Viskas apie HMI (Human-Machine Interface), ką turėtų žinoti automatikos specialistas

Kas yra HMI (žmogaus ir mašinos sąsaja)?

HMI (ang. Human-Machine Interface) yra pramoninė sąsaja tarp mašinos ar proceso ir jį palaikančio operatoriaus. HMI dėka asmuo, atsakingas už gamybos užduočių įgyvendinimą, gali daryti įtaką ir kontroliuoti proceso eigą.

Tiek apie teoriją. Ką tai reiškia praktiškai?

Įsivaizduokite, kad įeinate į atvirą liftą. Ko ieškai pirmą akimirką? Žinoma, populiarūs „mygtukai“, tai yra valdymo pultas, kuris šiuo atveju yra ne kas kita, kaip HMI tarp važiavimo liftu proceso ir jo operatoriaus, t.y., jūsų.

Anksčiau daugiausia buvo populiarūs mygtukai, šiandien vis dažniau galime rasti tokias funkcijas kaip interaktyvūs operatoriaus skydeliai.

Čia yra daug analogijų. Gamybos salėje dažnai galime pasijusti kaip muziejuje, susidūrę su senamadiška „mechanine“ mimikos plokšte, o už kelių metrų – kito proceso operatoriaus kambaryje stebime modernią HMI/SCADA sistemą.

HMI funkcijos pramonėje

Svarbiausia HMI užduotis – suteikti operatoriui naujausią, realią informaciją tokia forma, kuri leistų priimti geriausią sprendimą šiuo metu. Priklausomai nuo gamybos tipo ir pramonės, tai gali būti, pavyzdžiui, suvirintos detalės tipo pakeitimas, mašinos veikimo iš naujo paleidimas arba informacijos apie gedimą perkėlimas į aukštesnio lygio sistemą (pvz., CMMS).

Mes naudojame HMI, pavyzdžiui:

• gamybos linijos eksploatavimas, siekiant pakeisti pagamintą produktą,
• „HVAC“ sistemos valdymas gamybos salės pastate,
• kontekstinė smulkių gamybos procesų vizualizacija.

Šiuo metu tikriausiai užduodate sau kitą klausimą:

---

---

Kuo skiriasi HMI ir SCADA sistemos?

HMI funkcija baigiasi parametrų nustatymu konkrečioje mašinoje arba gamybos proceso dalyje, o SCADA yra pranašesnė sistema už HMI.

SCADA sistema kontroliuoja visą gamybos procesą, įgalina platų archyvavimo ir analizės duomenų bazėse palaikymą. HMI programinės ir techninės įrangos sluoksnis paprastai yra optimizuotas valdyti iki kelių ekranų, o navigacija mažose SCADA sistemose leidžia sukurti keliolika ar keliasdešimt ekranų. Didžiausios SCADA sistemos, tokios kaip Wonderware System Platform, leidžia valdyti šimtus ar tūkstančius ekranų naudojant objektinį metodą. Tai nepasiekiama klasikiniam HMI.

Grafinis proceso vizualizacijos stilius. GUI ir HMI

GUI (ang. Graphical User Interface) yra tiesiog grafinis HMI (Human-Machine Interface) sistemos sluoksnis. Kaip žmogaus ir mašinos sąsajos idėja egzistavo nuo pirmosios pramonės revoliucijos, grafinės dalies panaudojimas joje yra palyginti nauja idėja, nes ji kilusi nuo devintojo dešimtmečio pabaigos.

Tada pirmieji GUI kompiuteriai tapo tokie įprasti, kad jie taip pat atsidūrė pramonėje. Wonderware InTouch HMI buvo viena pirmųjų programų, leidusių tvarkyti gamybos procesą iš grafinės sąsajos lygio. Iki šių dienų sukurta šimtai panašių sistemų.

Tokia daugybė rinkoje taip pat sukuria labai platų objektų ir grafinių stilių spektrą, naudojamą kuriant HMI vizualizacijas.

