Idealny HMI

JAKIE SĄ ZALETY EKRANÓW WIELODOTYKOWYCH?

Dzięki upowszechnieniu się w urządzeniach przenośnych (smartfony, tablety), technologia ekranów dotykowych bardzo się ostatnio rozwinęła. Konstrukcją, która ma szansę zrewolucjonizować rynek przemysłowych paneli operatorskich, podobnie jak wcześniej rynek elektroniki użytkowej, są wyświetlacze wielodotykowe.

W przeciwieństwie do klasycznych, wykrywających pojedynczy punkt dotknięcia, nowe wersje wykrywają i interpretują dotknięcie w wielu miejscach jednocześnie. Pozwala to sterować wyświetlaczem za pomocą gestów, co jest bardziej intuicyjne i szybsze. Poza tymi zaletami, które już dawno temu docenili użytkownicy elektroniki użytkowej, w przypadku HMI w przemyśle wielodotyk ma dodatkowe walory.

Umiejętność korzystania z ekranów wielodotykowych, tak obecnie powszechna wśród dzieci i młodzieży, zaprocentuje w przyszłości skróceniem czasu uczenia nowych pracowników obsługi HMI. Dzięki temu dłużej będzie można szkolić ich w zakresie samego procesu produkcyjnego. Poza tym programując panel operatorski tak, żeby wykonanie określonych operacji wymagało wykonania konkretnych gestów, będzie się zapobiegać niezamierzonym uruchomieniom.

Może to poprawić bezpieczeństwo operatorów. Jeżeli na przykład do włączenia niebezpiecznej maszyny trzeba będzie koniecznie użyć obu rąk, jest to element ochrony przez nieszczęśliwym wypadkiem. Ponieważ ekrany dotykowe można obsługiwać w specjalnych rękawiczkach, a niektóre nawet w zwykłych (np. te, które wykorzystują detekcję promieniowania podczerwonego), operatorzy nie muszą ich zdejmować, co bywa konieczne przy korzystaniu z klawiatury. Zapewnia to oszczędność czasu, a ręce przez cały czas pozostają chronione.

Mobilne HMI

W przemyśle coraz częściej używa się przenośnych paneli operatorskich, których funkcję pełnią palmtopy, smartfony i tablety. Korzystając z nich, operator ma dostęp do systemu bez względu na to, gdzie się znajduje i może zdalnie nadzorować pracę instalacji. Jest to szczególnie korzystne w przypadku pracy w strefie zagrożonej wybuchem, tam gdzie panują ekstremalne temperatury albo istnieją wymogi co do sterylności. Ponadto dodatkowe wyposażenie smartfonów i tabletów - takie jak kamera i nawigacja GPS - można wykorzystać do tworzenia dokumentacji technicznej i lokalizowania operatora w celu udostępnienia mu tylko tych informacji, których w danej chwili potrzebuje.

Jak unikać problemów z przenośnymi HMI?
Aby zapobiec niespodziewanemu rozładowaniu się baterii panelu operatorskiego, trzeba kontrolować poziom ich naładowania i zaplanować harmonogram ładowania (warto rozważyć zakup wersji z dwoma kompletami baterii). Z kolei aby zabezpieczyć się na wypadek kradzieży albo zgubienia przenośnego HMI, należy ograniczyć osobom niepowołanym dostęp do zasobów zakładu, na przykład sprowadzając jego rolę do funkcji tzw. cienkiego klienta i chronić go i jego oprogramowanie hasłem.

Co cechuje przemysłowe HMI?
W przemyśle najlepiej sprawdzają się wzmocnione panele i tablety. Są one szczelne (IP42 do IP68), zakres temperatur ich pracy wynosi od -30 do 60°C. Są to urządzenia bezwentylatorowe, chronione przed uszkodzeniem mechanicznym gumowymi narożnikami i osłonami na krawędziach. Ekrany są zabezpieczone nakładkami przed zarysowaniem, zaś ich podświetlenie dostosowuje się do warunków otoczenia. Tego typu urządzenia są pokryte często powłoką antyrefleksyjną. Przenośne HMI spełniają zwykle wymagania normy MIL-STD 810G dla sprzętów wojskowych.

