiedzi dotyczyły najczęściej technologii multi-touch, czyli związanej z możliwościami tzw. sterowania wielodotykowego. Detekcja dotyku ekranu w kilku miejscach jednocześnie pozwala na znacznie bardziej zaawansowaną interakcję z użytkownikiem oraz korzystanie z gestów, co jest od lat powszechne w przypadku popularnych urządzeń konsumenckich.

Dzisiaj powyższe możliwości, podobnie jak podświetlanie ekranów z wykorzystaniem diod LED, traktowane są w branży przemysłowej jako coś powszechnego i oczekiwanego. Hasło multi-touch pojawiło się jedynie w kilku procentach odpowiedzi dotyczących nowości, a nawet gorzej sprawa się miała ze wskazaniami dotyczącymi wydajności obliczeniowej urządzeń i nowych procesorów. W tym przypadku nie było żadnych odpowiedzi, co potwierdza, że nie są to tematy, wokół których ogniskowałaby się uwaga dostawców.

Co zatem zdaniem oferentów HMI jest dzisiaj najważniejsze? Można sądzić, że oś zmian stanowią zagadnienia związane z komunikacją, interfejsami, możliwościami zdalnej wymiany danych i sterowania. Wszystko to wpisuje się w koncepcję Internetu Rzeczy, którą niewątpliwie żyje rynek.

Wymienione elementy pojawiły się w ponad połowie wszystkich odpowiedzi dotyczących nowości i istotnych na rynku trendów. Respondenci zwracali uwagę przede wszystkim na możliwości zdalnego dostępu, który pozwala na kontrolę pracy systemu poprzez Internet/Ethernet, funkcje teleserwisu oraz łatwej wymiany danych z wykorzystaniem urządzeń mobilnych.

O ile możliwości zdalnego dostępu nie są de facto niczym nowym, o tyle obecnie mówimy o komunikacji na większą skalę, udostępnianiu danych w czasie rzeczywistym, a jednocześnie zagwarantowaniu jak najwyższego bezpieczeństwa tego procesu. Takie są wymogi związane z Przemysłem 4.0, stąd też dostawcy HMI wbudowują w swoje produkty serwery webowe, które pozwalają na komunikację z użytkownikiem w celu parametryzacji urządzeń, a także na stworzenie aplikacji pozwalającej na zdalny dostęp do danych przez sieć komunikacyjną w czasie rzeczywistym.

Michał Urliński

Siemens

Jednym z rodzajów HMI są urządzenia mobilne - kto z nich korzysta i jakie są argumenty za wdrażaniem takich rozwiązań?

Na podstawie licznych zapytań od klientów - zarówno integratorów, jak i klientów końcowych - można powiedzieć, że najważniejsza jest swoboda dla operatora/użytkownika. W wielu aplikacjach operator musi bardzo dokładnie widzieć przebieg operacji na maszynie, więc przywiązanie go na stałe do miejsca zainstalowania standardowego panelu HMI jest kłopotliwe.

Czasem nawet przewodowy panel mobilny to za mało, ponieważ ograniczeniem jest długość przewodu połączeniowego albo sam fakt, że ten przewód jest i przeszkadza w obsłudze danej maszyny.

Jeden z pierwszych tabletów ITP1000 zaoferowaliśmy na stanowisko testowe do branży samochodowej, gdzie do tej pory było potrzebnych dwóch operatorów - jeden załączał na panelu operację, a drugi sprawdzał, jaki jest jej przebieg. Obecnie wystarczy jeden operator na stanowisku, drugi został przeniesiony na inne stanowisko - co w czasach trudności z doborem wykwalifikowanej kadry również jest ważne.

Wysterowanie następuje właśnie z tabletu, na który została wgrana identyczna aplikacja HMI, jak na standardowy panel montowany na elewacji szafki. Innym przykładem są "rozległe" maszyny. Do jednej z aplikacji klient potrzebowałby 7-8 standardowych paneli HMI, ponieważ maszyna miała ponad 100 metrów długości. Po konsultacjach integrator zastosował 3 tablety pozwalające przemieszczać się operatorom na wymagane miejsca.

