IT dla zarządzających w przemyśle
Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

HMI: szykując się na nadejście ery Przemysłowego Internetu Rzeczy

-- wtorek, 12 czerwiec 2018

Projektanci i inżynierowie opracowujący interfejsy HMI powinni opanować charakterystykę, wymagania i metodologie projektowe, które zapewnią skuteczne wdrożenie tych urządzeń w sieciach IIoT.

Architekci i integratorzy systemów przemysłowych, a także konstruktorzy maszyn, coraz skuteczniej wykorzystują postęp technologiczny w dziedzinie komputerów i sieci informatycznych. Pomaga to zakładom przemysłowym w osiągnięciu większej wydajności produkcji. Wdrożenie technologii Przemysłowego Internetu Rzeczy (IIoT) – łączącej systemy przemysłowe w sieci w celu zwiększenia inteligencji automatyki sterującej pracą fabryk – sprzyja dalszemu rozszerzaniu automatyzacji przemysłu. Coraz bardziej inteligentne systemy stanowią potencjał dla zwiększania wydajności produkcji na skutek zastosowania predykcyjnego utrzymania ruchu, obniżania kosztów operacyjnych i utrzymania oraz uniwersalnego mechanizmu udostępniania danych w czasie rzeczywistym, dla usprawnienia procesów realizowanych w fabrykach i skuteczniejszego podejmowania decyzji.

Ponieważ dotąd rozproszone i zasadniczo odmienne systemy sieci automatyki zostały w znacznym stopniu zintegrowane i połączone za pomocą ustandaryzowanych protokołów sieciowych na bazie funkcjonalnych i interoperacyjnych platform systemowych, więc zakłady produkcyjne, które są gotowe na wdrożenie technologii IIoT, mogą odtąd dysponować bardziej uniwersalnym obrazem zachodzących w nich procesów sterowania i realizowanych działań. Za pomocą tej rozszerzonej wizualizacji użytkownicy mogą udostępniać różne użyteczne dane w systemach informatycznych przedsiębiorstw istniejących w fabrykach lub w chmurze oraz odpowiednio je analizować, co pozwala firmom na przewidywanie ewentualnych awarii i podejmowanie odpowiednich działań, a także na szybsze reagowanie w sytuacjach krytycznych. Unikanie przestojów oraz lepsze sterowanie procesami produkcji mogą pomóc firmom w osiągnięciu większych zysków.

Ważnym czynnikiem umożliwiającym wdrożenie technologii IIoT jest zastosowanie zapewniających olbrzymie możliwości interfejsów człowiek-maszyna (Human-Machine Interface – HMI). Najnowocześniejsze modele, zaprojektowane w celu dostarczania jak najszerszego obrazu procesów realizowanych przez układy inteligentnej automatyki, zapewniają operatorom i personelowi kierowniczemu zunifikowane rozwiązanie rozszerzonego sterowania i większego niż dotąd dostępu do różnorodnych, złożonych systemów, wykorzystywanych obecnie w środowisku przemysłowym. Właśnie ta złożoność, w połączeniu z dodatkowymi obawami o niezawodność urządzeń przemysłowych, czyni wybór optymalnego interfejsu HMI sprawą podstawowej wagi.

Interfejsy HMI gotowe do pracy w sieci IIoT

Projektanci systemów przemysłowych dążą do minimalizowania czasu przestojów, a w wielu przypadkach do umożliwienia pracy zakładów produkcyjnych w systemie 24 godziny na dobę przez siedem dni w tygodniu, często w trudnych warunkach. Dlatego też każda wbudowana platforma podłączona do IIoT musi bezwzględnie dostarczać odporne i niezawodne systemy. Optymalne konstrukcje interfejsów HMI muszą być solidne pod względem mechanicznym oraz wymagać niewielu konserwacji lub wcale, co może w dużym stopniu pomóc firmom w osiągnięciu założonych całkowitych kosztów posiadania (Total Cost of Ownership – TCO) oraz zysków z inwestycji w sprzęt.

