Razvoj vmesnikov človek-stroj (HMI): industrijska časovnica in ključne spremembe

Stroj se ustavi in ​​operater zagleda rdečo lučko za napako. Na osnovni nadzorni plošči je lahko naslednji korak pregled opreme in sledenje težave prek risb ali dodatnih indikatorjev. Na ustrezno konfiguriranem industrijskem HMI lahko operater namesto tega vidi imenovani alarm, prizadeti del stroja in zapis povezanih dogodkov.

Ta razlika ponazarja razvoj vmesnikov človek-stroj. Industrijski HMI razvoj ni le zgodba o zamenjavi gumbov z zasloni na dotik. Zadeva tudi jasnejše informacije o strojih, organizacijo nalog in povezave z nadzornimi sistemi.

Ta vodnik pojasnjuje pet stopenj razvoja industrijskega HMI, njihov vpliv na operaterje in kaj razlike pomenijo za tovarne, ki vzdržujejo starejšo opremo.

Kaj je industrijski HMI in zakaj se je moral razvijati?

Vloga HMI v industrijski avtomatizaciji

Vmesnik človek-stroj ali HMI je del industrijskega nadzornega sistema, prek katerega si oseba ogleduje informacije o stroju in vnaša dovoljene ukaze. HMI lahko prikaže stanje motorja, temperature, štetje proizvodnje, alarme, trende ali načine delovanja. Programabilni logični krmilnik (PLC) običajno izvaja nadzorno logiko stroja in izmenjuje ustrezne podatke z vmesnikom.

Na primer, operater lahko uporabi HMI za zahtevo po zagonu tekočega traku, medtem ko PLC preveri zahtevane zapore, preden omogoči opremo. Večji objekti lahko uporabljajo tudi programsko opremo za nadzorni nadzor in pridobivanje podatkov (SCADA) za nadzor več procesov. Za podrobnejšo razlago teh vlog glejte našeVodnik PLC proti HMI proti SCADA.

Kaj so operaterji potrebovali poleg osnovnih krmilnikov

Fizični gumbi, izbirna stikala, svetilke in merilniki ostajajo uporabni v industrijskih omarah. Zagotavljajo neposredne kontrole in jasne indikacije za določene naloge. Njihove omejitve postanejo bolj očitne, ko ima stroj številna delovna stanja, nastavljive parametre in možne napake.

Lučka lahko nakazuje izklop motorja brez pojasnila vzroka ali zaporedja. Ko so industrijski stroji postali bolj zapleteni, so operaterji potrebovali berljiva sporočila, nastavljive nastavitve in informacije, organizirane okoli opreme, ki so jo uporabljali. Te potrebe so pripomogle k prehodu na elektronske operaterske terminale.

Praktična časovnica razvoja industrijskega HMI

Spodnje stopnje opisujejo širši tehnični napredek in ne univerzalni koledar. Tehnologije so se prekrivale in številne tovarne še vedno uporabljajo starejše in novejše oblike interakcije na isti proizvodni liniji.

1. stopnja: mehanske in ožičene nadzorne plošče

Zgodnje industrijske delovne postaje so se zanašale na fizične naprave. Gumbi so zagnali in zaustavili opremo, vrtljiva stikala so izbrala načine, analogni merilniki pa so prikazali vrednosti, kot sta tlak ali tok. Indikatorske lučke so prek svojega osvetljenega stanja sporočale osnovne pogoje.

Ta pristop je bil preprost za omejeno število funkcij, vendar bi vsaka dodatna indikacija ali kontrola lahko zahtevala več fizičnega prostora, ožičenja, označevanja in vzdrževanja. Operater bo morda moral interpretirati več svetilk in števcev, da bo razumel en procesni pogoj.

Teh naprav ne smemo zamenjevati z današnjimi programabilnimi elektronskimi ploščami HMI. Bile so prejšnje oblike interakcije človeka s stroji in še vedno služijo pomembnim namenom, zlasti tam, kjer so potrebne tipne kontrole ali namenske varnostne naprave.

2. stopnja: elektronski zasloni in zgodnji operaterski terminali

Elektronski operaterski vmesniški terminali so uvedli bolj prilagodljiv način podajanja informacij. Besedilni zasloni, enobarvni zasloni in funkcijske tipke bi lahko prikazovali sporočila, menije, številske vrednosti in preproste alarme, ne da bi za vsako sporočilo potrebovali ločeno lučko.

Besedilno sporočilo, ki identificira preobremenitev motorja, daje operaterju več informacij kot lučka splošne napake.