Tai, be abejo, turi daug privalumų: platus pramoninių procesų vizualizavimo įrankių pasirinkimas reiškia tobulesnes sistemas ir labiau pritaikytas jums reikalingoms funkcijoms.

Tačiau gamybos specialistai pastebėjo nemenką trūkumą – per daug spalvų ir nuolatiniai raštų keitimai nepadeda operatoriams efektyviai reaguoti į aktualius įvykius, o tai savo ruožtu lemia mažesnį gamybos efektyvumą ir ilgesnį reakcijos į gedimą laiką.

Kaip atsakas į šią problemą buvo sukurta Situacijos suvokimo metodika, kurios centre operatorius ir jo darbo patogumas yra:

Situational Awareness

yra pramoninių procesų vizualizacijos projektavimo metodika, kuri orientuota į būtiniausios informacijos pateikimą operatoriui tinkamu laiku. SAL yra nesusijusių duomenų filtravimas ir sumanus spalvų naudojimas.

Panel HMI ar scada sistema, ar kaip tai padaryti fiziškai?

Nors dažniausiai Lenkijoje žodis „HMI“ siejamas su „operatoriaus pulteliu“, kitose šalyse taip yra nebūtinai. Pažvelkime į skirtingus HMI sistemų aparatūros diegimus.

1. HMI operatoriaus pultai

Operatoriaus pultas (arba operatoriaus pultai) – tai įrenginiai, kurie užgriuvo automatikos inžinierių širdis dėl lengvo programavimo, patogaus montavimo ir palyginti žemų kainų, palyginti su klasikinėmis operatorių stotimis.

HMI plokštės paprastai turi savo operacinę sistemą ir specialią programinę įrangą vizualizacijai kurti. Sąsaja paprastai yra jautri lietimui, o kai kuriose plokštėse yra papildomų mygtukų. Verta atkreipti dėmesį į jutiklinio ekrano tipo pasirinkimą.

Rinkoje yra daug didesnių ir mažesnių tokio tipo įrenginių tiekėjų, tokių kaip Astraada HMI, Weintek HMI, Emerson QuickPanel + ar Siemens HMI. Labiau patikimi tiekėjai siūlo geresnę korpusų kokybę, aukštesnes IP apsaugos klases arba ilgesnį garantinį laikotarpį (kartais 30 ar 54 mėn.).

HMI plokštes dažnai tiesiogiai veikia aukšta temperatūra ir dulkėta aplinka, todėl jų darbo kokybė tiesiogiai veikia gamybos proceso prieinamumą. Tačiau jei HMI skydelis yra uždaroje operatoriaus patalpoje, pavyzdžiui, populiarioje „darbo patalpoje“, kokybės reikalavimai gali būti šiek tiek mažesni.

Pavyzdžiui, mažoms reikmėms verta rinktis Astraada HMI plokštes, o reiklesnėms – Emerson QuickPanel + seriją.

Norint lengvai integruoti HMI į mašiną ar proceso dalį, reikalingi įvairūs ryšio protokolai. Todėl tokio tipo įrenginiai turi daug prievadų, tokių kaip RS232 / 422/485 arba Ethernet, ir populiarius ryšio protokolus, kad būtų galima lengvai prisijungti prie daugumos automatikos įrenginių.

Visiems, kurie norėtų išbandyti savo jėgas programuojant operatorių pultus, sukūrėme nemokamą, tam skirtą HMI pultelių programavimo kursą, kurio dėka per kelias valandas galėsite susikurti savo vizualizaciją.

2. HMI / SCADA sistemos

SCADA sistemos yra viena populiariausių temų automatikos specialistams. Problemų apimtis ir galimas šio tipo programinės įrangos vystymas daro ją atskira žinių sritimi.

