Środa, 09 października 2013

HMI - przenośnie i bezprzewodowo. W smartfonie i tablecie

Panel operatorski stanowi łącznik między maszyną a człowiekiem, który nią steruje. Może on być stacjonarny albo, co popularyzuje się w ostatnich latach - przenośny. W ostatnim z przypadków rolę HMI przejmuje coraz częściej palmtop, smartfon albo tablet. Opisujemy, jakie są korzyści z tym związane, oraz przedstawiamy, jakie problemy muszą rozwiązać producenci i użytkownicy tych urządzeń, aby można z nich korzystać w przemyśle bezpiecznie i efektywnie.

HMI - przenośnie i bezprzewodowo. W smartfonie i tablecie

Palmtopy, smartfony lub tablety - w przeciwieństwie do wyświetlaczy HMI zamontowanych na stałe w maszynie lub w dyspozytorni zakładu przemysłowego - można ze sobą zabrać wszędzie. Są to bowiem urządzenia przenośne, o stosunkowo niewielkich rozmiarach i wadze. Ponadto standardowo wyposaża się je w interfejsy komunikacyjne Wi-Fi, Bluetooth, NFC czy przykładowo IrDA oraz modemy 3G i 4G.

Dzięki temu bez względu na to, czy operator je drugie śniadanie w stołówce, czy pracuje nad nowym projektem w biurze w innej części fabryki, zawsze ma dostęp do panelu sterowniczego. Za jego pośrednictwem może na przykład zmienić ustawienia maszyny, dowiedzieć się o jej awarii lub wysłać e-mail do swoich współpracowników.

Przenośne HMI pozwalają też z bezpiecznej odległości nadzorować pracę m.in. instalacji w strefach zagrożonych wybuchem lub tam, gdzie dostęp jest utrudniony, na przykład z powodu ekstremalnych temperatur, dużego zapylenia albo wymogu zachowania sterylności.

PRZENOŚNE PANELE TO MOBILNI OPERATORZY

Przenośne HMI zachęcają operatorów do... mobilności, która jest zalecana w nowoczesnych strategiach zarządzania produkcją - np. Gemba Kaizen (więcej w ramce). Zakłada ona, że rozwiązań problemów oraz nowych pomysłów na usprawnienie pracy należy szukać przede wszystkim na miejscu, tzn. na przykład w hali produkcyjnej lub w magazynie.

Jeżeli operator ma tam pod ręką, czyli w tym wypadku na ekranie smartfona lub tabletu, wszystkie niezbędne dane (wyniki pomiarów, wskaźniki efektywności KPI, itp.), może się skupić wyłącznie na analizie danego zagadnienia. Dzięki temu, że pracownicy nie muszą biegać tam i z powrotem między dyspozytornią a halą produkcyjną lub komunikować się z centralą w jakiś inny sposób, oszczędza się również czas.

Przy użyciu pojedynczego podręcznego HMI można nadzorować pracę wielu urządzeń. W przypadku rozbudowanych parków maszynowych lub złożonych linii technologicznych zmniejsza to koszty zakupu, ułatwia instalację, a później także modernizację sprzętową oraz aktualizację oprogramowania. Dzięki pracy w sieci bezprzewodowej oraz zasilaniu bateryjnemu mobilne panele operatorskie nie wymagają takich nakładów na zakup, instalację oraz konserwację okablowania, jak te stacjonarne.

CZY EKRANY DOTYKOWE SPRAWDZAJĄ SIĘ W PRZEMYŚLE?

Smartfony i tablety wyposażone są w wyświetlacze dotykowe, a ich zaletą jest intuicyjność obsługi. Dzięki niej interakcja użytkownika z HMI jest płynniejsza, popełnia on mniej błędów, a zadania wykonuje w czasie nawet kilka razy krótszym niż wtedy, gdy używa klawiatury lub myszki. Ponadto obsługi panelu z takim wyświetlaczem można się dość łatwo nauczyć.

Ekrany dotykowe w smartfonach pozwoliły na wyeliminowanie klawiatury, a w rezultacie powiększenie powierzchni wyświetlacza. W tabletach oprócz klawiatury zrezygnowano z myszki. Poza zwiększeniem powierzchni ekranu, poprawiło to mobilność tego urządzenia. W przemyśle brak klawiszy i urządzeń wskazujących jest zaletą też z innego powodu.

Przede wszystkim nie trzeba ich dodatkowo zabezpieczać przed brudem, pyłem, wysoką temperaturą, chemikaliami oraz wibracjami. Ponieważ peryferia te łatwo uszkodzić, gdy nie są one w ogóle potrzebne, czas użytkowania mobilnego HMI jest dłuższy, a jego koszty mniejsze.

Łatwiejsze jest również czyszczenie wyświetlaczy dotykowych. Dzięki temu lepiej sprawdzają się one tam, gdzie wymagana jest sterylność wyposażenia, na przykład w przemyśle farmaceutycznym lub spożywczym. Ponadto przystosowanie klawiatury lub myszki do pracy w strefach zagrożonych wybuchem jest kosztowne. Panele z ekranami dotykowymi takich modyfikacji na ogół nie wymagają lub ich koszt jest niewielki.