Jeżeli panel operatorski nie będzie używany w trudnych warunkach, można rozważyć stosowanie prywatnych urządzeń, czyli wykorzystać metodologię Bring Your Own Device (BYOD).

Wady i zalety BYOD
Pozwalając pracownikom używać własnych smartfonów i tabletów, pracodawca uzyskuje dostęp do sprzętu za darmo i nie musi przeprowadzać szkoleń z jego obsługi. Nie martwi się o aktualizację, rozbudowę i naprawy tych urządzeń. Aby uniknąć problemów z zapewnieniem każdemu odpowiedniego oprogramowania i fachowej pomocy lepiej wcześniej ustalić listę typów prywatnych urządzeń dopuszczonych do użytku w danym zakładzie. te znajdujące się poza terenem zakładu, powinno się automatycznie wylogowywać z sieci firmowej.

Niestety właścicielom sprzętu przenośnego nie można zabronić instalowania aplikacji do użytku prywatnego. Trudno też codziennie sprawdzać, czy urządzenie nie zostało zawirusowane. Dlatego BYOD raczej nie sprawdzi się w przypadku HMI z dostępem do głównych instalacji zakładu. W pozostałych przypadkach można rozważyć, czy zalety tego rozwiązania rekompensują jego wady.

OPROGRAMOWANIE I KOMUNIKACJA

Oprogramowanie narzędziowe jest bardzo ważnym aspektem tematyki wizualizacji w przemyśle. Nowoczesne środowiska software’owe obsługują m.in. technologię XML i wektorową grafikę, co znacząco poprawia jakość wizualizacji. Platforma programowa powinna również umożliwiać intuicyjne tworzenie aplikacji oraz przenoszenie ich pomiędzy HMI z wyświetlaczami o różnych rozmiarach. O oprogramowaniu piszemy w ramce zamieszczonej w artykule.

Inną istotną kwestią, która powinna być uwzględniona przy wyborze panelu operatorskiego, jest dostępność interfejsów komunikacyjnych. Warto poszukać takich modeli HMI, które obsługują jednocześnie wiele protokołów. Do tych standardowych należą dzisiaj interfejsy Ethernet oraz USB, a także cały czas popularny RS-232/485.

Grzegorz Ingielewicz

B&R Automatyka Przemysłowa

Jak zmieniają się technologie paneli operatorskich i jakie cechy tych urządzeń są istotne dla klientów?

Jedną z tendencji jest tu ukierunkowanie rozwoju na otwarte technologie znane ze świata IT, które wyznaczają trendy, oczekiwania i przyzwyczajenia użytkowników. Z drugiej strony oferują one ogrom rozwiązań ułatwiających przygotowywanie aplikacji, a także wychodzenie "poza zakłady przemysłowe".

Najlepszym przykładem mogą być wizualizacje wykonane w technologii HTML, które są dostępne poprzez telefony komórkowe. Taki zdalny dostęp, możliwy m.in. dzięki serwerom i przeglądarkom VNC, umożliwia znaczne zwiększenie funkcjonalności, jeżeli istnieje możliwość zróżnicowania treści prezentowanych lokalnie przy maszynie i zdalnie poprzez VNC. Ta druga wizualizacja ukierunkowana jest raczej na przedstawianie informacji niż sterowanie maszyną. Może ona też stać się tańszą alternatywą dla rozwiązań typu SCADA.

Nie do przecenienia stają się możliwości zdalnego dostępu w przypadku konieczności diagnozowania awarii. Dostępne są już technologie umożliwiające przeprowadzenie takiej diagnostyki poprzez przeglądarkę internetową.

Aby usatysfakcjonować wszystkich, należałoby wspomnieć o udogodnieniach dla personelu zajmującego się okablowaniem maszyn. Ukłonem w ich stroną może być np. standard SDL, który pozwala połączyć komputer przemysłowy z monitorem tylko jednym kablem.

