Руководство по человеко-машинному интерфейсу (HMI): типы, критерии выбора и промышленное применение

Оператор стоит перед производственной линией на текстильной фабрике. Машина работает, но оператор не может видеть фактическую скорость линии, температуру внутри сушильной камеры или какой из восьми возможных сигналов тревоги сработал пять минут назад. Единственная обратная связь — это ряд индикаторов и небольшая клавиатура. Это точная проблема Человеко-машинный интерфейс (HMI) предназначен для решения.

Что такое человеко-машинный интерфейс?

HMI — это комбинация аппаратного и программного обеспечения, которая позволяет человеку взаимодействовать с машиной, системой или устройством. Это может быть как простая физическая панель управления с кнопками и световыми индикаторами, так и более совершенная, как полноцветный сенсорный экран, отображающий данные процесса в реальном времени, диаграммы тенденций и аварийные сообщения. В промышленной автоматизации ЧМИ располагается между оператором и контроллером, обычно это программируемый логический контроллер (ПЛК) или преобразователь частоты. Он преобразует необработанные сигналы машины в визуальную информацию и отправляет команды оператора обратно на оборудование.

Это определение важно по практической причине. Когда вы оцениваете HMI, вы не просто сравниваете размеры экранов. Вы решаете, какую часть состояния машины можно понять с первого взгляда и как быстро оператор может отреагировать на неисправность. Наш Ассортимент продукции HMI охватывает как простые, так и расширенные потребности: от текстовых панелей до полноцветных сенсорных экранов.

Почему HMI имеет значение в промышленных операциях

Основным преимуществом HMI является более быстрое принятие решений. Вместо того, чтобы подходить к шкафу и интерпретировать мигающие огни, оператор может увидеть графическое изображение всей линии, определить место неисправности и подтвердить сигнал тревоги в одном месте.

• Сокращение времени простоя: понятные сигналы тревоги и интуитивно понятные экраны помогают специалистам по техническому обслуживанию быстрее находить неисправности.
• Более последовательная работа: одинаковая визуализация и рабочие процедуры на нескольких машинах предотвращают изменения, зависящие от оператора.
• Встроенная регистрация данных: записи тенденций и событий значительно упрощают анализ первопричин и профилактическое обслуживание.
• Сокращение времени обучения: графический интерфейс освоить легче, чем аппаратную клавиатуру с зашифрованными кодами.

В современной промышленной автоматизации HMI также является отправной точкой цифровой трансформации. Даже скромное обновление с текстовой панели на сенсорный HMI может изменить методы сбора операционных данных и обучения персонала.

Типы HMI и то, как они соответствуют различным потребностям

Существует три большие категории промышленных HMI. Правильный выбор зависит от сложности машины, окружающей среды и бюджета.

Текстовые HMI остаются ценными в суровых условиях или в условиях ограниченного бюджета. Они прочные, легко читаются под прямыми солнечными лучами и не требуют сенсорной калибровки. Сенсорные панели доминируют в современном оборудовании, поскольку они могут отображать больше информации на одном экране и уменьшают беспорядок с физическими кнопками. HMI, подключенные к Интернету вещей, становятся все более популярными там, где операторам необходимо видеть машины из разных мест.

Ключевые критерии выбора HMI

Выбор подходящего HMI начинается с четкого понимания ежедневных задач оператора и требований к связи машины. Вот критерии, которые имеют значение на практике.

1. Размер и разрешение экрана: решите, сколько значений процесса должно быть видно одновременно и насколько подробной должна быть графика.
2. Протокол связи: проверьте поддержку Modbus RTU/TCP, CANopen, Ethernet/IP или протоколов, специфичных для привода. Отсутствующий протокол может привести к использованию ненужного шлюза.
3. Экологическая классификация: проверьте класс передней панели, например IP65, и диапазон рабочих температур для места расположения машины.
4. Метод ввода: выберите между резистивным сенсорным экраном для использования в перчатках и емкостным сенсорным экраном для ощущения, как у смартфона.
5. Программная среда: подумайте, насколько легко можно создавать экраны, как настраивается регистрация данных и поддерживается ли удаленный доступ.

Для задач автоматизации среднего уровня зачастую лучшей отправной точкой является сбалансированный HMI с сенсорным экраном и надежной связью. Человеко-машинный интерфейс Raynen UH400 предлагает надежный сенсорный дисплей, несколько портов связи и простую в использовании среду настройки для многих распространенных типов машин.