WYPOSAŻENIE I APLIKACJE ATUTEM URZĄDZEŃ PRZENOŚNYCH

W codziennym życiu smartfony i tablety służą już nie tylko do telefonowania oraz przeglądania stron w Internecie. Oprócz tego używa się ich m.in. do robienia zdjęć, nagrywania filmów, słuchania muzyki, korzystania z map, sterowania pracą różnych urządzeń, planowania trasy podróży, zamawiania taksówek, a nawet sprawdzania liczby kalorii spalonych w czasie treningu. Tak szeroką funkcjonalność uzyskuje się dzięki rozbudowanej konfiguracji sprzętowej oraz dostępności odpowiedniego oprogramowania.

Standardowe wyposażenie smartfonu lub tabletu obejmuje obecnie m.in.: kamerę, akcelerometr (czujnik przyspieszenia), żyroskop, czujnik ruchu, sensor światła otoczenia oraz nawigację GPS, a w urządzeniach w wersji przemysłowej również czytnik kodów kreskowych 1D i 2D oraz znaczników RFID.

Możliwości wykorzystania tych podzespołów w panelach operatorskich są nieograniczone. Na przykład kamery i mikrofon (funkcja dyktafonu) mogą być użyteczne w tworzeniu dokumentacji technicznej. Z kolei nawigacji GPS wbudowanej w urządzenia przenośne używa już m.in. firma GE Intelligent Platforms w technologii Geo-Intelligence.

Przykłady HMI app

Na rynku jest coraz więcej oprogramowania typu HMI do urządzeń przenośnych. Oprócz tego wymienionego w tekście artykułu, dostawcy automatyki oferują m.in. następujące:

easyRemote Display
Opracowana przez firmę Eaton aplikacja easyRemote Display służy do sterowania przekaźnikami programowalnymi z serii easy800 tak jak za pomocą klawiatury i wyświetlacza wbudowanych w to urządzenie (m.in. pozwala sprawdzić stan jego wejść, wyjść, schemat połączeń i zmienić tryb pracy).

Przenośny HMI komunikuje się z przekaźnikiem za pośrednictwem sieci Bluetooth zabezpieczonej kodem PIN. W związku z tym easy800 należy wyposażyć w adapter Bluetooth easy800-BLT-ADP. Aplikację easyRemote Display udostępniono (bezpłatnie) w serwisie Google Play w kilku wersjach językowych, w tym w języku angielskim oraz polskim. Działa ona na urządzeniach przenośnych z systemem operacyjnym Android w wersji 2.2 i wyższych.


Opto iPAC, Opto aPAC
Opto iPAC oraz Opto aPAC to aplikacje opracowane przez firmę Opto 22. Są one dostępne (odpłatnie) odpowiednio w serwisach AppStore oraz Google Play. Pierwsza jest przeznaczona do urządzeń przenośnych typu iPhone, iPod touch oraz iPad z systemem operacyjnym iOS 4.3, natomiast druga do tych z systemem operacyjnym Android 2.2. Opto iPAC i Opto aPAC służą do zdalnego nadzoru nad komponentami systemu automatyki przemysłowej SNAP PAC z oferty tego producenta.

GE plc Reader
Aplikację GE plc Reader można pobrać z serwisu Google Play odpłatnie lub w wersji Lite za darmo. Za jej pośrednictwem odczytuje się dane ze sterowników PLC firmy GE Intelligent Platforms obsługujących protokół SRTP, tzn. m.in. z modeli: GE 9030, 9070, PAC Systems Rx3i i Rx7i, GE Salem Innovation Series Controllers (ISC) oraz UC2000 (odpowiednio skonfigurowany). GE plc Reader jest dostępny w wersji na urządzenia mobilne z systemem operacyjnymi Android 2.2 i nowszymi.

MiScout SCADA App
W serwisie Google Play można również znaleźć bezpłatną aplikację MiScout SCADA App opracowaną przez firmę Mita-Teknik. Służy ona do monitorowania pracy farm wiatrowych. Korzystając z niej, operator sprawdzi m.in. informacje o bieżącej produkcji energii elektrycznej lub prędkości wiatru, zostanie także natychmiast poinformowany o sytuacjach alarmowych.

Wonderware Mobile Reporting Connector i SmartGlance
Połączenie platform Wonderware Mobile Reporting Connector i SmartGlance umożliwia dostęp za pośrednictwem smartfonu do danych z aplikacji Wonderware: Historian, Alarm DB, Intouch, MES, Corporate energy Management, Avantis i IntelaTrac. SmartGlance przygotowano w wersji dla urządzeń przenośnych firmy Apple, marki BlackBerry oraz z systemami opracyjnymi Android i Windows Phone.

ProficySCADA
Aplikacja ProficySCADA zapewnia zdalny dostęp do oprogramowania iFIX Webspace lub Cimplicity GlobalView za pośrednictwem sieci intranetowej lub Internetu (jest kompatybilna z serwerami webowymi iFIX 5.5 i CIMPLICITY 8.2 lub nowszymi). Można ją bezpłatnie pobrać z serwisu iTunes w wersji na iPada (iOS 4.2 i późniejsze).