Co ze zróżnicowaniem technologii HMI w przypadku różnych użytkowników?

Operator maszyny nie musi, a nawet nie powinien oglądać tego samego, co osoba nadzorująca produkcję. Odpowiedzią na takie potrzeby jest szeroki zakres dostępnych HMI, o różnych rozdzielczościach i wielkościach ekranu, z przyciskami i bez nich, itd. O ile w przypadku urządzeń do wizualizacji znajdujących się z dala od maszyny, a służących np. do kontroli produkcji, oczekuje się dużych rozdzielczości i coraz częściej funkcji wielodotykowych, o tyle w HMI montowanych bezpośrednio w maszynie funkcja wielodotyku traci na znaczeniu, a nawet staje się wręcz niepożądana. W tym przypadku istotne stają się raczej wymiary dopasowane do potrzeb i duża odporność na warunki środowiskowe.

JAKA POWINNA BYĆ TRWAŁOŚĆ HMI?

Jeżeli panel sterowniczy zostanie wykonany z materiałów i podzespołów, które nie będą przystosowane do warunków przemysłowych, czas jego życia może się znacznie skrócić. Szczególnie uciążliwe dla HMI warunki to: możliwość kontaktu z substancjami chemicznymi i zbierania się zanieczyszczeń, takich jak oleje, skroplona wilgoć oraz pyły, występowanie ekstremalnych temperatur, a w przypadku pracy na zewnątrz - długotrwałe oddziaływanie promieni słonecznych.

Warto się przy tym zastanowić, jaka żywotność HMI jest rzeczywiście wymagana. Zwykle powinna wynosić co najmniej tyle, ile spodziewany czas pracy całego urządzenia. Na przykład w wysokiej klasy sprzęcie medycznym jest to 10 lat i dłużej, co jest spowodowane długim oczekiwaniem na zwrot z inwestycji w jego zakup. Inaczej jest w przypadku kiosków informacyjnych użytku publicznego, które wymienia się częściej. Nietrafioną inwestycją będzie więc tańszy, mniej trwały HMI w tomografie, jak i super trwały w kiosku.

Materiał obudowy panelu operatorskiego i sposób wykończenia jej powierzchni wpływają na trwałość urządzenia. W kolejnych rozdziałach porównujemy właściwości metali oraz tworzyw sztucznych paneli operatorskich oraz stosowane metody obróbki.

Przykłady produktów

Panele operatorskie Astraada HMI Panel
Dowolnie konfigurowalne ekrany operatorskie o przekątnych od 3,5" do 15", z interfejsami: RS-232/422/485, Ethernet, USB oraz MicroSD. Mają wzmocnione matryce dotykowe, cechują się stopniem ochrony IP66 od frontu panelu. Zapewniają zdalny dostęp przez FTP i VNC, producent dostarcza bezpłatne oprogramowanie z biblioteką elementów graficznych i symulatorem, wsparciem dla skryptów i receptur, alarmów oraz logowania zdarzeń produkcyjnych.
www.astor.com.pl

Panele operatorskie SC103
Urządzenie z LCD TFT 3,5", panoramicznym ekranem True Flat, zapewniające szerokie kąty widzenia i rozdzielczość: 480×272 piksele. Interfejsy: Ethernet, USB, 2xRS-232/485/COM0, wbudowane sterowniki komunikacyjne do najpopularniejszych na rynku systemów sterowania. Obudowa z tworzywa ABS o stopniu ochrony IP65. HMI są programowane bezpłatnie dostępnym pakietem narzędziowym Polymath SmartClick.
www.sabur.com.pl

Tablet przemysłowy Getac T800
Ekran 8,1" HD (1366×768), odporność na upadek z 1,8 m, wstrząsy i wibracje potwierdzona certyfikatem MIL-STD-810G. Urządzenie ma szczelną obudowę (IP65), pojemnościowy ekran dotykowy (opcjonalnie digitizer), wyposażone jest w procesor Intel Pentium N3530 2,16 GHz, 4 GB pamięci RAM, dysk SSD 64 / 128 GB oraz opcjonalnie GPS, interfejs 3G, RFID, a także możliwość instalacji dodatkowej baterii.
www.elmark.com.pl

ALUMINIUM - ZALETY I WADY

Popularnym w omawianych zastosowaniach materiałem jest aluminium. Na tle innych wyróżnia go duża wytrzymałość przy niewielkim ciężarze, łatwość obróbki (skrawanie dwukrotnie szybsze niż stali nierdzewnej, łatwe grawerowanie) oraz wysoka odporność na korozję.

