Porównanie mobilnych i stacjonarnych paneli HMI

 

---

Porównanie mobilnych paneli HMI z rozwiązaniami stacjonarnymi 

Cyfryzacja i automatyzacja w sektorze przemysłowym doprowadziły do ogromnych zmian w wymaganiach dotyczących obsługi maszyn, a co za tym idzie, w tym, czego oczekuje się od operatorów. Kiedyś wystarczały stacjonarne rozwiązania, takie jak przyciski, przełączniki i proste ekrany bezpośrednio na obudowie, dziś potrzebujemy monitorów Full HD z ekranami dotykowymi i opartymi na chmurze wysokowydajnymi interfejsami HMI. W rezultacie obsługa maszyny praktycznie niczym nie różni się od korzystania ze smartfona.

Urządzenia sterujące i wejściowe oraz ich wizualizacja coraz bardziej przypominają sprzęty, z których korzystamy na co dzień. Oprócz „klasycznych” stacjonarnych interfejsów człowiek-maszyna, dostępnych jest coraz więcej mobilnych, bezprzewodowych i przewodowych interfejsów HMI, które jeszcze bardziej wzmacniają wrażenia użytkownika. Jednocześnie mobilne urządzenia operacyjne przyczyniają się do bardziej efektywnej i bezpieczniejszej obsługi maszyn i systemów przemysłowych.

Poniższy artykuł zawiera przegląd mobilnych i stacjonarnych rozwiązań HMI oraz wskazuje najważniejsze różnice pomiędzy nimi. 

Stacjonarne panele HMI

W wielu przypadkach stacjonarne panele HMI znajdują się bezpośrednio na maszynie. Monitor lub panel operatora jest do niej przymocowany i podłączony do interfejsu graficznego systemu sterowania uruchamiającego aplikację wizualizacyjną.

Panele operatorskie (OP) to monitory bez własnego systemu operacyjnego. Ten typ HMI łączy się bezpośrednio z odpowiednim komputerem przemysłowym, który kontroluje procesy produkcyjne – innymi słowy, jest to tylko interfejs użytkownika. Parametry wejściowe są zwykle wprowadzane za pomocą przycisków lub przełączników obok ekranu wyświetlacza.

Wady stacjonarnych paneli HMI

Jedną z wad stacjonarnych monitorów jest fakt, że CPU (jednostka centralna) musi uruchamiać nie tylko aplikację sterującą, ale równolegle także aplikację wizualizacyjną. Na przykład w maszynach ze sterowaniem cyklicznym oznacza to, że te same zadania są wykonywane w cyklach milisekundowych. Prowadzi to do bardzo wysokiej eksploatacji procesora (do 80 procent). Z kolei aplikacja do wizualizacji zawsze pracuje w trybie bezczynności (tylko wyświetlanie, bez działania), wykorzystując mniejszą stałą moc procesora (około 10 procent). Rozwiązanie stacjonarne oznacza większy wysiłek inżynieryjny dla oprogramowania, ale niższe koszty produkcji sprzętu. Z tego powodu panele stacjonarne stają się opłacalne dopiero przy większych ilościach.

Operatorzy maszyn oczekują jednak responsywnego systemu podobnego do znanego im smartfona. Interakcje takie jak przełączanie się między użytkownikami lub stronami zużywają ogromne rezerwy wydajności. W rezultacie operatorzy postrzegają korzystanie z systemu sterowania jako „powolne”, a wydajność maszyny jako „słabą”. Strony ładują się wolno, a wartości nie są na bieżąco aktualizowane. Ponadto uruchomienie aplikacji wizualizacyjnych może zająć kilka minut lub spowodować zawieszenie się całego interfejsu. Powodem takiego stanu rzeczy jest to, że nadrzędna aplikacja PLC zajmuje wszystkie rezerwy procesora, aby utrzymać przetwarzanie w czasie rzeczywistym.