Zgodnji terminali so imeli omejitve glede območja prikaza, grafike, pomnilnika in podprtih komunikacijskih možnosti. Številni so že lahko izmenjevali podatke s krmilniki, zato povezljivost PLC ni bila funkcija, ki so jo izumili sodobni zasloni na dotik. Naslednja večja sprememba je bila možnost organiziranja informacij vizualno in ne predvsem kot besedilo.

Faza 3: Grafični vmesniki in industrijski zasloni na dotik

Grafični uporabniški vmesniki so operaterjem omogočili ogled postavitev procesa, simbolov opreme, vrednosti in informacij o alarmih na povezanih zaslonih. Operater embalaže bi si lahko ogledal poenostavljen linijski diagram, namesto da bi krmaril le po straneh znakov.

Zasloni na dotik so spremenili tudi način predstavitve nalog. Zaslonski gumbi lahko odprejo različne delovne strani, prikažejo nastavitve za izbrani stroj ali omogočijo pooblaščen dostop do sprememb receptov. Namesto gradnje fizičnega nadzora za vsako rutinsko funkcijo bi oblikovalci lahko uredili številne interakcije znotraj programskih zaslonov.

Vendar pa zaslon na dotik ne olajša samodejno uporabe vmesnika. Natrpana grafika, nejasni alarmi ali slabo postavljeni kontrolniki lahko povzročijo zmedo. Običajnega gumba na dotik HMI prav tako ne smete obravnavati kot nadomestek za varnostno zaustavitev v sili ali drugo zahtevano zaščitno krmiljenje.

Faza 4: Omrežni HMI-ji in napredno spremljanje

Z razvojem industrijskih omrežij in programske opreme HMI so lahko operaterske plošče sodelovale v bolj integriranih sistemih avtomatizacije. Industrijski Ethernet je razširil komunikacijske možnosti, medtem ko so izboljšave procesorjev in programske opreme podprle bogatejše prikaze, zapise dogodkov, trende in obdelavo podatkov.

Tehnik lahko pregleda zgodovino alarmov skupaj z ustreznim trendom procesa. Nekateri vmesniki so podpirali tudi recepte, več krmilnikov ali dodatne diagnostične poglede.

Vse te zmogljivosti niso odvisne od Etherneta in njihova razpoložljivost se razlikuje glede na platformo. Večja integracija prinaša tudi praktične odgovornosti: konfiguriranje pravilnih gonilnikov, upravljanje različic, dokumentiranje povezav in zagotavljanje, da zasloni odražajo veljavne podatke krmilnika.

Stopnja 5: Povezani HMI-ji, ki podpirajo splet in omogočajo Edge

Nekatere trenutne platforme HMI presegajo namenski lokalni zaslon. Odvisno od strojne in programske opreme lahko ponujajo vizualizacijo na podlagi brskalnika, avtoriziran oddaljeni ogled ali izmenjavo podatkov z nadzornimi in robnimi sistemi. Te možnosti lahko pomagajo ekipam pri dostopu do informacij o delovanju na različnih lokacijah in aplikacijah.

Povezljivost spreminja tudi profil tveganja. Oddaljeni dostop mora biti zasnovan okoli avtentikacije, uporabniških dovoljenj, ločevanja omrežij in varnostne politike operativne tehnologije obrata. Panel z ethernetnimi vrati ni samodejno varen oddaljeni HMI, niti ni nujno, da podpira vse industrijske protokole.

Pet inženirskih sprememb, zaradi katerih so HMI postali bolj uporabni

Zgodovinska časovnica opisuje, kaj se je pojavilo. Za osebje obrata je bolj pomembno vprašanje, kaj je postalo mogoče med izmeno, napako ali vzdrževalno nalogo.

Od osnovnih statusnih lučk do uporabne diagnostike

Lučka za napako sporoča nekomu, naj razišče. Zaslon alarma lahko prepozna napravo, čas dogodka in ustrezne vrednosti. Če sistem beleži zaporedja dogodkov in trende, imajo tehniki morda boljšo osnovo za odločitev, kje bodo najprej iskali.

Razlika je pomembna: HMI predstavlja razpoložljive informacije, vendar je kakovost diagnostike še vedno odvisna od senzorjev, programiranja PLC, alarmne logike in vodenja evidenc. Podroben zaslon ne more nadomestiti manjkajočih ali nepravilnih izvornih podatkov.

Od fiksnih kontrolnikov do zaslonov operaterja, ki se zavedajo konteksta

Fizična plošča predstavlja svoje razpoložljive kontrole v fiksnih položajih. Grafični HMI lahko organizira informacije po nalogah. Proizvodno osebje lahko odpre zaslon s statusom delovanja, medtem ko pooblaščeno vzdrževalno osebje dostopa do diagnostičnih strani ali nastavitev parametrov.