Tačiau, tiesą sakant, turime būti aiškūs: pati programinė įranga nesukuria HMI – mums vis tiek reikia aparatinės įrangos, kad galėtume sukurti stotį. Ir čia dažniausiai naudojamos dvi parinktys:

• stalinis kompiuteris su Windows 10 arba Windows Server ir klasikiniu monitoriumi arba jutikliniu monitoriumi
• pramoninis jutiklinio skydelio kompiuteris su „Windows 10“ arba „Windows 10 IoT“ (anksčiau buvo įterptas)

Staliniai kompiuteriai dažniausiai naudojami platesnėse vizualizacijos sistemose, todėl jie labiau tinka SCADA sistemoms nei klasikinei HMI.

Antrasis variantas su skydiniais kompiuteriais dėl jų mobilumo (juos montuojame bet kurioje vietoje, dažniausiai ant valdymo spintelių), leidžia naudoti plačias HMI / SCADA sistemas, kurios žymiai praplečia pagrindines operatoriaus skydelio funkcijas.

Windows įrenginiai dažniausiai pasirenkami dėl plataus HMI / SCADA sistemų palaikymo. „Windows 10“ IoT versijoje taip pat išpopuliarėjo, daugiausia dėl įterptųjų sistemų palaikymo ir tuo pačiu nedidelių apribojimų, palyginti su klasikine „Windows“. Tai labai sumažina vienos HMI / SCADA stoties integravimo išlaidas.

SCADA / OMI sistema yra dar pažangesnis HMI / SCADA sistemos variantas.

OMI klasės sistemos (Operations Management Interface) yra sąsajos tarp operatoriaus ir operatyviai valdomo proceso. Iš tikrųjų tai yra HMI, bet ne mašinai, o visos gamybos valdymo procesams, įdiegtam tokiose sistemose kaip MES sistemos arba objektinės SCADA sistemos, tokios kaip Wonderware System Platform.

4. PLC valdikliai su HMI

Esant nedideliam valdymui arba labai paprastiems procesams, naudojami įrenginiai, kurie integruoja PLC su HMI operatoriaus sąsaja.

Neabejotinas šio tipo įrenginių privalumas yra jų programavimo paprastumas – bendra kintamųjų duomenų bazė leidžia greitai sukurti paprastas vizualizacijas operatoriui. Taip pat prarandate elementą, susijusį su valdymo sistemos ryšiu su vizualizacija. Dažnai mažesnėms mašinoms tai yra geriausias, ekonomiškas ir lengviausias sprendimas.

Įrenginių asortimentas platus – nuo ​​mažų 2,2 colių ekranų su plačiu I/O, kaip Horner X2, iki didesnių, net 10 colių įrenginių su plačiomis ryšio galimybėmis ir sustiprinta struktūra.

5. Operatoriaus terminalai

Kai kurie PLC gamintojai išplečia savo įrenginių galimybes ir prideda prie jų aparatinę vizualizacijos dalies dalį. Dėl to PLC yra HMI serveris ir procesui valdyti galite naudoti daugybę skirtingų vizualizacijos parinkčių. Vienas iš jų – operatoriaus terminalas.

Šio tipo įrenginiai vizualiai nesiskiria nuo operatoriaus skydelio. Jie išsiskiria vizualizacijų kūrimo būdu. Dėl bendros žymų duomenų bazės PLC ir HMI tai užima mažiau laiko. Dažnai iš įrankių pusės naudojama populiari Codesys programinė įranga, kurią skirtingi gamintojai skirtingai pritaiko savo poreikiams.

Tokio sprendimo privalumų yra ir daugiau – dažnai dėl interneto serverio naudojimo galima nesunkiai naudotis mobiliaisiais įrenginiais.

6. Mobilieji įrenginiai

Tikriausiai prieš 10 ar net 5 metus niekas nebūtų pagalvojęs, kad būtent mobiliuosiuose įrenginiuose įdiegsime HMI. Šiandien dėl išmaniųjų telefonų ir planšetinių kompiuterių populiarumo šiuos įrenginius valdyti gali kiekvienas, o tai palengvina adaptacijos procesą.