HMI Raynen серии UH400 с сенсорным экраном и несколькими коммуникационными портами Сбалансированный сенсорный экран HMI для задач автоматизации среднего уровня, с диагональю от 4,3 до 10 дюймов, возможностью последовательного подключения и Ethernet, а также простой интеграцией с существующими системами. Посмотреть продукт →

Когда процесс более сложный, например, управление многоосным движением или расширенное управление рецептами, решающее значение имеет больший дисплей и более мощные возможности обработки. HMI UH500A предназначен для этих требовательных приложений, обеспечивая больше места на экране и высокую производительность.

HMI UH500A с платформой A8 для комплексного управления движением и управления рецептами Усовершенствованный HMI с большим дисплеем, флэш-памятью 256 МБ и памятью DDR3 128 МБ подходит для ресурсоемких приложений, требующих высокой производительности и обширного управления рецептами. Посмотреть продукт →

Для пользователей, которым требуется удаленный контроль и управление автопарком, HMI, подключенный к Интернету вещей, добавляет ценность, выходящую за рамки панели управления. Операторы могут получать сигналы тревоги на мобильный телефон, сравнивать производственные данные с нескольких заводов и удаленно обновлять макеты экранов. Линейка продуктов Raynen «Интернет вещей» удовлетворяет эту потребность и интегрируется с существующим семейством HMI.

Линия продуктов Raynen IoT для удаленного мониторинга и управления автопарком Шлюзы Интернета вещей и интерфейсы HMI, которые обеспечивают удаленный обзор, сигналы тревоги, сравнение данных и обновление экрана через широкополосную связь, Wi-Fi или 4G, легко интегрируясь с существующим семейством HMI. Посмотреть продукт →

При сравнении характеристик обратите внимание на общую стоимость владения, включая лицензирование программного обеспечения, аксессуары для монтажа на панели и время, необходимое для проектирования. Немного более высокая стоимость оборудования может быть быстро оправдана меньшими затратами на ввод в эксплуатацию.

HMI в полной экосистеме автоматизации

Ценность HMI резко возрастает, когда он подключен к другим компонентам автоматизации. В типичной системе ПЛК управляет логикой, частотно-регулируемые приводы контролируют скорость двигателя, сервоприводы обеспечивают точное позиционирование, а ЧМИ дает оператору единую точку управления и обзора.

Такая тесная интеграция сокращает время ввода в эксплуатацию, поскольку HMI может обмениваться данными напрямую с ПЛК и приводами без дополнительного оборудования. Это также упрощает поиск и устранение неисправностей, поскольку оператор видит как состояние машины, так и параметры привода в одной среде.

В портфель продукции Raynen входят ПЛК, преобразователи частоты, устройства плавного пуска, сервоприводы и серводвигатели. Это означает, что пользователь может приобрести уровень управления, уровень привода и уровень исполнения у одного поставщика, а затем использовать HMI для единообразного управления ими всеми.

Практическое применение в различных отраслях

Системы HMI встречаются почти во всех отраслях промышленности, но способы их использования различаются. В приложениях с вентиляторами и насосами ЧМИ часто отображает заданные значения расхода, давления и частоты, что позволяет операторам переключаться между режимами постоянного давления и постоянного расхода. В муниципальном водоснабжении и очистке сточных вод HMI контролируют несколько насосов и управляют всей станцией из одного места.

В станках HMI отображают траектории движения инструмента, скорость шпинделя и положения осей, а также позволяют операторам загружать и выбирать программы. В подъемной отрасли HMI управляют движением крана, ограничениями нагрузки и диагностикой неисправностей. В системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха они суммируют температуру, влажность и состояние оборудования.

Многие из этих приложений требуют различных настроек связи и стратегий сигнализации. Вот почему Рейнен предлагает отраслевые решения которые сочетают в себе подходящее оборудование, логику управления и конфигурацию HMI для каждого сектора. Практическое преимущество заключается в сокращении времени настройки и более интуитивно понятном опыте оператора.

Будущее человеко-машинных интерфейсов

Технология HMI движется к более взаимосвязанным и интеллектуальным системам. Подключение к Интернету вещей становится стандартом, обеспечивая удаленный мониторинг и мобильный доступ. Периферийные вычисления позволяют выполнять базовый анализ данных рядом с машиной, снижая зависимость от удаленных серверов и повышая оперативность системы.

Еще одно направление — адаптивные интерфейсы. Вместо фиксированного макета экрана HMI может менять свой вид в зависимости от роли оператора, текущего состояния процесса или состояния машины. Прогнозное обслуживание также будет в значительной степени опираться на данные HMI, используя исторические тенденции и шаблоны сигналов тревоги, чтобы предлагать обслуживание до того, как сбой остановит производство.

Эти тенденции не заменяют фундаментальную работу HMI. Они повышают эффективность информирования операторов, надежность машин и простоту управления производственными линиями.