Prednost izhaja iz zmanjšanja nepotrebne navigacije in predstavitve pravih informacij za določeno operacijo. Ne zahteva umetne inteligence. Dosledne oznake, smiselna dovoljenja in jasno definirani načini delovanja so običajno pomembnejši od animirane grafike.

Od povezav osnovnih krmilnikov do širše sistemske integracije

Industrijski vmesniki že desetletja komunicirajo s PLC-ji. Kar se je spremenilo, je obseg razpoložljivih podatkov, omrežnih možnosti, programskih orodij in integracijskih arhitektur. Sodobna aplikacija HMI lahko bere več oznak, skupaj predstavlja povezane vrednosti in izmenjuje dovoljene ukaze s krmilnikom.

Uspešna komunikacija je še vedno odvisna od natančne družine PLC-jev, gonilnika HMI, podpore za protokol in konfiguracije. PROFINET, EtherNet/IP in Modbus TCP so primeri industrijskih komunikacijskih tehnologij, ne pa medsebojno zamenljiva jamstva združljivosti.

Od lokalnega nadzora do nadzorovane oddaljene vidljivosti

Tehnik, ki stoji ob omari, lahko prebere lokalno ploščo. Pri sistemih, zasnovanih za ogled na daljavo, lahko pooblaščeno osebje pregleda izbrane zaslone ali alarme z druge odobrene lokacije.

Oddaljeni ogled, oddaljena diagnoza in daljinski nadzor so različne funkcije in morajo imeti različna pravila dostopa. NIST Guide to Operational Technology Security razpravlja o varnostnih vidikih povezanih industrijskih sistemov. Neposredna izpostavljenost internetu se ne sme obravnavati kot privzeti način uvajanja.

Od več grafike do boljšega zavedanja operaterja

Več barv in animacij ni nujno boljši operaterski vmesnik. Zaslon bi moral normalne pogoje, nenormalna stanja in zahtevane odzive narediti razumljive, ne da bi operaterje prisilil k iskanju po nepovezanih informacijah.

Prioritetni alarmi, berljive vrednosti, dosledna navigacija in omejena uporaba barv lahko pomagajo doseči ta cilj. Serija ISA-101 nudi smernice o načrtovanju HMI in praksah življenjskega cikla. Uporabnost je odvisna od tega, kako je zasnovan vmesnik, ne le od ločljivosti zaslona.

Podedovani v primerjavi s sodobnimi industrijskimi HMI: praktična primerjava

Primerjava generacij HMI glede na dejanske operativne naloge

Razliko med podedovanim HMI in sodobnim industrijskim HMI je najbolje raziskati skozi delo, ki ga mora podpirati vsaka naprava. Sama velikost zaslona razkrije zelo malo o uporabnih funkcijah.

To niso univerzalna pravila. Nekateri starejši sistemi imajo sofisticirane funkcije, medtem ko jih nove osnovne plošče morda nimajo. Primerjajte dokumentirane izdelke in aplikacije.

Zakaj novejši HMI ni samodejno nadomestni

Novejši zaslon se lahko prilega odprtini omarice, vendar ne more komunicirati z obstoječim PLC-jem. Morda zahteva drugačno inženirsko programsko opremo, nima potrebnega gonilnika krmilnika ali ne more odpreti izvirnega projekta brez pretvorbe. Pomembne so tudi zahteve glede napajanja, globina vgradnje, razdalja med priključki in vdelana programska oprema.

Zato je treba zamenjavo HMI obravnavati kot opravilo združljivosti in ne kot zamenjavo zaslona. Koraki za izbiro, testiranje in zamenjavo plošče so podrobneje obravnavani v našemFunkcije HMI, vodnik za izbiro in zamenjavo.

Kako je HMI Evolution videti v resničnih industrijskih aplikacijah

Naslednji primeri so ilustrativni scenariji, ne trditve o zaključenih projektih strank ali izmerjenih izboljšavah zmogljivosti.

Primer 1: Nadzor pakirne linije in diagnosticiranje napak

Predstavljajte si pakirno linijo, katere tekoči trak se ustavi med proizvodnjo. Na osnovni plošči lahko operater vidi splošno indikacijo napake in si mora ogledati druge indikatorje ali električne risbe, da ugotovi, kje začeti.

Sistem, konfiguriran s podrobnejšo diagnostiko HMI, lahko prikaže prizadeti odsek tekočega traku, alarm preobremenitve, čas dogodka in povezano stanje motorja. Vzdrževalno osebje lahko nato preveri ustrezen pogon, zaščitno napravo in pogoje delovanja, namesto da pregleda vsak del linije po vrsti.