Odporność na korozję wynika stąd, że aluminium samoczynnie pokrywa się bardzo cienką warstwą ochronną tlenku, która przeciwdziała dalszemu utlenianiu. W przeciwieństwie do powłok powstających na wielu innych materiałach, ta z tlenku glinu ściśle przylega do podłoża i szczelnie je pokrywa, a w razie uszkodzenia natychmiast się odtwarza. Aby pogrubić tę warstwę, aluminium poddawane jest obróbce w procesie anodowania.

Panele operatorskie z anodowanego aluminium ze względu na wytrzymałość i trwałość sprawdzą się w większości zastosowań w przemyśle. Dzięki właściwościom amagnetycznym są montowane w urządzeniach narażonych na oddziaływanie pól magnetycznych, na przykład medycznych. Poza tym aluminium jest prawie trzykrotnie lżejsze od stali, dzięki czemu panele operatorskie z tego materiału wykorzystuje się w lotnictwie i transporcie. Z odlewów z aluminium, z powodu ich jednorodności, chętnie wykonywane są obudowy w wersjach przeciwwybuchowych.

Z omawianego materiału rzadko wykonuje się płyty cieńsze niż 1,5 mm. Jego sztywność jest trzykrotnie mniejsza, niż stali. Spawanie jest możliwe, ale trudne z powodu wysokiej przewodności cieplnej i konieczności usunięcia samoczynnie powstającej warstwy tlenku. Współczynnik rozszerzalności liniowej jest większy niż dla stali, aluminium łatwiej też pęka i trudno jest je wygiąć. Obudowy o ergonomicznych, opływowych kształtach w związku z tym chętniej wykonuje się ze stali.

Krzysztof Kamiński

Guru Control Systems

Jak zmieniła się w ostatnich latach technologia oraz zastosowania paneli operatorskich?

Jeszcze 10 lat temu monitorowe HMI były dostępne tylko dla "poważnych" systemów przemysłowych ze względu na swoją cenę. Miały przeważnie konstrukcję umożliwiającą wmontowanie w otwór w płycie czołowej, pulpicie, drzwiach szafy. Chroniona była tylko strona frontowa, od tyłu były otwory wentylacyjne lub nieszczelności technologiczne, dlatego zawsze taki HMI musiał być wmontowany do jakiejś obudowy.

Obecnie technologie wydajnych, ale o niskim poborze mocy procesorów, a także możliwość tworzenia hermetycznych konstrukcji, które dają skuteczne, pasywne chłodzenie, zapewniają dostępność HMI o wysokim stopniu ochrony z każdej strony, a więc niewymagających zabudowy. Wystarczy je zamocować do ramienia lub ściany i pomimo zapylenia, wilgoci czy innych zanieczyszczeń, będą pracować niezawodnie. Do grupy omawianych urządzeń należą oferowane przez nas komputery panelowe firmy IEI oraz Axiomtek.

Z drugiej strony na rynku dostępne są też niewielkie HMI zbudowane w oparciu o procesory RISC, które dzięki bardzo niskiej cenie spopularyzowały się w wielu nowych zastosowaniach - w automatyce domowej, maszynach treningowych, systemach kontroli dostępu, aparaturze diagnostycznej, w motoryzacji, itd. Do tej grupy należą liczne oferowane przez nas modele paneli operatorskich firmy ICP DAS i IEI. Niektóre z nich mogą być montowane w standardowych puszkach podtynkowych, inne mają własne, większe puszki. Oprócz funkcji HMI mogą one pełnić funkcję komputera systemowego odpowiedzialnego za cały proces sterowania.