GPS W AKCJI

Dane o lokalizacji operatora korzystającego z przenośnego HMI są w technologii Geo-Intelligence wykorzystywane m.in. do ograniczania informacji, które są mu udostępniane, tylko do tych najważniejszych. W praktyce oznacza to, że pracownik przebywający w pobliżu konkretnej maszyny nie musi już przeglądać szeregu danych w poszukiwaniu tych, które jej dotyczą.

Zamiast tego smartfon lub tablet "wie", że znajduje się teraz na przykład przy napędzie o konkretnym numerze i od razu wyświetla informacje tylko o tym urządzeniu. Dodatkowo operator, który wcześniej określił graniczną odległość, na przykład podając jej promień, może sprawdzić, jakie inne napędy znajdują się w sąsiedztwie tego omawianego.

Oprócz tego dzięki Geo-Intelligence informacje alarmowe trafiają tylko do tych odbiorców, którzy mogą w da

nym przypadku zadziałać najszybciej oraz najefektywniej. W tym celu najpierw analizowane są kompetencje poszczególnych pracowników. To, do czyjego smartfonu lub tabletu zostanie przesłany dany komunikat, zależy ostatecznie od odległości, jaka dzieli osoby o odpowiednich uprawnieniach lub umiejętnościach od miejsca wymagającego ich interwencji.

DODAJ DO ULUBIONYCH: APP STORE, GOOGLE PLAY, WINDOWS PHONE

Rys. 1. W aplikacji Proficy Mobile wdrożono technologię Geo-Intelligence, która dzięki GPS-owi w HMI kojarzy informację z lokalizacją

Technologia Geo-Intelligence została wdrożona w aplikacji Proficy Mobile (rys. 1). Można ją pobrać za darmo z serwisów AppStore oraz Google Play. Ten pierwszy udostępnia Proficy Mobile w wersji na iPada z systemem operacyjnym iOS 4.3 lub w wersji późniejszej. Aplikacja z serwisu Google Play jest z kolei przeznaczona dla tabletów z systemem operacyjnym Android w wersji 4 lub wyższej. W tych sklepach internetowych, jak również na stronie windowsphone.com/store, znaleźć można też inne mobilne aplikacje przemysłowe.

Przykładem jest i-View (rys. 2) firmy ProSoft, którą udostępniono (odpłatnie) w App Store (działa ona na trzech typach urządzeń: iPhone, iPod touch oraz iPad). Korzystając z i-View, można za pośrednictwem sieci Wi-Fi lub sieci komórkowej nadzorować instalacje przemysłowe, których częścią są sterowniki PLC/PAC obsługujące protokoły EtherNet/IP oraz Modbus TCP.

W wersji dla urządzeń z systemami operacyjnymi Android oraz iOS dostępna (odpłatnie lub jako darmowa wersja 30-dniowa) jest również aplikacja Remote HMI opracowana przez firmę Pro-face. Służy ona do zdalnego nadzorowania paneli operatorskich serii GP4000. Bezpłatnie z serwisu App Store można natomiast pobrać program Everywhere App firmy COPA-DATA, który zapewnia zdalny dostęp do danych z systemu zenon HMI/SCADA. Everywhere App został także napisany w wersji dla urządzeń mobilnych z systemem operacyjnym Windows Phone. Przykłady innych "HMI app" przedstawiono w ramce.

Maciej Urban

ACTE Sp. z o.o.

  • Jakie nowe możliwości daje zastosowanie przenośnych interfejsów operatorskich? Czy użycie tabletów i podobnych urządzeń w przemyśle jest rzeczywiście dużą zmianą jakościową? Dlaczego?

Przenośne interfejsy operatorskie dają zupełnie nowe możliwości użytkownikowi w stosunku do rozwiązań stacjonarnych. Są to zaawansowane urządzenia przenośne o możliwościach standardowych komputerów wyposażone dodatkowo w szereg interfejsów takich jak GPS, łączność 3G, Wi-Fi i Bluetooth. Dodatkowo często są wyposażone w kamery, czytniki kodów 1D i 2D oraz czytniki RFID bliskich odległości lub UHF.

Zapewniają użytkownikowi elastyczność i mobilność oraz możliwość obsługi większej liczby urządzeń (nie koniecznie tego samego typu) sterowanych za pomocą jednego panelu operatorskiego. Wszystko zależy od oprogramowania wgranego na te platformy. Dodatkowo w każdym momencie można skorzystać z łączności z biurem, sprawdzić korespondencję firmową bądź skorzystać z Internetu a także po prostu zadzwonić.

Pozwalają także zbierać lub wpisywać dane w czasie pracy w terenie a na koniec proste podpięcie do komputerów i zgranie danych bądź wydruki. Wszystko to przy jednoczesnej wysokiej jakości urządzeń i odporności potwierdzonej normami IP(65 lub wyższej) oraz bardzo rygorystycznych warunkach testowania urządzeń zgodnych z normami MIL-810 będącymi wyznacznikiem jakości urządzeń przenośnych stosowanych w przemyśle.

  • Kto z tego skorzysta (i już korzysta)? Gdzie to coś rzeczywiście zmienia? Co jest ważne dla użytkowników?

Z przenośnych urządzeń skorzystają pracownicy, których praca wymaga częstego przemieszczania się w zakładzie jak i po za nim. Daje to możliwość zarówno lokalnego sterowania wybranymi urządzeniami jak i dzięki łączności 3G monitorowanie i sterowanie procesami z lokalizacji zdalnych.

