Panele HMI w systemach automatyki – przegląd funkcjonalności

 

Dzięki panelom operatorskim HMI (human machine interface – połączenie człowieka z maszyną) jest możliwa wymiana informacji pomiędzy człowiekiem a urządzeniami sterowania.

 

 

Standardowe zastosowanie panelu operatorskiego obejmuje przede wszystkim zmianę parametrów pracy systemu sterowania. Oprócz tego ważna jest możliwość zgłaszania błędów oraz sygnalizowania stanów alarmowych poszczególnych urządzeń. To właśnie za pomocą panelu operatorskiego użytkownik ma informacje o przebiegu realizowanego procesu technologicznego. W nowoczesnych panelach operatorskich stawia się na prosty sposób przełączania pomiędzy trybami HMI-PLC a HMI. Należy podkreślić zdalną obsługę przy użyciu przeglądarki internetowej. Zastosowanie złącz różnego typu zapewnia szerokie możliwości komunikacyjne, a co za tym idzie – ewentualną rozbudowę systemu. Uwzględnia się więc porty komunikacyjne, które pozwalają na wymianę danych m.in. w standardach CANopen, Ethernet, USB czy też RS232/485. Ważne są przy tym szerokie możliwości w zakresie bibliotek protokołów komunikacyjnych. W efekcie współpraca odbywa się już nie tylko ze sterownikami PLC, ale również z serwonapędami, przemiennikami częstotliwości czy też zasilaczami.

Panele operatorskie dobiera się również pod kątem warunków pracy. Stąd też jeżeli aplikacja obejmuje np. pracę w branży spożywczej, brane jest pod uwagę urządzenie z obudową w wykonaniu ze stali nierdzewnej i przyciskami membranowymi.

W zaawansowanych panelach operatorskich niejednokrotnie uwzględniana jest funkcjonalność prostych aplikacji wizualizacyjnych, a możliwości sieciowe pozwalają na wykonanie lokalnych systemów wizualizacji. Panel łączy wtedy poszczególne części systemu w jeden, zapewniając komunikowanie z nadrzędnym systemem SCADA. Zaawansowane panele operatorskie są w stanie obsługiwać standardy OPC oraz OPC A&E, co dodatkowo ułatwia współpracę z systemami SCADA, zapewniając stabilny przesył danych do baz danych. Tworzy się przy tym odpowiednie raporty w sieci.

Z kolei panele w prostych aplikacjach niejednokrotnie bazują na klawiaturach. Chodzi głównie o systemy, w których nie ma potrzeby prezentowania dużej ilości danych.

 

Właściwości paneli operatorskich

W nowoczesnych panelach operatorskich zastosowanie znajdują kolorowe ekrany dotykowe. Warto przy tym zwrócić uwagę na panele operatorskie produkowane w wersjach przenośnych. Ważne jest renderowanie, za pomocą którego można przedstawiać informacje zawarte w dokumencie elektronicznym w formie najbardziej odpowiedniej dla danego środowiska. Może to być np. przedstawianie wizualnie na ekranie i w postaci wydruku oraz dźwiękowo. Mechanizmy odpowiadające w aplikacji komputerowej za renderowanie nazywane są renderami lub mechanizmami renderującymi. Trzeba podkreślić przy tym możliwość wymiany danych w technologii bezprzewodowej.

Nowoczesne panele operacyjne są kompatybilne z większością sterowników PLC, a co najważniejsze, obsługują wiele języków dla końcowych odbiorców. Ważna jest możliwość bezpośredniego podłączenia urządzeń do HMI za pomocą portu Modbus. Do dyspozycji programisty są animacje oraz wprowadzenie i wyświetlanie punktów z rejestrów PLC. Wiele urządzeń zapewnia darmowe narzędzia programistyczne PC oraz wsparcie programowania. Z pewnością przyda się obsługa liczb zmiennoprzecinkowych, zegar czasu rzeczywistego, alarmy w czasie rzeczywistym oraz możliwość przechowywania alarmów historycznie. Trzeba wspomnieć o możliwości konfigurowania zdarzeń globalnych, a także startowych, przed, w czasie oraz po wyświetlaniu poszczególnych ekranów. Jest możliwe konfigurowanie zdarzeń dla graficznych obiektów.

 

Tablety przemysłowe

Wiele procesów przemysłowych obsługiwanych jest przez urządzenia typu tablet PC. W nowoczesnych tabletach stawia się na wysoki poziom ochrony przeciwprzepięciowej. Na rynku nie brakuje również urządzeń o podwyższonej odporności na działanie czynników mechanicznych oraz substancji chemicznych. Niektóre tablety są całkowicie wodoszczelne.

