Sviluppo di interfacce di automazione, HMI e OIT

Gli HMI e altri dispositivi di interfaccia operatore sono progettati per funzionare in ambienti difficili e combinano i migliori elementi delle interfacce tradizionali con le moderne tecnologie disponibili in commercio.

I sistemi di automazione delle macchine e dei processi industriali devono monitorare le condizioni, impartire comandi alle apparecchiature e coordinare il controllo. Gli sviluppatori implementano queste funzioni combinando un'ampia gamma di tecnologie di automazione industriale, come sensori e strumenti, moduli di input/output (I/O) e controlli digitali. Tuttavia, anche le macchine più avanzate non funzionano da sole, il che significa che una qualche forma di interfaccia operatore deve essere fornita con il sistema di automazione.

Vengono richiamati insieme i dispositivi elettronici che consentono agli operatori di comunicare con i sistemi automatizzati interfaccia uomo-macchina (HMI)… A volte è possibile richiamare dispositivi più specializzati integrati in una piattaforma informatica diversa da un PC terminale di interfaccia operatore (OIT).

L'integrazione di terminali HMI e OIT nei sistemi di automazione è fondamentale per molte ragioni. Offrono molte più opzioni di interfaccia rispetto alle semplici unità del pannello e, se è necessario apportare modifiche, l'HMI o l'OIT possono generalmente essere riconfigurati o riprogrammati a un costo inferiore.

Tuttavia, questa funzionalità estesa dell'interfaccia operatore presenta ancora alcuni inconvenienti e aumenta il costo dell'HMI e ne complica la manutenzione. Per ovviare a queste carenze, gli ultimi HMI sono progettati con soluzioni tradizionali collaudate utilizzando le più recenti tecnologie disponibili in commercio.

Punti deboli dei tradizionali terminali HMI e OIT

La prima generazione di HMI e OIT è stata progettata per consentire agli utenti di avviare e arrestare i dispositivi, comprendere il funzionamento del sistema e apportare modifiche.

Nel corso degli anni sono state aggiunte funzionalità come la registrazione di allarmi ed eventi, l'archiviazione di dati storici e l'andamento. Le configurazioni dei terminali HMI e OIT possono essere copiate e salvate e i nuovi dispositivi possono essere implementati in tempi relativamente brevi se il dispositivo originale è danneggiato o fuori uso.

Con funzionalità di rete migliorate, in particolare Ethernet e Wi-Fi, gli HMI non devono più essere installati in prossimità delle risorse. È possibile installare più HMI in un luogo adatto come sala di controllo, auto e uffici.

Questi HMI, insieme ai terminali OIT, presentavano molti vantaggi rispetto ai pannelli cablati, ma presentavano anche diversi svantaggi.

Gli esempi includono quanto segue:

• limitazioni imposte da hardware e software speciali,
• alti costi iniziali,
• manutenzione continua e costi di mantenimento,
• complessità e costo della gestione delle licenze,
• formazione costosa di tecnici e operatori,
• la complessità dell'integrazione di più piattaforme,
• tecnologie arretrate.

I terminali di interfaccia operatore, tipicamente ad hoc e sistemi chiusi, vengono rapidamente sostituiti da alternative più aperte. Tutte le immagini per gentile concessione di Opto 22

I terminali OIT specializzati utilizzeranno probabilmente hardware e software speciali.I produttori offrono questi dispositivi per fornire un controllo adeguato dell'interfaccia del sistema di gestione in un design relativamente autonomo.

Poiché i dispositivi sono progettati specificamente per il mercato industriale, non possono trarre vantaggi commerciali nella misura in cui sono tipicamente utilizzati per l'elettronica di consumo, e sono quindi più costosi in termini di rapporto qualità/prezzo. Tuttavia, sono tradizionalmente progettati per ambienti industriali e forniscono una soluzione pratica e affidabile.

Grazie alla disponibilità di HMI più avanzate basate su PC, questa apparecchiatura è percepita come un buon rapporto qualità-prezzo rispetto alle soluzioni precedenti e fornisce all'utente flessibilità e connettività. Tuttavia, uno degli svantaggi era la maggiore necessità di assistenza e manutenzione continue.

Gli utenti ora si aspettano una grafica perfetta, frequenti aggiornamenti gratuiti e miglioramenti al sistema operativo e alle applicazioni del dispositivo.