Dość ważnym argumentem za tego typu rozwiązaniami jest otwartość omawianych systemów. ITP 1000 z naszej oferty może być wyposażony m.in. w system Windows, więc zainstalowanie na nim dowolnego systemu wizualizacji nie jest problemem.

Równolegle z nim klienci instalują np. oprogramowanie do diagnostyki urządzeń czy końcówki systemu zamawiania części zamiennych. Operator lub serwisant skanuje wtedy kod QR komponentu i poprzez wewnętrzną sieć zakładu produkcyjnego zgłasza zapotrzebowanie na dany podzespół do działu zamówień. Ogranicza to liczbę dokumentów występujących przy takiej procedurze i znacznie skraca czas realizacji zamówienia.

Dostawcy i marki oferowanych produktów

Dostawcy HMI zapewniają ponadto możliwość komunikacji tych urządzeń z wykorzystaniem standardów takich jak OPC UA, a także wbudowują w nie szereg fizycznych interfejsów. Te ostatnie to zarówno porty sieci przewodowych (Gigabit Ethernet, różne wersje Ethernetu przemysłowego, USB, porty szeregowe), jak też interfejsy sieci Wi-Fi, Bluetooth, rzadziej GSM.

Taki pakiet pozwala nie tylko na komunikację z operatorem lokalnym oraz zdalnym, ale też na ciągłą łączność z systemem nadrzędnym - np. w celu przesyłania dużych ilości danych w czasie rzeczywistym oraz na zdalną kontrolę. Do tego producenci oferują zazwyczaj wsparcie dla wielu (nieraz kilkuset) protokołów komunikacyjnych, co zapewnia łatwość integracji HMI w większych instalacjach. Popularną cechą staje się też możliwość łatwego przesyłania danych do chmury obliczeniowej oraz bezpośredniej komunikacji z bazami danych.

Jeżeli chodzi o pozostałe odpowiedzi, to ich istotną grupę stanowiły te dotyczące ekranów. Wskazywano tu m.in. na popularyzację dużych wyświetlaczy o dużej rozdzielczości, ekranów panoramicznych oraz na ogólnie rosnącą jakość i responsywność ekranów stosowanych w HMI. Ważnym trendem jest modularyzacja HMI.

Dotyczy to zarówno rozdzielania jednostki obliczeniowej i ekranu, jak też zapewniania możliwości rozbudowy urządzeń (np. z wykorzystaniem dodatkowych modułów we/wy). Dodatkowo HMI powinny mieć możliwość łatwego podłączania komponentów dodatkowych - np. czytników kart chipowych czy RFID.

Panele operatorskie powinny być łatwe w obsłudze i jednocześnie uniwersalne. Jeżeli chodzi o urządzenia zintegrowane, tj. łączące przykładowo funkcje wyświetlania i sterowania, to, podobnie jak dawniej, zdania były tutaj podzielone.

Wprawdzie wersje te zapewniają łatwość tworzenia aplikacji i sprawdzają się w mniejszych aplikacjach, jednak zdaniem części respondentów mogą one być wysoce kłopotliwe w przypadku wystąpienia awarii. Nie ma natomiast wątpliwości, że HMI muszą cechować się odpowiednią budową, co dotyczy w szczególności wytrzymałości mechanicznej i stopnia ochrony (choć naturalnie wymóg ten zależy od aplikacji docelowej).

Jeżeli zaś chodzi o oprogramowanie, to jego istotną cechą, która może zaważyć o wyborze konkretnego modelu HMI, jest polski interfejs. "Obecne HMI zbliżają się możliwościami i sposobem programowania do oprogramowania SCADA" - podsumowuje jeden z respondentów - jest to również niewątpliwie trend, który zmienia omawianą branżę. Na koniec dodajemy, że informacje na temat głównych branż, będących odbiorcami HMI, dostawców tych urządzeń oraz popularnych w branży marek przedstawione zostały w wydaniu IRA 2019.