To ne pomeni, da je HMI prepoznal glavni vzrok. To pomeni, da lahko pravilno zbrani in predstavljeni podatki naredijo preiskavo bolj osredotočeno. Uporabnost tega pristopa je odvisna od programa krmilnika in kakovosti zasnove alarma.

Primer 2: Nadzor črpalne postaje in vidnost na daljavo

V črpalni postaji lahko frekvenčni pretvornik regulira hitrost motorja, medtem ko PLC upravlja procesno logiko in sprejema informacije o delovanju. HMI lahko pooblaščenim operaterjem prikaže status črpalke, tlak, pogoje delovanja in ustrezne alarme.

Če je podprta s platformo in omrežno arhitekturo obrata, lahko oddaljeni ogled vzdrževalni skupini omogoči pregled informacij o delovanju, ne da bi prej odpotovali na postajo. Oddaljeni dostop še vedno zahteva ustrezna dovoljenja in varnostne kontrole, spremljanje pa ni isto kot daljinsko vodenje opreme.

Povezava med krmilniki, vmesniki in pogoni se pojavlja tudi v našemRešitve za energetsko industrijopregled.

Katere tehnologije HMI so uveljavljene in katere še nastajajo?

Uveljavljene industrijske funkcije HMI

Grafični pogledi stroja, izmenjava podatkov krmilnika, prikazi alarmov in vnos operaterja so uveljavljene industrijske funkcije HMI. Številne platforme ponujajo tudi beleženje dogodkov, trende, recepte in upravljanje dostopa. Natančno kombinacijo določajo strojna oprema, programska oprema za izvajanje, licence in konfiguracija aplikacije.

Te funkcije so pomembne, ker obravnavajo ponovljive operativne naloge. Za večino tovarn so jasni alarmi in zanesljiva komunikacija krmilnika bolj takojšnja korist kot impresivna predstavitev eksperimentalnega vmesnika.

Napredna povezljivost je odvisna od platforme HMI

Spletna vizualizacija, oddaljeni dostop, OPC UA, MQTT in robna izmenjava podatkov lahko podpirajo širše informacijske arhitekture. Vsi ne opravljajo enakega dela. OPC UA se uporablja za strukturirano industrijsko izmenjavo informacij; MQTT je protokol za sporočanje, ki se pogosto uporablja v arhitekturah za distribucijo podatkov. HMI lahko neposredno podpira tehnologijo ali pa sistem morda potrebuje prehod ali drugo programsko komponento.

Pred načrtovanjem integracije preverite podporo za protokol in gonilnik, potrebne licence, različice programske opreme in varnostni pristop omrežja. Imeti ethernetno vtičnico ni dokaz, da lahko naprava izvaja vse povezane funkcije.

AI, glasovni nadzor in AR: priložnosti in omejitve

Analiza s pomočjo umetne inteligence lahko pomaga prepoznati vzorce v razpoložljivih podatkih o delovanju. Glasovni ukazi so lahko uporabni, kadar je zaželena prostoročna interakcija, medtem ko lahko razširjena resničnost zagotovi kontekstualne informacije o vzdrževanju. Te možnosti niso zamenljive z običajnimi alarmi HMI ali navigacijo po zaslonu.

Industrijski hrup, kakovost podatkov, potrditev ukazov, kibernetska varnost in varnostne zahteve lahko omejijo uvajanje. Takšna orodja je treba oceniti na podlagi dejanskih primerov uporabe in dokumentiranih zmožnosti izdelka, ne pa opisati kot standardne funkcije današnjih upravljalnih plošč.

Kaj HMI Evolution pomeni za obstoječo industrijsko opremo

Ohraniti, zamenjati podobno za podobno ali posodobiti?

Starejši HMI ni samodejno neprimeren, ker obstaja novejša tehnologija. Tovarna bi se morala najprej vprašati, ali plošča še vedno podpira svoje operaterje, ali je na voljo združljiva rezerva in koliko inženirskega dela bi zahtevala sprememba.

Načrtovana nadgradnja lahko zagotovi nove funkcije, lahko pa vključuje tudi pretvorbo aplikacij, spreminjanje ožičenja, testiranje alarmov in načrtovanje izpadov. Pravilna odločitev je odvisna od preostale življenjske dobe stroja in tveganja vzdrževanja trenutne platforme.

Kaj preveriti pred načrtovanjem spremembe HMI

Začnite z blagovno znamko HMI in celotno številko dela, modelom PLC-ja, načinom komunikacije, originalno varnostno kopijo projekta, inženirsko programsko opremo in vdelano programsko opremo. Pomembne so tudi vgradne mere, napajanje, količina in zahtevani dobavni rok. Če obstoječi projekt ni na voljo, ugotovite to omejitev, preden se odločite za zamenjavo, kar bo preprosto.