Przydatne rozwiązanie stanowi moduł GPS. Warto również wspomnieć o wbudowanej kamerze. Nabyć można urządzenia bazujące na technologii NFC, która pozwala na śledzenie produktów bez skanowania kodów kreskowych. Ważny jest przy tym system uwierzytelniania bazujący na technologii bezdotykowej pozwalający na logowanie do urządzenia w rękawicach lub odzieży ochronnej.

Zwraca się uwagę na wytrzymałość mechaniczną urządzeń. Na przykład komputer Xplore Technologies iX104C4 jest w stanie wytrzymać upadek na beton z wysokości 1,2 m. Na uwagę zasługuje przy tym nie tylko wytrzymałość na działanie typowych czynników zewnętrznych, ale również odporność na chemikalia. Komputery przemysłowe Wonderware typu Tablet PC są całkowicie szczelne.

 

Nie tylko panel operatorski

W wielu aplikacjach zastosowanie znajdują sterowniki z wbudowanym kolorowym panelem operatorskim. Jako zalety urządzeń tego typu należy wymienić przede wszystkim uproszczenie instalacji, bowiem nie ma okablowania pomiędzy panelem a sterownikiem. Kluczową rolę odgrywają również niższe koszty inwestycji i eksploatacji oraz oszczędność miejsca w szafie sterowniczej. Jeżeli jest taka potrzeba, można rozbudować grafikę. Komfort obsługi zapewniają klawisze systemowe i funkcyjne. Niejednokrotnie zastosowanie znajduje port sieciowy CsCAN, który pozwala na łączenie urządzeń w sieć.

W wielu aplikacjach funkcja obsługi systemów sterowania realizowana jest przez komputery przemysłowe. Stąd też niejednokrotnie zastosowanie znajdują stacje robocze ze zintegrowaną klawiaturą oraz wyświetlaczami LCD.

Obsługa systemu sterowania może odbywać się również za pomocą komputerów panelowych. W niektórych komputerach tego typu zastosowanie znajduje wbudowany zasilacz UPS, który chroni system przed utratą danych w efekcie braku zasilania. Z kolei wbudowany czujnik natężenia światła dostosowuje jasność obrazu do aktualnych warunków zewnętrznych. W razie potrzeby zastosować można komputery panelowe w wersji wielkoformatowej, np. z przekątną ekranu 42''. Ważny jest przy tym stopień ochrony panelu czołowego IP 64, co zapewnia odporność na kurz oraz rozbryzgi wody z dowolnego kierunku.

Niejednokrotnie zastosowanie znajdują komputery o podwyższonej wytrzymałości na działanie czynników mechanicznych. Rozwiązania tego typu bazują na ramie wykonanej z twardego anodowanego aluminium, a matryca zabezpieczona jest szybą ochronną i pokryta powłoką antyrefleksyjną.

 

Programowanie panelu operatorskiego

Odpowiednie aplikacje pozwalają na programowanie panelu HMI, przez co zyskuje się skalowalność systemu. Typowy program w pierwszej kolejności zawiera listy połączeń, sterowników, paneli HMI oraz komponentów, jakie można dodać do projektu. Ważne są przyciski przeznaczone do kompilowania, przeładowania oraz symulowania programu. Odpowiednia zakładka zawiera wszystkie pliki wchodzące w skład projektu, czyli makra, bitmapy itp. Ważny jest blok funkcjonalny zawierający panele HMI oraz okna stworzone w projekcie. Kluczową rolę odgrywa okno informujące o błędach w kompilacji.

 

Przegląd oferty rynkowej

Z oferty firmy Elmark wybrać można m.in. serię paneli operatorskich WOP-2000. Mają one preinstalowany system czasu rzeczywistego RTOS oraz oprogramowanie do tworzenia aplikacji HMI. Należy podkreślić, że są to już typowe panele operatorskie stosowane w automatyce przemysłowej, czyli jednostki dedykowane do aplikacji typu HMI i bezpośrednio przystosowane do współpracy (komunikacji) ze sterownikami programowalnymi, zdalnymi modułami We/Wy, napędami itp.

Firma Wobit oferuje m.in. serię paneli MT5000, które są zaprojektowane z myślą o wymagających aplikacjach. W urządzeniach tego typu przewidziano procesor Marvell PXA5000 RISC CPU oraz wbudowany Linux OS. Ważne są interfejsy sieciowe Profibus-DP, CANopen, Ethernet oraz MPI. Ponadto panele operatorskie z tej serii wyposażono w porty USB do komunikacji z takimi urządzeniami, jak mysz, klawiatura, drukarka lub dysk USB. Panele MT5000 mają wbudowane wejście wideo i wyjście audio (złącze 3,5 mm) do aplikacji multimedialnych.