L'elettronica di consumo avanzata ha spinto gli utenti finali a fare affidamento su HMI multimediali e intuitivi su tutti i tipi di dispositivi con un comodo accesso mobile. Progettato per la connettività Ethernet e USB, il plug-in Groov Edge consente agli sviluppatori di creare connettività e applicazioni basate sui dati per dispositivi automatizzati e Internet of Things (IoT).

Tuttavia, l'innovazione nel mercato industriale è stata in qualche modo più lenta poiché è relativamente piccola rispetto al mercato dei consumatori molto più ampio, per non parlare di molto più conservatore del mercato dell'elettronica personale di fascia alta.

Nuove tecnologie HMI

L'ultima generazione di HMI affronta ciascuna di queste carenze adattando le tecnologie commerciali, incorporando e basandosi sulle migliori caratteristiche delle precedenti generazioni di terminali HMI e OIT.

Possibili vantaggi:

Tecnologia Open Source: idealmente, un HMI moderno combina l'affidabilità e la facilità d'uso di un terminale OIT tradizionale con le prestazioni e il costo di un HMI basato su PC.

Questa combinazione è possibile se la piattaforma hardware è basata su un sistema operativo real-time open source come Linux che non richiede alcun costo di acquisizione o canone di licenza.

L'ingombro ridotto e i componenti sostituibili a caldo possono rendere questa piattaforma facile da usare. L'hardware ben progettato ne consente l'utilizzo anche in ambienti industriali difficili, fornendo prestazioni di classe PC.

Configurazione disponibile: la personalizzazione è possibile, ma non necessaria, poiché le moderne apparecchiature HMI includono funzionalità standard integrate per soddisfare la maggior parte delle esigenze.

Il software per PC per la configurazione HMI è conveniente e non richiede alcuna restrizione sui canoni di licenza. L'utente finale può concentrarsi sull'utilizzo dell'HMI dove è più appropriato senza preoccuparsi del markup o della limitazione del tempo di esecuzione.

Facilità d'uso: una serie di opzioni di sviluppo rende l'interfaccia HMI avanzata facilmente accessibile ai nuovi sviluppatori per creare applicazioni di base, ma può essere completamente estesa per consentire ai programmatori esperti di sviluppare le proprie applicazioni con un ulteriore accesso sicuro alla shell.

Gli OEM hanno spesso bisogno di questa flessibilità per programmare algoritmi orientati alla macchina e persino algoritmi personalizzati in C/C++, Python e altri linguaggi.

Display integrato e porte flessibili: il display integrato disponibile su alcuni dispositivi può essere HMI più che sufficiente per molte applicazioni, sebbene la connessione HDMI consenta di utilizzare uno schermo locale più grande, se necessario. Inoltre, più porte Ethernet e USB e moduli I/O facilitano il collegamento a qualsiasi dispositivo o sistema operativo.

Connettività di rete e cloud: i moderni HMI possono fornire ancora più potenza quando gli utenti utilizzano la connettività di rete e cloud.I dati possono essere condivisi in modo sicuro tra database e sistemi e la visualizzazione HMI può essere estesa a qualsiasi computer o dispositivo mobile autorizzato che può ospitare un browser web. .

Dispositivi mobili: la mobilità è un altro elemento chiave delle moderne HMI. Una volta installata e configurata l'unità di base, qualsiasi dispositivo mobile può connettersi in sicurezza e diventare un'altra interfaccia uomo-macchina, offrendo a tecnici e operatori una maggiore flessibilità. Gli sviluppatori possono concentrarsi maggiormente sulla manutenzione e la gestione dell'HMI eliminando il costo e la complessità delle piattaforme sottostanti.

L'ultima generazione di HMI combina le migliori caratteristiche dei prodotti tradizionali con le moderne tecnologie hardware, software e di rete open source per affrontare queste sfide.

Poiché questi nuovi HMI possono essere facilmente e senza soluzione di continuità collegati in rete e implementati su qualsiasi dispositivo mobile tipico, gli utenti finali stanno scoprendo che la tecnologia avanzata soddisfa le loro esigenze a un prezzo accessibile.

Benson Hoagland, Vice President of Marketing, Opto 22 (un'azienda manifatturiera specializzata in prodotti hardware e software per l'automazione industriale, il monitoraggio remoto e l'acquisizione dati).