Za podrobne preglede izbire in selitve uporabite zgornji povezan vodnik za zamenjavo. Na tej stopnji je namen določiti tehnične zahteve, ne pa domnevati, da je kateri koli novejši zaslon na dotik enakovreden.

pogosta vprašanja

 

 

Kdaj so se prvič pojavili industrijski HMI?

Ni enega samega datuma, ki bi opisoval vse oblike industrijske interakcije med človekom in strojem. Fizične kontrole so bile pred elektronskimi operaterskimi terminali, medtem ko so se besedilni zasloni, grafični HMI in zasloni na dotik razvili in razširili v prekrivajočih se obdobjih. Zanesljiva časovnica bi morala razlikovati med razvojem interakcijskih metod in uvedbo posebnih komercialnih izdelkov.

Kako so se HMI razvili iz besedilnih zaslonov v zaslone na dotik?

Besedilni terminali so organizirali podatke kot sporočila in menije, do katerih dostopate s tipkami. Grafični prikazi so omogočili vizualno razporeditev stanj strojev, procesnih diagramov in informacij o delovanju. Vnos na dotik je dodal še en način za krmarjenje po teh zaslonih in vnos dovoljenih ukazov. Glavni napredek je bila boljša organizacija informacij in interakcija, ne le prisotnost stekla.

Kakšna je glavna razlika med podedovanimi in sodobnimi HMI-ji?

Novejše platforme HMI lahko ponujajo bogatejše vizualizacije, obsežnejšo diagnostiko, dodatne komunikacijske možnosti in nadzorovan oddaljeni ogled. Vendar je razlika odvisna od posameznih modelov. Nekatere starejše naprave imajo napredne zmogljivosti, nekatere novejše osnovne plošče pa ne. Primerjajte dokumentirane funkcije in ne domnevajte, da učinkovitost določa starost.

Ali sodobni industrijski HMI potrebujejo internetno povezavo?

Ne. Veliko industrijskih HMI-jev deluje v celoti znotraj lokalnega nadzornega sistema in si izmenjuje informacije s PLC-ji prek podprtih industrijskih omrežij. Povezava Ethernet ne pomeni nujno dostopa do interneta. Izbirne oddaljene storitve zahtevajo premišljeno zasnovano omrežno arhitekturo in ustrezne varnostne kontrole.

Ali lahko novejši HMI nadomesti starejšo ploščo brez menjave PLC-ja?

včasih. Prvotni PLC lahko ostane, če predlagani HMI podpira zahtevano komunikacijo krmilnika in je mogoče aplikacijo ponovno ustvariti ali ustrezno preseliti. Zahteve za projektne datoteke, gonilnike, vdelano programsko opremo, namestitev in napajanje je treba preveriti. Samo ujemajoča se velikost zaslona ali blagovna znamka ne zadostujeta.

Kaj je treba preveriti pred nadgradnjo podedovanega HMI?

Potrdite natančne modele HMI in PLC, komunikacijske zahteve, varnostno kopijo projekta, inženirsko programsko opremo, vdelano programsko opremo, dimenzije namestitve in operativne omejitve. Nato se odločite, ali situaciji bolj ustreza enakovredna rezervna ali načrtovana selitev. Odgovore je treba določiti, preden se naroči nadomestna plošča.

Zaključek: Naslednje poglavje industrijskih HMI

Razvoj industrijskega vmesnika HMI je spremenil način, kako operaterji prejemajo informacije, krmarijo po opremi, raziskujejo napake in komunicirajo z vedno bolj povezanimi nadzornimi sistemi. Najbolj uporabni napredki so tisti, ki bistvene naloge naredijo jasnejše brez dodajanja nepotrebne zapletenosti.

Za obstoječo tovarno je poznavanje zgodovine tehnologije le izhodišče. Dejanske odločitve o opremi so še vedno odvisne od potreb aplikacije, specifikacij izdelka, združljivosti in stroškov spremembe.

SZCT Automation dobavlja komponente za industrijsko avtomatizacijo v HMI, PLC, pogonih in sorodnih kategorijah, vključno z izdelki Siemens, ABB, Allen-Bradley, Mitsubishi, Omron in Schneider. Lahkobrskajte po naši ponudbi industrijskih HMIozzahtevajte ponudboz uporabo celotne številke dela in zahtevane količine. Razpoložljivost in primernost izdelka je treba potrditi za točen model.

Brezplačno svetovanje