Doświadczenie użytkownika podczas obsługi maszyn jest bardzo ważną kwestią. Wiele firm boryka się z tymi samymi problemami: trudno jest znaleźć im wykwalifikowanych pracowników. Sektor przemysłowy zmaga się z dużą rotacją personelu, a czasu na szkolenia jest niewiele. Prostota i standaryzacja projektu HMI są niezbędne dla nowoczesnego zakładu produkcyjnego.

Z tych powodów coraz więcej rozwiązań paneli operatorskich jest zastępowanych rozwiązaniami paneli aktywnych. Zapewniają one rezerwy w zakresie projektowania i przyszłych rozszerzeń doświadczenia użytkownika (UX). Stwarza to wiele możliwości wzmocnienia marki poprzez korporacyjny interfejs HMI.

Aktywny panel (w skrócie AP) to interaktywny wyświetlacz wielodotykowy, który zawiera pełnowymiarowy system operacyjny (Windows 10) i działa jako samodzielny komputer przemysłowy (IPC). Oddziela tym samym wydajność sterowania od wydajności wizualizacji, co skutkuje bardziej efektywnym interfejsem HMI i systemem sterowania działającym w czasie rzeczywistym. 

Jednym z głównych wyzwań związanych z aktywnymi panelami jest zastąpienie klasycznych pojedynczych przycisków i przełączników funkcjami na wyświetlaczu dotykowym, które są zaprojektowane w taki sposób, aby operator mógł je uruchamiać bez konieczności odwracania uwagi od tego, co dzieje się w maszynie.

Obecnie technologia siłowego sprzężenia zwrotnego jest coraz częściej wykorzystywana w celu rozwiązania tego problemu. Funkcja poszczególnych przycisków jest uruchamiana dopiero po wywarciu przez użytkownika określonego nacisku (siły) na odpowiednie miejsce na ekranie wyświetlacza. Ponadto użytkownik otrzymuje również informację zwrotną, która potwierdza, że polecenie zostało wykonane.

Mobilne panele HMI

Maszyny są coraz mniejsze i bardziej modułowe oferując niewiele miejsca na ekrany lub interfejsy HMI. Aplikacje sterujące stają się natomiast bardzo złożone, zawierając całą masę funkcji. Ten stan rzeczy jest solidnym argumentem za mobilnymi rozwiązaniami HMI, ponieważ:

• Nie ma miejsca na zamontowanie rozwiązania mobilnego (np. w przypadku obsługi robota).
• Czasami konieczne jest, aby użytkownik zabrał ze sobą interfejs HMI, ponieważ musi mieć możliwość bezpośredniego obserwowania procesów lub wnętrza maszyny. W takim przypadku operator znajduje się w strefie zagrożenia, co oznacza, że potrzebny jest przycisk zatrzymania awaryjnego, czyli tzw. czuwak (dead man’s button).
• Wiele maszyn ma więcej niż jedno stanowisko operatorskie, które wymagają dodatkowych, często mniejszych interfejsów HMI na drugorzędnych pozycjach. Rozwiązania mobilne są opłacalne w takich przypadkach, ponieważ pracownicy mogą po prostu zabrać ze sobą urządzenia i podłączyć je tam, gdzie są potrzebne.

Maszyny, które są jeszcze mniejsze – na przykład luźne ramiona robotów – wymagają jeszcze bardziej elastycznych urządzeń operacyjnych. Najczęściej stosowanym rozwiązaniem w tym scenariuszu jest mobilny, przewodowy interfejs HMI, który umożliwia wszechstronną obsługę, co jest potrzebne przede wszystkim do uczenia robota.

Bezprzewodowe rozwiązania HMI, które łączą się przez Wi-Fi lub Bluetooth stają się coraz bardziej powszechne, zapewniając operatorom maksymalną elastyczność i swobodę ruchu. Podczas gdy HMI nie jest sparowany z maszyną, może być używany jako rodzaj wizualizacji stanowiska sterowania lub całej linii. Wystarczy, że użytkownik zabierze bezprzewodowe, zasilane bateryjnie urządzenie na swoje biurko, aby wykonać kroki przygotowawcze, które są następnie przesyłane do maszyny, gdy urządzenie jest z nią sparowane.