HMI programų mobiliuosiuose įrenginiuose pavyzdžiai:

• specialios „Android“ / „iOS“ programos, skirtos HMI / SCADA sistemai, skirtos nuotolinei prieigai prie vizualizacijos, pvz., vienos iš AVEVA Edge HMI nuotolinių prieigų,
• VNC kliento prieiga prie operatoriaus skydelio, kad gautų visišką prieigą prie vizualizacijos lygiaverčio ryšio skydelyje, pvz., Astraada HMI atveju,
• prieiga prie vizualizacijos konkrečiu IP adresu dėka žiniatinklio serverio valdiklyje arba šliuze, kaip Astraada ONE arba Web HMI atveju.

7. HMI debesyje

Gyvename internetiniame pasaulyje, kuriame tinklu perduodamų duomenų kiekis padvigubėja kas dvejus metus. Kad šis lankstumas būtų suteiktas ir HMI sistemoms, vis dažniau gamybos duomenų apdorojimas, archyvavimas ir analizė persikelia į debesį.

Dėl to pasiekiamas daug didesnis sistemos mastelio keitimas ir daugiau duomenų analizės galimybių, pvz., naudojant mašininį mokymąsi. Tada operatorius gauna atitinkamą informaciją, kurią dirbtinis intelektas sutvirtina debesyje.

Pagrindiniai šios konfigūracijos techninės įrangos taškai yra šie:

• IoT Gateway, t. y. įrenginys, fiziškai prijungtas prie interneto ir siunčiantis duomenis į skaičiavimo serverį, naudojant, pvz., AVEVA Insight, tai gali būti HMI / SCADA sistema arba, pvz., valdiklis, bendraujantis per OPC UA,
• urządzenia końcowe, które służą jako interfejs HMI – może to być dowolne urządzenie podłączone do Internetu.

Sistemos širdis palaikoma gamintojo pusėje, todėl bet kada galite keisti vizualizaciją ar konfigūruoti reikiamas tendencijas. Šio tipo HMI sukūrimas yra maksimaliai supaprastintas dėl paprastų vedlių - siekiant sutrumpinti sistemos paleidimo laiką.

Tokio tipo technologija vis dažniau atsiras gamybos salėse. Ar norėtumėte išbandyti jo veikimą? AVEVA Insight atveju galite išbandyti šio tipo programinės įrangos galimybes su nemokama versija iki 32 kintamųjų.

Kas toliau?

Kaip matote, nors HMI pagal apibrėžimą yra gana paprastas, jį galima padaryti įvairiais būdais. Svarbiausia žinoti, kokią užduotį norite atlikti ir kokius kokybės kriterijus norite taikyti savo proceso vizualizavimui.

DUK – dažnai užduodami klausimai

Kas yra HMI?

HMI (Human-Machine Interface) yra pramoninė sąsaja tarp mašinos ar proceso ir jį valdančio operatoriaus. HMI dėka asmuo, atsakingas už gamybos užduočių įgyvendinimą, gali daryti įtaką ir kontroliuoti proceso eigą.

---

Kaip pasirinkti HMI programai ar procesui?

Pradžioje verta apibendrinti signalų, kurie pateks į HMI, skaičių. Kitas žingsnis bus funkcijos, kurias turi atlikti HMI. Tuomet verta atsižvelgti į biudžeto diapazoną, galimą sistemos mastelį ir techninę pagalbą. Jeigu jums sunku išsirinkti – rašykite arba skambinkite. Mėgstame iššūkius ir mielai padėsime. Susisiekite su mumis.

---

Kokia HMI kaina?

Priklausomai nuo to, ar jus domina HMI operatoriaus pultas, HMI / SCADA sistema ar, pvz., PLC valdiklis, integruotas su HMI, kainos skirsis. Už pigiausią HMI mokėsite nuo 700 iki 1300 PLN, o plačios HMI / SCADA sistemos gali kainuoti šimtus tūkstančių PLN.

---

Kaip pradėti HMI programavimą?

Verta lankyti mūsų kursą „HMI plokščių programavimas automatikos inžinieriams“, kuriame išmokysime pagrindų ir praktinių dalykų, susijusių su HMI operatoriaus pultai programavimu.

---

---