Dla użytkownika jest bardzo ważne, aby urządzenie, z którego korzysta było proste w obsłudze, zapewniało wszelkie niezbędne interfejsy i narzędzia do pracy oraz dawało możliwość wykorzystania w wielu lokalizacjach jako urządzenia stacjonarnego dzięki stacjom dokującym (biurko, samochód). Przystosowanie do pracy w pełnym nasłonecznieniu docenią użytkownicy wykonujący część operacji na zewnątrz.

Ważna jest także długość pracy urządzenia na baterii, która w tej klasie urządzeń powinna mieć większą pojemność niż w urządzeniach konsumenckich. Z punktu widzenia pracodawcy przy wyborze sprzętu istotny jest całkowity koszt użytkowania urządzenia, który ze względu na niezawodność, odporność na uszkodzenia i bezawaryjność jest niższy dla urządzeń profesjonalnych w stosunku do urządzeń konsumenckich używanych do celów profesjonalnych. Ze względu bezpieczeństwa i możliwości wyniesienia danych wrażliwych poza obszar działania firmy korzystanie z prywatnych urządzeń do celów służbowych jest nie do zaakceptowania.

BEZPIECZEŃSTWO JEST PRIORYTETEM

Rys. 2. Aplikacja i-View firmy ProSoft

Pewnym ograniczeniem przenośnych HMI jest ich zasilanie. Od paneli operatorskich oczekuje się gotowości do użycia na okrągło, niestety bateria każdego smartfonu lub tabletu w końcu się rozładuje. Aby uniknąć problemów z tym związanych, należy monitorować jej poziom. Trzeba także zaplanować harmonogram ładowania tych urządzeń, tak aby zawsze były sprawne. Ponadto urządzenia w wersji dla przemysłu są często wyposażone w dwa komplety baterii (z opcją hot-swap), na co warto zwrócić uwagę przy ich zakupie.

Dużo poważniejszą kwestią - i głównym argumentem wszystkich sceptycznych wobec używania tych urządzeń jako HMI - jest bezpieczeństwo. Można je rozumieć dwojako - w odniesieniu do ochrony samych smartfonów i tabletów w środowisku pracy, które nie jest dla nich "naturalne", oraz w kontekście zabezpieczenia danych i systemów sterowania.

Zalety tych urządzeń używanych jako przemysłowe panele operatorskie tracą bowiem na znaczeniu, jeżeli stają się one furtką dla różnych złośliwych działań. Sparaliżowanie systemu sterowania zakładem przemysłowym oprócz strat w tym pierwszym ma poważne konsekwencje dla jego najbliższego otoczenia, na przykład gdy dojdzie do wybuchu lub wycieku szkodliwych substancji.

Skutków awarii elektrowni jądrowej w skali globalnej nikomu wyjaśniać nie trzeba. A to właśnie znajdująca się w Iranie

elektrownia tego typu była jednym z celów dla wirusa o nazwie Stuxnet, który kilka lat temu zburzył spokój wszystkich odpowiedzialnych za bezpieczeństwo systemów informatycznych w przemyśle. Co ciekawe - to złośliwe oprogramowanie wnikało do systemów sterowania i automatyki niepodłączonych do Internetu przez przenośne... pamięci USB.

Mobilność smartfonów i tabletów również jest "groźna", bo łatwo jest je ukraść albo zgubić. Aby przygotować się na taką okoliczność, trzeba ograniczyć osobom niepowołanym dostęp do zasobów zakładu, na przykład sprowadzając rolę tych urządzeń do funkcji tzw. cienkiego klienta. Pomóc może także zabezpieczenie przenośnych HMI oraz ich oprogramowania hasłem.

Zarządzanie według Kaizen Gemba

Metoda zarządzania Kaizen Gemba łączy w sobie dwie koncepcje. Pierwsza z nich, której nazwa powstała z połączenia dwóch słów w języku japońskim: kai - zmiana oraz zen - dobro, i oznacza: "zmianę na lepsze" - polega na ciągłym doskonaleniu. W proces ten powinni być zaangażowani wszyscy pracownicy - od kadry zarządzającej zakładem przemysłowym po personel najniższego szczebla.

Zmiany nie muszą być znaczące - w zasadzie najlepiej sprawdza się metoda małych kroków podejmowanych regularnie z inicjatywy różnych osób. W dłuższej perspektywie korzyści z nich płynące mogą być duże. Ich koszty są natomiast stosunkowo małe, ponadto z reguły łatwo (i tanio) można takie drobne modyfikacje cofnąć. Kaizen jest alternatywą dla zmian wprowadzanych szybko i od razu na dużą skalę, które bywają ryzykowne (trudno się z nich wycofać, dużo kosztują, mogą się spotkać z oporem personelu).

Gemba w języku japońskim oznacza miejsce, gdzie wykonywana jest właściwa praca. W zakładzie przemysłowym jest to hala produkcyjna, w której wytwarzane są produkty lub realizowany jest dany proces. Zgodnie z opisywaną metodą zarządzania osoby decyzyjne powinny być jak najbliżej gemby.