Panel operatorski OP 177B PN/DP – 6AV6642-0DA01-1AX1 Simatic jest urządzeniem obsługiwanym za pomocą przycisków. W urządzeniu przewidziano 32 klawisze. Istotną rolę odgrywają interfejsy MPI/PROFIBUS DP oraz Ethernet. Do wykorzystania jest również port drukarki oraz slot kart pamięci MMC. Konfiguracja odbywa się za pomocą oprogramowania WINCC Flexible 2005 Compact.

EasyAccess 2.0 Weintek to system opracowany na potrzeby zdalnego dostępu do HMI. Program jest w stanie obsługiwać panele z serii iE, XE, eMT, intefejsy mTV, a także serwery cMT. Jako zalety oprogramowania należy wymienić przede wszystkim brak konieczności konfiguracji sieci lokalnej, wspieranie Proxy, szyfrowanie połączeń VPN i zdalnego pulpitu VNC, a także obsługę trybu Pass-through i cMT Viewer. Ważna jest przy tym możliwość ustawienia poziomów dostępu (użytkownicy, grupy).

Z kolei jako cechy paneli operacyjnych Astraada HMI Panel należy wymienić przede wszystkim dowolnie konfigurowalne ekrany operatorskie o przekątnych od 3,5 do 15" oraz szerokie możliwości w zakresie komunikacji (RS232/422/485, Ethernet, USB Client/Host, MicroSD). Ważna jest przy tym obsługa ponad 300 protokołów komunikacyjnych oraz zdalny dostęp poprzez serwer FTP i serwer VNC. Bezpłatne oprogramowanie zawiera bibliotekę elementów graficznych i symulator. Obsługiwane są skrypty i receptury, a także alarmy oraz logowanie zdarzeń produkcyjnych. Z pewnością przydadzą się wzmocnione matryce dotykowe oraz front panelu o stopniu ochrony IP68.

Szerokim zastosowaniem w warunkach przemysłowych cechuje się ProTool i WinCC firmy Siemens. System pozwala na stworzenie wizualizacji dla wszystkich paneli operatorskich Simatic. Oprogramowanie cechuje się typowymi funkcjami przewidzianymi dla systemów SCADA. Przede wszystkim do dyspozycji użytkownika pozostaje obsługa, monitorowanie procesów i urządzeń, a także alarmowanie i logowanie. System można rozbudować poprzez zainstalowanie dodatkowych elementów.

Niektóre modele paneli operatorskich produkowane są w wersjach przenośnych. Przykład takiego rozwiązania stanowi model ePALM10 firmy Hitachi. Urządzenie to cechuje się monochromatycznym wyświetlaczem graficznym o rozdzielczości 120 × 64 pikseli, który zbudowany jest w oparciu o 8 linii po 20 znaków. Do sterowania przeznaczone jest 27 przycisków, a praca w sieciach odbywa się dzięki Ethernet lub Profibus DP.

Na przykład panel operatorski TIU200 firmy Horner cechuje się ekranem LCD o wymiarach 240 × 128 pikseli. Istnieje również możliwość umieszczania gotowych elementów graficznych. Panel wyposażony jest w 18 klawiszy funkcyjnych oraz klawiaturę numeryczną.

 

Podsumowanie

W Polsce urządzenia działające od połowy lat 50. XX w. można uznać za genezę paneli operatorskich. W tym czasie odpowiednie urządzenia odpowiadały za odwzorowanie stanu pracy kluczowych obiektów. Były to statyczne tablice synoptyczne wyposażone w sygnalizatory, indykacje oraz wielokanałowe rejestratory. Z kolei lata 70. XX w. to okres, kiedy tablice synoptyczne uzupełniały systemy wspomagania operatora. Tym sposobem został zwiększony zakres przetwarzania informacji w tym zasięgu odbiorców. Istotną rolę odgrywały przy tym odpowiednie komunikaty tekstowe generowane za pomocą komputerowego systemu wspomagania. Rozwiązanie takie poprawiało skuteczność monitorowania procesu technologicznego, a co najważniejsze – stanu bezpieczeństwa. Pozwoliło to zdecydowanie skrócić czas reakcji na zmiany, które zachodziły w procesie.

 

Damian Żabicki

Oferta: automatyka magazynowa, case study, centrum logistyczne, dystrybucja, logistyka, magazyn, magazynier, operator logistyczny, palety, regały, studia przypadków, system wms, wózek widłowy, wózki widłowe

Background Image

Header Color

:

Content Color

:

Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług zgodnie z Polityką prywatności. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do cookie w Twojej przeglądarce lub w konfiguracji usługi. Polityka prywatności.