Wady mobilnych paneli HMI i ich rozwiązań

Największą wadą mobilnych – w szczególności bezprzewodowych – rozwiązań HMI jest to, że operator oddalając się od maszyny, może nie wiedzieć, z którą aktualnie jest połączony. Stanowi to duże zagrożenie, ponieważ HMI musi być w stanie zatrzymać lub wyłączyć urządzenie w przypadku awarii. Ponadto mobilne bezprzewodowe urządzenia operacyjne są trudne do zlokalizowania jeśli operatorzy umieszczą je w niewłaściwym miejscu lub zapomną, gdzie się znajdują. Technologie monitorowania zasięgu działania są wykorzystywane w celu zwiększenia bezpieczeństwa bezprzewodowych ręcznych urządzeń operacyjnych. Dzięki temu potencjalnie niebezpieczne działania maszyny nie mogą być wyzwalane przez użytkownika będącego w oddali. Jeśli wyjdzie on poza predefiniowany promień parowania, sygnały dotykowe i wizualne przypomną mu o tym fakcie.

 

 

 

 

Mobilny czy stacjonarny panel HMI – który system sterowania do jakiego scenariusza?

To, czy lepszym rozwiązaniem będzie mobilny, czy stacjonarny interfejs HMI zależy w dużej mierze od sposobu użycia: podczas uruchamiania lub ustawiania maszyny operator często będzie chodził wokół niej, aby zobaczyć szczegóły i zapewnić dokładne pozycjonowanie. W tym przypadku najbardziej odpowiednie są urządzenia mobilne.

Jednak gdy maszyna jest już uruchomiona, a operator głównie ją monitoruje i kontroluje, lepiej może sprawdzić się rozwiązanie stacjonarne, zwłaszcza w kontekście bezpieczeństwa i niezawodności procesu. W tym scenariuszu nawet mobilne panele HMI są przymocowane w jednym miejscu, aby zapewnić szybki dostęp, nawet jeśli przy maszynie pracują różni operatorzy.

Często interfejs HMI będący częścią maszyny jest bardziej opłacalny niż rozwiązania mobilne. Takie podejście jest popularne w przypadku dużych maszyn, które zapewniają wystarczającą ilość miejsca na dodatkowy sprzęt, a także w przypadku zastosowań obejmujących duże ilości.

Istnieje wiele przypadków, w których zastosowano zarówno stacjonarne, jak i mobilne interfejsy HMI. Zwłaszcza jeśli operacja składała się z łańcucha pojedynczych modułów, na przykład, gdy roboty lub przenośniki taśmowe podawały i/lub odbierały części z maszyn. Jednak na dłuższą metę taka konfiguracja łańcuchowa systemów może oznaczać, że pojedyncze, mobilne, bezprzewodowe urządzenie będzie w stanie obsłużyć wszystkie zadania operatora. 

Bezprzewodowe rozwiązania HMI otwierają również nowy poziom obsługi maszyn: czynności związane ze sterowaniem, monitorowaniem i analizą mogą być elastycznie przenoszone między stacjami sterowania a praktyczną obsługą urządzenia. Wymaga to jednak większej liczby rozwiązań, które umożliwią bezpieczne przełączanie i przechodzenie między różnymi etapami obsługi poszczególnych maszyn. Przeprowadzony musi być także ogólny przegląd całej linii produkcyjnej. W naszej ofercie znajdziesz zarówno rozwiązania wtykowe dla mobilnych interfejsów HMI, jak i bezpieczne systemy bezprzewodowe, które zapewniają parowanie maszyn i systemów.

Rys. 1 – Schemat doboru odpowiedniego panelu HMI KEBA

Zapoznaj się z broszurą: 

Broszura paneli HMI