W razie wystąpienia jakiegoś problemu to właśnie tam, u jego źródła można uzyskać najwięcej użytecznych informacji. Pochodzą one "z pierwszej ręki", tzn. od osób, które "pracują w gembie" na co dzień, lub są wnioskami wyciągniętymi przez kierowników na podstawie ich własnej obserwacji. W rezultacie uzyskuje się pełny pogląd na zaistniałą sytuację. Pozwala to szybko zidentyfikować przyczyny nieprawidłowości, a potem wdrożyć odpowiednie środki zaradcze. Takie podejście jest alternatywą dla zwykle mało efektywnego zarządzania zza biurka.

PEWNE ŹRÓDŁO TO BEZPIECZNA APLIKACJA

Problem złośliwego oprogramowania (malware) nie omija również urządzeń mobilnych. Według danych U.S. Government Accountability Office tylko na przełomie niespełna roku, od lipca 2011 do maja 2012, liczba różnych wariantów takich programów na smartfony, tablety i inne urządzenia przenośne na całym świecie zwiększyła z około 14 tys. do 40 tys. sztuk. Oznacza to wzrost o około 185%! Wynik ten robi wrażenie tym bardziej, że GAO w tej analizie z oczywistych powodów mogło uwzględnić tylko to te wirusy, robaki i inne szkodliwe programy, które udało się zidentyfikować.

Dlatego, podobnie jak w przypadku komputerów stacjonarnych, w smartfonach i tabletach warto korzystać tylko z aplikacji z pewnych źródeł. Te dla przemysłu, które można pobrać z Internetu, są najczęściej przygotowywane przez firmy z branży automatyki, na przykład dostawców "zwykłego" oprogramowania HMI/SCADA.

Ich autorami są też przedsiębiorstwa specjalizujące się w pisaniu programów dla urządzeń mobilnych, ale niezwiązane z przemysłem oraz niezależni deweloperzy. Przewiduje się, że ze względów bezpieczeństwa z czasem pierwsza grupa całkowicie zdominuje pozostałych twórców. Wtedy także z pewnością powstaną sklepy internetowe tylko ze sprawdzonymi aplikacjami mobilnymi dla przemysłu.

OCHRONA SIECI BEZPRZEWODOWEJ

Przenośne HMI z systemami sterowania i automatyki najczęściej komunikują się za pośrednictwem sieci Wi-Fi. Ograniczenie dostępu do niej osobom niepowołanym jest trudniejsze niż w przypadku sieci kablowych. Środki bezpieczeństwa, jakie w tym celu trzeba przedsięwziąć w przemyśle, nie różnią się jednak zbytnio od tych, które wdraża się w standardowych sieciach Wi-Fi. Są to m.in.: zabezpieczenie hasłem panelu konfiguracyjnego punktów dostępowych, filtrowanie fizycznych adresów urządzeń sieciowych (MAC) oraz szyfrowanie danych. O skuteczności tego ostatniego decyduje zastosowany standard szyfrowania.

Obecnie wybierać można właściwie tylko między dwoma metodami: WPA (Wi-Fi Protected Access) oraz WPA2, przy czym większe bezpieczeństwo zapewnia ta druga. WPA jest standardem przejściowym między starszym WEP ( Wired Equivalent Privacy), z którego ze względu na łatwość złamania zabezpieczeń już w ogóle nie zaleca się korzystać, a najnowszym WPA2. W WPA największa zmiana w stosunku do WEP polegała na wprowadzeniu dwóch nowych mechanizmów: uwierzytelniania oraz kluczy dynamicznych. W WPA2 poziom bezpieczeństwa podniesiono, przede wszystkim wprowadzając szyfrowanie AES.

Włamanie się do odpowiednio chronionej sieci Wi-Fi nie jest proste, ale niestety nie jest niewykonalne. Najsłabszym ogniwem zawsze jest człowiek - pewnych zachowań ludzi, celowych lub niezamierzonych, które ułatwiają złamanie zabezpieczeń, nigdy nie da się wykluczyć. Trzeba to uwzględnić, decydując się na użycie przenośnego panelu operatorskiego w przemyśle.

Protokoły sterowania PLC i innymi urządzeniami polowymi w systemach automatyki przemysłowej nie wymagają uwierzytelniania. Ich bezpośrednie włączenie do sieci bezprzewodowej nie jest zatem zalecane. W zamian warto wykorzystać pośredni węzeł sieci (HMI lub SCADA) jako bramę między urządzeniem przenośnym pracującym w sieci bezprzewodowej a PLC podłączonym do sieci kablowej. Zyskuje się w ten sposób dodatkowe zabezpieczenie, które atakujący musi pokonać, nawet jeżeli uda mu się włamać do sieci Wi-Fi. W ramce przedstawiamy kwestię bezpieczeństwa w sieciach Bluetooth, drugim najczęściej używanym kanale komunikacji w mobilnych HMI.

Bluetooth - też popularny w przemyśle

Bluetooth to otwarty standard łączności na krótkie odległości, gdzie transmisja ma miejsce w paśmie ISM 2,4 GHz. Dwa lub więcej urządzeń komunikujących się w jednym kanale tworzy pikosieć. Każde z nich może w niej pełnić funkcję węzła nadrzędnego (master) lub podrzędnego (slave). W danej pikosieci ten pierwszy jest tylko jeden, natomiast aktywnych węzłów podrzędnych maksymalnie jest siedem. Kilka pikosieci może się łączyć tworząc sieć rozproszoną (scatternet).

