Panel HMI – co to jest i do czego służy?

16 sierpnia 2019 0

Autor:

Panel HMI służy do komunikacji pomiędzy człowiekiem a urządzeniem. W automatyce słowo „komunikacja” odnosi się do elementów urządzeń służących do informowania ludzi o stanie procesu technologicznego, a także systemów sterowania, które pozwalają w dany proces interweniować

Kiedy pojawił się panel HMI?

Panele sterownicze HMI (ang. Human – Maschine Interface) pojawiły się wraz z pierwszymi maszynami. Początkowo stanowiły nieskomplikowane elementy służące do komunikowania się człowieka z maszyną, takie jak np. przyciski do sterownia , pokrętła do regulacji, czy liczniki do odczytu danych z urządzeń. Obecnie dzięki rozwojowi komputeryzacji, panele HMI nierzadko przejmują zadania komputerów przemysłowych. Nowoczesne panele mogą być sterowane zdalnie, wyposażone są także w oprogramowanie oraz ekrany dotykowe, co znacznie ułatwia wymianę informacji na poziomie człowiek-maszyna. Oprócz komunikacji ze serwonapędami, zasilaczami czy urządzeniami peryferyjnymi. Panele sterownicze znajdują zatem szerokie zastosowanie, zarówno w urządzeniach spotykanych na co dzień, przykładem może być wielofunkcyjna kierownica lub pokrętło nawigacyjne w samochodzie, jak i skomplikowanych instalacjach przemysłowych.

Wyposażenie nowoczesnych paneli HMI

W zależności od przeznaczenia jak i stopnia zautomatyzowania danego urządzenia lub instalacji przemysłowej, stosowane są różne modele paneli sterowniczych. Mogą zawierać klawiaturę membranową lub/i kombinację różnych przełączników, przycisków, liczników czy pokręteł. Jedną z głównych zalet współczesnych paneli HMI jest wyposażenie ich w wyświetlacze. Oprócz wyświetlaczy LCD stosowane są coraz częściej, popularne w dzisiejszych czasach, ekrany dotykowe (ang. touchscreens). Ekrany dotykowe umożliwiają zmniejszenie gabarytów paneli, następuje to dzięki przeniesieniu funkcji niektórych przycisków lub pokręteł bezpośrednio na ekran, gdzie sterowanie odbywa się za pomocą dotyku.

Drugą ważną cechą paneli HMI jest wyposażenie ich w porty komunikacji. Poza portami szeregowymi, takimi jak RS232,422,485 służącymi do szeregowej transmisji danych, a także używanymi do programowania sterowników, stosowane są również złącza USB. Pozwalające one na wymianę danych między innymi z urządzeniami peryferyjnymi. Często panele HMI wyposażone są również w złącze Ethernet oraz Wi-Fi.

Trzecią cechą jest oprogramowanie, które często przejmuje zadania komputerów przemysłowych. Tworzenie unikatowych i elastycznie rozszerzanych aplikacji umożliwia stworzenie oprogramowania według potrzeb, tzn. może zostać skonfigurowane zarówno do zarządzania prostymi maszynami lub procesami, jak i może zostać rozbudowane i przedstawiać zaawansowaną wizualizacji procesu, zorientowaną na konkretną maszynę. Nowoczesne panele HMI pozwalają na połączenie się z innymi urządzeniami np. sterownikami PLC, a także dają możliwość zbierania danych w czasie rzeczywistym -bezpośrednio ze stanowisk produkcyjnych – i następnie przysyłania tych danych do systemu MES. Mogą także wchodzić w skład systemu SCADA.

Różnice pomiędzy HMI a SCADA

System SCADA (ang. Supervisory Control And Data Acquisition) jest bardziej rozbudowany i posiada obszerniejszą wizualizacje procesu w porównaniu do paneli HMI. Wyposażony jest dodatkowo w komputer PC, zawierający odpowiedni program. Komputer ten pełni funkcje priorytetową, tzn. jest jednostką nadrzędną nad wieloma sterownikami PLC i innymi urządzeniami sterującymi, występującymi w danej instalacji. Sterowanie oraz monitorowanie procesu odbywa za pomocą programu, zainstalowanego na komputerze  PC. Alarmy również podawane są w czasie rzeczywistym, pozwala to na szybkie zareagowanie na błędy występujące podczas procesu produkcyjnego.