Te interfejsy HMI, które nie mają części ruchomych, a więc nie zawierają podzespołów wykonujących ruch obrotowy (takich jak wentylatory czy napędy dysków – mających tendencje do szybszego zużycia), wykazują znacznie mniejsze wymagania dotyczące konserwacji. Części poruszające się są wrażliwe na wstrząsy i wibracje, co zwiększa ryzyko awarii. Ważną kwestią jest też sprawność energetyczna. Interfejsy HMI wyposażone w najnowsze procesory oferują takie wartości wydajności w przeliczeniu na wat pobieranej energii (performance-per-watt ratios), które minimalizują wydzielanie się ciepła i eliminują potrzebę chłodzenia za pomocą wentylatorów. Nowe konstrukcje interfejsów HMI wykorzystują także superkondensatory zamiast baterii do podtrzymywania zasilania swoich zegarów czasu rzeczywistego.

Ponadto projektanci interfejsów HMI stają przed wyzwaniem dotrzymania kroku szybko postępującym innowacjom w technice komputerowej. Pomimo istnienia coraz szybszych, mających większą moc obliczeniową procesorów, układów graficznych i komunikacyjnych, pozostało wciąż zasadnicze brakujące ogniwo w obszarze optymalizacji konstrukcji i funkcjonalności przemysłowych interfejsów HMI. Kluczową sprawą przy wdrażaniu szerokiej wizualizacji automatyki oraz sterowaniu nowym ekosystemem IIoT jest to, by systemy HMI płynnie dostarczały holistyczne (całościowe) obrazy pełnego procesu produkcji w czasie rzeczywistym. Jednocześnie systemy te muszą spełniać wymagania użytkowników dotyczące łatwego i precyzyjnego sterowania i obsługi maszyn oraz aplikacji – z jednego punktu dostępowego.

W miarę jak systemy stają się coraz bardziej zintegrowane, elastyczność konstrukcji interfejsów jest wręcz nakazem. Produkcja takich interfejsów HMI, które są wystarczająco elastyczne pod względem pracy w sieci, wymaga projektowania ich z wykorzystaniem modularnych bloków konstrukcyjnych, co oznacza zastosowanie architektury sprzętowej z komputerami modułowymi (Computer-on-Module – CoM). Pozwala to projektantom systemów przemysłowych na zmniejszenie złożoności sprzętowej oraz umożliwia uniknięcie konieczności wymiany całego systemu podczas migracji na nowe procesory czy pamięci nowej generacji, gdy zmiany takiej wymaga aplikacja.

Elastyczność konstrukcji HMI pomaga także w dopasowaniu interfejsów do potrzeb ich użytkowników. Standardowe produkty nie zawsze są dostosowane do specyficznych wymagań systemów, a firmy mogą nie dysponować zespołem odpowiednio wykwalifikowanych inżynierów, którzy opracują rozwiązanie przeznaczone dla danego systemu. Interfejsy HMI oparte na modularnych platformach komputerowych oferują rozwiązania umożliwiające dopasowanie sprzętu do potrzeb użytkownika. W efekcie zmniejszają się koszty projektowe, a zwiększa elastyczność na skutek stosowania dających się unowocześniać koncepcji modularnych, które także mogą być wykorzystywane jako bloki konstrukcyjne w tworzeniu aplikacji dobranych do potrzeb użytkownika i dopasowanych do specyficznych wymagań instalacyjnych.

Jak spełnić wymagania technologii IIoT

Działania mające na celu urzeczywistnienie idei wykorzystania technologii IIoT w przemyśle są już podejmowane na całym świecie. Firmy dostrzegają, że może ona naprawdę przekształcić automatykę fabryk, prowadząc do zwiększonego wzrostu ekonomicznego i konkurencyjności. Kluczem do sukcesu IIoT jest fakt, że definiuje się w nim sposób, w jaki pojedyncze urządzenia mogą nabierać inteligencji, być łatwiejsze w zarządzaniu i łączyć się z innym sprzętem w sieci – wszystko po to, aby zwiększyć wydajność produkcji.

Chcąc sprawić, by ta wydajność była w środowisku sieciowym jak najbardziej przewidywalna, należy wśród najważniejszych kwestii postawić interoperacyjność. Poszczególne urządzenia lub systemy nie tylko muszą być bezpiecznie połączone i sprawnie komunikować się ze sobą, ale także mieć możliwość uzyskania dostępu do danych w czasie rzeczywistym, a w niektórych przypadkach nawet działać autonomicznie.