Obecnie w wersji szybkiej i energooszczędnej
Dotychczas opracowano kilka wersji standardu Bluetooth. Najpowszechniej używa się tej o numerze 1.2 wprowadzonej w 2003 roku oraz 2.0 + EDR (Enhaced Data Rate) udostępnionej rok później. W 2007 ogłoszono Bluetooth 2.1 + EDR, w której znacząco poprawiono bezpieczeństwo transmisji. Najnowsze wersje to natomiast Bluetooth 3.0 + HS (High Speed) opracowana w 2009 oraz Bluetooth 4.0 (2010 rok). Ta ostatnia obejmuje technologię Low Energy przygotowaną dla mniejszych urządzeń i zoptymalizowaną pod kątem ograniczenia poboru mocy.

Zagrożenia
Urządzenia wymieniające dane w sieci Bluetooth są narażone na większość ataków przeprowadzanych na sieci komunikacyjne bez względu na protokół (m.in. DoS, podsłuchanie, man in the middle), jak i zagrożenia specyficzne tylko dla tego standardu (m.in. BlueSnarf, BlueBug). W razie powodzenia w obu przypadkach atakujący może uzyskać dostęp do ważnych danych zapisanych w zhakowanym urządzeniu lub wykorzystać je lub inne węzły w danej sieci do własnych celów.

Tryby bezpieczeństwa
Podstawowym zabezpieczeniem jest wyłączenie (lub ukrycie) w urządzeniu mobilnym interfejsu Bluetooth, wtedy gdy nie jest on wykorzystywany. Oprócz tego w specyfikacji tego standardu przewidziano kilka trybów bezpieczeństwa. W pierwszym (niechronionym) nie stosuje się ani szyfrowania, ani uwierzytelniania.

W drugim trybie uwierzytelnianie przeprowadza się już po, natomiast w trybie trzecim - przed nawiązaniem połączenia. Zaleca się korzystanie z takiej metody, która w danym urządzenia zapewnia najwyższy poziom bezpieczeństwa. W węzłach sieci zgodnych z Bluetooth BR (Basic Rate), EDR i HR jest to tryb trzeci. Dla Bluetooth 2.1 + EDR i wersji późniejszych domyślny jest tryb 4, który jest modyfikacją trybu 2 polegającą na jego rozszerzeniu o mechanizm Secure Simple Pairing (SSP).

HMI W WERSJI RUGGED

W przemyśle na urządzenia elektroniczne oddziałują różne czynniki, które mogą je uszkodzić lub skrócić czas ich użytkowania, na przykład skrajne temperatury i duże zapylenie. Przenośne panele operatorskie są dodatkowo narażone na uszkodzenia mechaniczne. Dlatego w tym zastosowaniu najlepiej sprawdzają się ich wersje wzmocnione. W sprzedaży dostępne są głównie tablety przemysłowe. Producenci smartfonów nie pozostają jednak w tyle i również stopniowo wprowadzają na rynek takie urządzenia.

Są one szczelne - stopień ich ochrony może wynosić od IP42, gdy są zabezpieczone przed wnikaniem ciał o wielkości ponad 1 mm i kroplami deszczu, do nawet IP68. Wówczas gwarantowana jest ich całkowita odporność na pył oraz zalanie przy ciągłym zanurzeniu. Zakres temperatur pracy wynosi typowo od -30°C do +60°C. Są to urządzenia bezwentylatorowe, a dodatkowym zabezpieczeniem przed uszkodzeniem mechanicznym są gumowe narożniki lub osłony na krawędziach. Wyświetlacze przed zarysowaniem chronią specjalne nakładki.

Aby panelu można było używać na zewnątrz i przy różnym oświetleniu, ekrany pokrywa się powłoką antyrefleksyjną. Stosownie do warunków otoczenia regulowane jest również ich podświetlenie. Tablety i smartfony dla przemysłu zwykle spełniają wymagania amerykańskiej normy MIL-STD 810G, według której testowane są sprzęty dla wojska.

Nie zawsze jednak przenośne HMI są użytkowane w trudnych warunkach. Czy wówczas firmie opłaca się inwestować w "zwykłe" smarftony lub tablety, skoro prawie każdy z pracowników i tak ma przy sobie, albo w domu, takie urządzenie?

ZALETY I ZAGROŻENIA BYOD

Wykorzystywanie własnych urządzeń mobilnych w pracy... do pracy określa się skrótem BYOD, czyli Bring Your Own Device. Rozwiązanie to ma zarówno zalety, jak i wady.

Każdy nowy zakup to dodatkowy koszt, tym wyższy, im więcej urządzeń trzeba zamówić. Taka inwestycja jest niestety ograniczona czasowo - chyba nic obecnie nie rozwija się (czytaj: starzeje) w takim tempie jak elektronika. Pozwalając personelowi na używanie własnych smartfonów i tabletów jako HMI, pracodawca zyskuje zatem dwa w jednym - zawsze najnowszy sprzęt za darmo.