Panel HMI z reguły stosowany jest do komunikacji z pojedynczymi urządzeniami i mniejszymi liniami technologicznych. System SCADA zbiera natomiast dane ze wszystkich urządzeń wyposażonych w sterowniki PLC i inne urządzenia sterujące, i wizualizuje te dane w jednym miejscu tworząc całość, czyli zbiór wszystkich dostępnych danych. Oznacza to możliwość komunikacji z każdym urządzeniem z jednego stanowiska pracy, wyposażonego w system SCADA. Systemy SCADA są stosowane do bardziej rozbudowanych i zaawansowanych instalacji, pozwalają na korzystanie z wielu baz danych. Jego możliwości rozbudowy są praktycznie nieograniczone.

Można przyjąć, że panele HMI służą do:
– obsługi i monitorowania procesu technologicznego pojedynczych urządzeń (OMS – Operating and Monitoring System)
– oceny danych procesowych danej instalacji lub urządzenia dla celów zarządzania i optymalizacji (IMS – Information Management System lub PIMS – Process Information Management System)

Systemy SCADA służą przede wszystkim:
– do zbierania wszystkich danych w jednym miejscu, w celu np. dalszej analizy funkcjonowania poszczególnych instalacji i urządzeń
– do planowania oraz konfiguracji parametrów zadanych
– do kontroli utrzymania instalacji przemysłowych oraz sprawowania nadzoru nad całym procesem,
– do szybkiej diagnostyki, dzięki ułatwieniu zlokalizowania usterek i wykonania ich naprawy z jednego miejsca

Panel HMI funkcje

Jednym z głównych zadań paneli HMI jest funkcja informowania o przebiegu procesu.
W funkcji tej można wyróżnić:
– komunikaty zakłóceń procesu – informują o nienormalnym, wykraczającym poza przyjęte standardy przebiegu procesu, na przykład komunikat „za niski poziom oleju”
– komunikaty zakłóceń systemu – informują o błędach systemowych, na przykład o spadku napięcia w instalacji elektrycznej, wypadnięciu wtyczki itp.

Oba powyższe komunikaty określane są jako alarmy, które powodują przerwanie procesu technologicznego. Alarmy pozostają zapisywane w systemie na kilka dni lub tygodni, w celu dalszego sprawdzenia i analizy.

Oprócz tego w aplikacjach paneli HMI występują komunikaty odnoszące się do stanów binarnych urządzeń, nazywane zdarzeniami, które często posiadają własną wyświetlaną listę. Zdarzenia odnoszą się do stanu urządzeń, to znaczy określają aktualny stan instalacji, np. „pompa olejowa jest włączona”. Zdarzenia nie powodują ryzyka przerwania lub zakłócenia procesu.

Kolejną funkcją jest funkcja sterowania. Określa stan urządzeń, diagnozuje, a także umożliwia wprowadzenie w nich zadanej zmiany np. włączenie pompy olejowej.

Funkcje obsługi i monitorowania (OMS) pozwalają na szybkie i przejrzyste wyświetlanie komunikatów, dzięki czemu operator instalacji jest w stanie szybko zareagować. W zależności od rodzaju HMI, np. komunikat alarmowy może zostać zasygnalizowany w postaci świecącej lampki kontrolnej, sygnału akustycznego lub może być wyświetlony na wyświetlaczu. Według norm alarmy, w zależności od priorytetu, mają przypisany kolor czerwony. W przypadku niższego priorytetu – na przykład ostrzeżeń – jest to kolor żółty lub pomarańczowy.

Funkcja zarządzania informacjami (IMS/PIMS) pozwala na zebranie, sumowanie oraz oszacowanie aktualnych danych. Dane z paneli HMI mogą zostać zgrane na osobny komputer, wyposażony w pojemny dysk. Funkcja ta daje dostęp do różnych protokołów, takich jak protokoły operacyjne, alarmów, zdarzeń czy dozoru.
Oprócz tego panele HMI zawierają funkcje pozwalające na planowanie, uruchomienie i konserwację systemu. Narzędzia serwisowe, służące właśnie do jego uruchomienia lub konserwacji, zwykle podłączone są do paneli za pomocą magistrali systemowej lub bezpośrednio przez port RS232.

Wymagania odnośnie paneli HMI

Jeszcze do niedawna panele HMI służyły do bezpośredniej komunikacji pomiędzy maszyną a operatorem, który to musiał znajdować się blisko tej maszyny. Obecnie dzięki wyposażeniu w gniazda Ethernet, łącza Wi-Fi, a także pojawieniu się paneli mobilnych, istnieje możliwość zdalnej komunikacji. Wiele współczesnych procesów wymaga komunikacji na odległość.
Poza tym, panel HMI powinien charakteryzować się:
– łatwością obsługi (intuicyjność obsługi)
– realizacją zadań w odpowiedniej kolejności
– dobrą rozdzielczością ekranu
– ograniczoną do niezbędnego minimum ilością wyświetlanych informacji
– kontekstualizacją, polegającą na udostępnianiu i ukrywaniu/blokowaniu niektórych funkcji obsługowych, to znaczy powinno występować pogrupowanie wyświetlanych informacji. Niektóre okna dialogowe są przeznaczone dla operatorów maszyn, z kolei inne zawierają opcje przydatne np. dla serwisantów maszyn.
– pogrupowaniem przycisków
– żywotnością (tyle samo co maszyna)
– odpornością na zanieczyszczenia takie jak olej, wilgoć, pyły
– odpornością na wysokie temperatury
– odpornością na uszkodzenia mechaniczne oraz działanie promieni słonecznych
– możliwością pracy w miejscach zagrożonych wybuchem lub w miejscach narażonych na działanie pól magnetycznych

Stosowanie ekranów dotykowych, w porównaniu do przemysłu maszynowego, jest bardziej popularne w branży spożywczej oraz medycznej. Spowodowane to jest higieną pracy. W przypadku przemysłu maszynowego operatorzy maszyn często mają ręce pokryte olejem lub chłodziwem, co wpływa niekorzystnie na obsługę maszyn wyposażonych w ekrany dotykowe. Skutkiem tego jest konieczność ciągłego oczyszczania ekranu lub nawet całkowity brak jego reakcji na dotyk podczas zabrudzenia.

W przemyśle medycznym różnego rodzaju aparatury medyczne często posiadają panel HMI z ekranem dotykowym. Można je sprawniej oczyścić, nie posiadają dużo przycisków, na których mogą gromadzić się zanieczyszczenia (w tym bakterie), szczególnie na ich bocznych stronach i w szczelinach.

Obudowy paneli HMI dla przemysłu medycznego najczęściej wykonane są z aluminium lub tworzyw sztucznych. W branży spożywczej popularna jest stal nierdzewna INOX. Materiały – z których wykonane są obudowy – muszą przede wszystkim spełniać szereg wymagań, takich jak m.in. odporność na korozję , czy działanie pól magnetycznych.

Ergonomia obsługi paneli operatorskich HMI w dużej mierze zależy od aplikacji. Należy przewidzieć zachowanie operatora i budować aplikacje tak, aby przyspieszyć i ułatwić obsługę systemu.

Panel HMI powinien obsługiwać wiele protokołów komunikacyjnych, a nie tylko te związane z PLC czy przemiennikami częstotliwości. Powinny również obsługiwać urządzenia peryferyjne takie jak m.in. drukarki, skanery, czy kamery. Takie wymagania są obecnie stawiane producentom paneli HMI.

UdostępnijShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on Twitter

Powiązane produkty

Newsletter
Bądź na bieżąco