Aby móc standaryzować łączność i niezbędne funkcje, kompatybilność musi opierać się na otwartych systemach. W odniesieniu do interfejsów HMI oznacza to, że wszyscy ich główni użytkownicy muszą przestrzegać wspólnej koncepcji, w której mieszczą się również technologie ekranów wielodotykowych. Zaawansowane technologicznie rozwiązania modułowych paneli dotykowych HMI pozwalają operatorom na tworzenie swego rodzaju kompleksowych centrów dowodzenia, których na co dzień potrzebują w swej działalności. Rozwiązania te działają jak bramy do hal fabrycznych i centrów danych łączących zakłady na całym świecie. Interfejsy HMI, w których zamontowano rozbudowane układy We/Wy (I/O) albo karty rozszerzeń ułatwiające dopasowanie układów We/Wy do potrzeb użytkownika, stanowią spoiwo umożliwiające obsługę czujników i maszyn, połączeń z chmurą lub oprogramowaniem analitycznym – dzięki czemu zarządzanie produkcją w fabryce może być łatwe i przebiegać znacznie bardziej płynnie niż dotąd.

Aby uzyskać ponadczasową interoperacyjność, następna generacja interfejsów HMI musi jednak zapewniać duży wybór opcji łączności, umożliwiających dopasowanie się do wszystkich wymagań w zakresie standardów automatyki i technologii IIoT, w tym możliwości obsługi łączności bezprzewodowej, dwukanałowych niskonapięciowych wyświetlaczy sygnałów, szybszej sieci w standardzie Gigabit Ethernet (transmisja ramek z prędkością 1 Gbit/s) oraz szybszych interfejsów USB i RS-232. Przykładowo, interfejsy HMI z obsługą WiFi mogą umożliwić wręcz nieograniczoną łączność z maszynami oraz innymi urządzeniami znajdującymi się w – często zatłoczonej – hali fabrycznej.

Jeśli chcemy, by systemy przemysłowe były gotowe na wdrożenie IIoT, muszą one zapewniać możliwość wydajnej obsługi danych za pomocą zunifikowanej metody, zamieniającej indywidualne urządzenia w połączone siecią inteligentne systemy. Aby uczynić cały proces bardziej inteligentnym, urządzenia tzw. brzegowe – odległe lub obiektowe – lokalnej sieci trzeba podłączyć do większej sieci. A zatem efektywna łączność musi umożliwiać obsługę różnych urządzeń brzegowych, które zwykle wymagają dużej mocy obliczeniowej i pamięci rozszerzalnej do zarządzania złożonymi obliczeniowo aplikacjami przetwarzania danych oraz do wykonywania analiz Big Data.

Zalety podejścia holistycznego

Tendencja do zunifikowanego ujęcia wszystkich aspektów związanych z urządzeniami w hali fabrycznej przekłada się również na integrację technologii ekranów dotykowych, stanowiącej obecnie podstawę w konstrukcjach paneli HMI. Najczęściej adaptowane są tu technologie dotykowe – rezystancyjna (resistive touch) i pojemnościowa PCAP (projected capacitive touch), umożliwiające jednoczesne wykrywanie wielu punktów dotyku (dla zmiany wymiarów wyświetlanych obrazów dwoma palcami, przesuwania ich i obracania) – w połączeniu z dużą dokładnością obsługi ekranu, nawet przy użyciu rękawic roboczych. PCAP nawet w trudnych warunkach przemysłowych oferuje dużą trwałość ekranu wskutek wykorzystania paneli z powłoką metaliczną, co dodatkowo daje lepsze przewodzenie światła, a więc powoduje uzyskanie jaśniejszych i wyraźniejszych obrazów. Istnieją także technologie ekranów dotykowych, które obsługują rozpoznawanie gestów, co pozwala na bezpośrednią komunikację bez dotykania. Ta funkcja świetnie nadaje się do sterylnych środowisk pracy, powodując znaczne zmniejszenie prawdopodobieństwa pojawienia się błędów w działaniu systemów (fot. 1).