Bonusem jest zadowolony pracownik, który ma do dyspozycji sprzęt taki, jaki sam sobie wybrał. Obsługa takich urządzeń sprawia zwykle mniej trudności niż tych narzuconych odgórnie przez firmę. Ta ostatnia ponownie ma z tego podwójną korzyść - oszczędza na szkoleniach i nie musi martwić się o aktualizację, rozbudowę oraz naprawy sprzętu. Ponadto swoboda w posługiwaniu się narzędziem pracy równa się większa wydajność.

Niestety decydując się na wdrożenie w przedsiębiorstwie koncepcji BYOD, należy liczyć się z tym, że każdy pracownik może przynieść inny sprzęt. Różnice, które mogą sprawić najwięcej problemów w wypadku smartfonów i tabletów jako HMI, dotyczą systemu operacyjnego, pojemności dysku twardego, pamięci RAM oraz dodatkowego wyposażenia, w tym głównie interfejsów komunikacyjnych.

Potencjalnie kłopotliwe kwestie to zapewnienie każdemu odpowiedniej wersji oprogramowania oraz fachowej pomocy w rozwiązywaniu problemów charakterystycznych dla danego typu urządzenia. Rozwiązanie tego jest proste - należy ściśle ustalić listę typów prywatnych sprzętów dopuszczonych do użytku w danym zakładzie.

Tablety dla przemysłu - przykłady

Rugged Handheld Winmate E430T
Temperatura pracy: od -20°C do +60°C, IP 67, wyświetlacz 4.3" (800 × 480) LED o jasności 270 nitów i kontraście 800:1, ekran wielodotykowy (pojemnościowy), procesor Cortex A8 DM 3730 1000 MHz, dysk twardy 512 MB Flash, bateria litowo-jonowa 2400 mAh, czas pracy na baterii 8 h, system operacyjny Android 2.3, WiFi b/g/n, Bluetooth 2.1+ EDR, GPS, GSM - opcja, czytnik kart micro SD do 32 GB, wbudowana kamera 2 Mpix na przedzie i 5 Mpix z tyłu, microUSB, wyjście audio, gumowana obudowa, MIL-STD 810G, skaner kodów kreskowych.
www.mobilator.pl

Tablet przemysłowy Motorola ET1
Procesor 1 GHz, system operacyjny Android 2.3.4, pamięć 1 GB RAM, 4 GB Flash, 4 GB microSD (dodatkowe gniazdo na kartę microSD o maksymalnej pojemności 32 GB), temperatura pracy od 0°C do +50°C, odporność na upadek: z 1,2 m, IP54, aparat, kamera (skanowanie kodów 1D i 2D), 802.11a/b/ g/n, Bluetooth, GPS, ekran dotykowy 1024 × 600, USB, HDMI.
www.4labels.pl

Tablet przemysłowy Getac Z710
Procesor OMAP 4430 Dual Core 1 GHz, ekran 7" LumiBond (Sunlight Readable, pojemnościowy), system operacyjny Android 4.1, odporność na upadek z 1,8 m, IP65, temperatura pracy od -20°C do +50°C, opcjonalnie czytnik kodów kreskowych 1D/2D lub RFID, opcjonalnie 3.5G WWAN (HSPA+/UMTS/EDGE/GPRS/GSM), GPS.
www.elmark.com.pl

ANGRY BIRDS OBOK HMI/SCADA APP

Dużo poważniejszym problemem jest bezpieczeństwo. Dostęp do informacji w czasie rzeczywistym można zablokować na przykład przez automatyczne wylogowanie z sieci zakładowej i odmowę korzystania z niej osobom przebywającym poza firmą. Niestety to, że pracownicy codziennie zabierają smartfon lub tablet do domu, niesie ze sobą ryzyko wycieku danych, które są w nim zapisywane nieświadomie lub celowo, z różnych pobudek.

Ponadto poza murami fabryki pracodawca ma ograniczoną kontrolę nad prywatnym sprzętem. Na przykład nie może jego właścicielom zabronić instalowania aplikacji do użytku prywatnego. Trudno również każdego dnia sprawdzać, czy urządzenie nie jest zostało zawirusowane.

Koncepcja BYOD raczej nie sprawdzi się dla przemysłowych HMI z dostępem do kluczowych instalacji zakładu. W pozostałych przypadkach należy rozważyć, czy zalety tego rozwiązania rekompensują jego wady.

PRZYSZŁOŚĆ MOBILE HMI

Według CCS Insight w pierwszym kwartale tego roku po raz pierwszy sprzedano więcej smartfonów niż telefonów komórkowych. Z kolei, jak szacuje NPD DisplaySearch, w 2014 popyt na tablety (około 364 mln sztuk) przekroczy ponad dwukrotnie zapotrzebowanie na notebooki i ultrabooki. CCS Insight przewiduje natomiast, że w latach 2012-2017 sprzedaż smartfonów i tabletów wzrośnie 2,5-krotnie, do ponad 2 mld sztuk.

Na razie brak jest danych, jaki procent rynku tych urządzeń stanowić będą przemysłowe panele operatorskie. Można jednak przewidywać, że będzie on się stale powiększał. Smarftony i tablety są już bowiem stałą częścią naszego życia i wciąż zyskują nowych odbiorców, z których część z pewnością zechce korzystać z nich również w pracy. Nie należy przy tym oczekiwać, że przenośne HMI w przemyśle całkiem zastąpią te stacjonarne - częściej będą z pewnością stanowić ich uzupełnienie.

Rozmowa z Pawłem Czepielem, kierownikiem działu handlowego w VIX Automation

Rozwiązania mobilne pozwalają nadzorować i optymalizować procesy produkcyjne w obszarach niedostępnych do tej pory dla klasycznych narzędzi

  • Jakie nowe możliwości daje zastosowanie przenośnych interfejsów operatorskich? Czy użycie tabletów i podobnych urządzeń w przemyśle jest rzeczywiście dużą zmianą jakościową?

Rozwiązania mobilne, w naszym przypadku z rodziny Proficy, pozwalają zoptymalizować prowadzenie procesu produkcyjnego w obszarach niedostępnych do tej pory dla klasycznych, stacjonarnych narzędzi. Wystarczy przywołać chociażby opisaną w artykule technologię GEO-Intelligence. Drugim przykładem na zasadniczą zmianę jakościową - tym razem w podejściu do komunikacji wśród pracowników utrzymania ruchu czy automatyków - jest technologia Proficy Notes.

Zapewnia ona możliwość dołączania z poziomu tabletu lub smartphone elektronicznych notatek do zdefiniowanych w systemie urządzeń/lokalizacji, tak aby użytkownicy mogli dzielić się informacjami o stanie maszyn, zaawansowaniu napraw i przeglądach - zarówno zrealizowanych, jak i planowanych. Do notatek można dołączać zdjęcia wykonane podczas serwisu i zapisy aktualnych parametrów, tak aby następne osoby mogły rozpocząć od punktu, w którym praca została zatrzymana, a z drugiej strony aby koordynator prac miał wgląd w to, co się dzieje w terenie, w oddalonych lokalizacjach. Wygodne staje się prowadzenie elektronicznego dziennika dla posiadanych zasobów, a dzięki zaawansowanemu mechanizmowi filtrowania informacji możliwe jest podejmowanie precyzyjnych decyzji, także biznesowych.

  • Kto w kraju korzysta z takich możliwości? Jakie aplikacje mobilne proponujecie klientom?

Wśród naszych klientów przez ostatnie kilka lat na dobre zadomowiły się rozwiązania mobilne dla oprogramowania SCADA, głównie te dostępne przez przeglądarkę internetową. Prym wiedzie tutaj iFIX WebSpace, który w ubiegłym roku doczekał się dodatkowo, bezpłatnej aplikacji dla systemów Android oraz iOS (Proficy SCADA).

O popularności tego rozwiązania zadecydowała w głównej mierze łatwość "opublikowania" klasycznych aplikacji wizualizacyjnych do środowiska mobilnego. Przy zachowaniu pełnej funkcjonalności bazowej aplikacji uzyskuje się wgląd w dane procesowe czasu rzeczywistego i historyczne z dowolnego miejsca i to na urządzeniach, które większość z nas ma bez przerwy przy sobie. Również możliwości takie jak obsługa gestów czy automatyczne powiększanie aktywnych okien dialogowych, podnosi ergonomiczność i wygodę stosowania tego narzędzia. Znakomicie zwiększyło to mobilność pracowników, przyspieszyło czas reakcji na ewentualne problemy.

Wśród naszych klientów znajduje się m.in. wiele firm z branży wodno-kanalizacyjnej, gdzie mobilność staje się kluczową cechą każdej aplikacji - chociażby ze względu na rozproszenie obiektów, które są monitorowane na dużych obszarach. Mamy również instalacje w branży energetyki cieplnej, hutnictwie, branży spożywczej oraz w inteligentnych budynkach. Nie bez znaczenia jest fakt, że rozwiązania te można przetestować w swoim systemie bezpłatnie - wystarczy uzyskać licencje demonstracyjne od naszej firmy.

  • Gdy w przemyśle pojawia się tematyka urządzeń bezprzewodowych, pytaniem niemal natychmiastowo zadawanym jest to o kwestie bezpieczeństwa. Jak jest to rozwiązane?

Bezpieczeństwo przesyłanych danych i ochrona przed nieautoryzowanym logowaniem były jednymi z kluczowych zadań przed jakimi stanęli programiści GE, projektując rozwiązania i aplikacje mobilne. Przykładowo Proficy SCADA w pełni integruje się z ochroną aplikacji SCADA, dla której stanowi końcówkę kliencką, w tym także przy wykorzystaniu SSL.

Druga z aplikacji - Proficy Mobile, wyposażona została natomiast w technologię Proficy Agent opartą na standardzie SSL w wersji 3, który znany jest m.in. z systemów bankowych. Aby zabezpieczyć wykorzystywane przez sesje SSL klucze prywatne, korzysta się tutaj z modułu kryptograficznego zgodnego z certyfikatem FIPS 140-2. Tak wysoki poziom certyfikacji zapewnia bezpieczne udostępnianie danych w Internecie bez potrzeby wykorzystania połączeń VPN.

Monika Jaworowska

Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów
Dowiedz się więcej
Przejdź do kompendium

Prezentacje firmowe

Zobacz również