Autonomiczne interfejsy HMI podłączone indywidualnie do maszyn lub zwykłych urządzeń z wyłącznikami, dźwigniami czy przyciskami, nie dadzą kierownictwu firm rozszerzonych informacji, wymaganych dla poczynienia istotnych postępów w wydajności produkcji. Współczesne zaawansowane rozwiązania interfejsów HMI w zasadzie oferują kompletny system, w którym na jednym szklanym ekranie o standardowym formacie 6:9 widać cały realizowany proces produkcji w jednym zakładzie lub wielu. Ekrany te standardowo mają stopień ochrony IP65, co oznacza odporność na zapylenie i wodę. Najnowsze interfejsy HMI oferują większe wyświetlacze, aż do 21,5 cala, umożliwiające pokazywanie obrazu produkcji w formacie poziomym i pionowym, ciągłe monitorowanie pracy maszyn, wyświetlanie ostrzeżeń o błędach i stopniu ich znaczenia, oraz zapewniające ekstremalnie bezpieczny dostęp dla użytkownika (fot. 2).

Przykładowo, interfejsy HMI, które dostarczają obszerny obraz procesu produkcyjnego, mogą być wykorzystane do zbierania istotnych informacji z komputerowych systemów monitorowania i wizualizacji produkcji (SCADA) oraz aplikacji sterujących. Tego typu zaawansowane interfejsy HMI przygotowują sektor przemysłowy na erę IIoT, przekazując do dyspozycji użytkownika pełną moc i produktywność najnowszych aplikacji automatyki.

Interfejsy HMI – droga do inteligentnej automatyki

Wyższa efektywność wytwarzania z zastosowaniem inteligentnej automatyki jest więc możliwa dzięki wprowadzeniu interfejsów HMI gotowych do pracy w sieciach IIoT, zapewniających monitorowanie i zarządzanie wysoce wydajnymi procesami produkcji, które mogą być szybko zmienione, przy zminimalizowanym czasie przestoju. Dostępne obecnie interfejsy HMI oferują rozwiązania holistyczne, spełniające rozszerzone oczekiwania użytkowników dotyczące zwiększonej wizualizacji pracy i monitoringu kondycji sprzętu, realizacji procesów technologicznych oraz wizualizacji danych. Otwarcie się zakładów produkcyjnych na możliwość pełnej i całościowej obserwacji realizowanych procesów oraz na cały ekosystem IIoT pomoże im w przyspieszeniu wzrostu produkcji.

Najnowsze interfejsy HMI, konstruowane w oparciu o technologie modularne wysokiej niezawodności – takie jak elastyczna technologia komputerów modułowych – pozwalają na redukcję zakładowych wymagań dotyczących konserwacji i umożliwiają zmaksymalizowanie kosztów TCO bez poświęcania potencjału innowacyjnego. Zastosowanie sprawdzonych interfejsów HMI o dużych możliwościach zapewnia realizację inteligentnej produkcji, w szczególności poprzez przezwyciężenie obaw dotyczących inter-operacyjności. Interfejsy HMI, które oferują pełen zakres opcji połączeń w całym procesie produkcji, inaugurują nową erę maksymalnej wydajności, umożliwiając zautomatyzowanym firmom uzyskanie większych dochodów. Wdrażanie technologii IIoT oznacza też nową erę – wprowadzanie przez firmy nowych modeli biznesowych. Ponadto technologia ta oferuje innowacyjną platformę dla integratorów systemów i konstruktorów maszyn. Mogą oni odtąd różnicować swoje produkty i usługi, zwiększając wartość procesu automatyzacji i potencjał wzrostu przyszłego rynku.

Maria Hannson jest inżynierem oraz menedżerem produktu w dziale wyrobów przemysłowych firmy Kontron.


Przeczytaj także

 

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

ROBOTECH Robotics Technology Conference
2018-09-18 - 2018-09-18
Miejsce: Wrocław

Katalog

ANT Sp. z o.o.
ANT Sp. z o.o.
Wadowicka 8A
30-415 Kraków
tel. +48 12 296 50 40

zobacz wszystkie



Aktualne wydania
O nas   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2018 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce