Desenvolupament d'interfícies d'automatització, HMI i OIT

Les HMI i altres dispositius d'interfície d'operador estan dissenyats per treballar en entorns durs i combinar els millors elements de les interfícies tradicionals amb les tecnologies modernes disponibles comercialment.

Els sistemes d'automatització de processos i màquines industrials han de supervisar les condicions, emetre ordres als equips i coordinar el control. Els desenvolupadors implementen aquestes funcions combinant una àmplia gamma de tecnologies d'automatització industrial, com ara sensors i instruments, mòduls d'entrada/sortida (I/O) i controls digitals. Tanmateix, fins i tot les màquines més avançades no funcionen per si soles, la qual cosa significa que s'ha de subministrar algun tipus d'interfície d'operador amb el sistema d'automatització.

S'ajunten els dispositius electrònics que permeten als operadors comunicar-se amb sistemes automatitzats interfície home màquina (HMI)… De vegades es poden invocar dispositius més especialitzats integrats en una plataforma informàtica que no sigui un ordinador terminal d'interfície d'operador (OIT).

La integració d'HMI i terminals OIT als sistemes d'automatització és fonamental per moltes raons. Ofereixen moltes més opcions d'interfície que les unitats de panell simples i, si cal fer canvis, l'HMI o l'OIT normalment es poden reconfigurar o reprogramar a un cost més baix.

Tanmateix, aquesta funcionalitat ampliada de la interfície de l'operador encara té alguns inconvenients i augmenta el cost de l'HMI i en complica el manteniment. Per superar aquestes mancances, les últimes HMI estan dissenyades amb solucions tradicionals provades utilitzant les últimes tecnologies disponibles comercialment.

Debilitats dels terminals HMI i OIT tradicionals

La primera generació d'HMI i OIT es va dissenyar per permetre als usuaris iniciar i aturar dispositius, comprendre el funcionament del sistema i fer canvis.

Al llarg dels anys s'han afegit funcions com ara el registre d'alarmes i esdeveniments, l'emmagatzematge de dades històriques i les tendències. Les configuracions del terminal HMI i OIT es poden copiar i desar, i els nous dispositius es poden desplegar amb relativa rapidesa si el dispositiu original està danyat o està fora de servei.

Amb les capacitats de xarxa millorades, especialment Ethernet i Wi-Fi, les HMI ja no cal instal·lar-se a prop dels recursos. Es poden instal·lar múltiples HMI en un lloc adequat, com ara sala de control, cotxe i oficines.

Aquestes HMI, juntament amb els terminals OIT, tenien molts avantatges respecte als panells cablejats, però també tenien diversos desavantatges.

Els exemples inclouen els següents:

• limitacions imposades per maquinari i programari especials,
• costos inicials elevats,
• costos de manteniment i manteniment continus,
• complexitat i cost de la gestió de llicències,
• formació cara de tècnics i operaris,
• la complexitat d'integrar múltiples plataformes,
• tecnologies endarrerides.

Els terminals d'interfície d'operador, normalment sistemes ad hoc i tancats, s'estan substituint ràpidament per alternatives més obertes. Totes les imatges són cortesia d'Opto 22

Els terminals OIT especialitzats probablement utilitzaran maquinari i programari especials. Els fabricants ofereixen aquests dispositius per proporcionar un control adequat de la interfície del sistema de gestió en un disseny relativament autònom.

Com que els dispositius estan dissenyats específicament per al mercat industrial, no poden obtenir els beneficis comercials en la mesura que s'utilitzen habitualment per a l'electrònica de consum i, per tant, són més cars en termes de relació qualitat/preu. Tanmateix, tradicionalment estan dissenyats per a entorns industrials i proporcionen una solució pràctica i fiable.

A causa de la disponibilitat d'HMI basades en PC més avançades, aquest equip es percep com una bona relació qualitat-preu en comparació amb solucions anteriors i ofereix a l'usuari flexibilitat i connectivitat. No obstant això, un dels desavantatges va ser l'augment de la necessitat de servei i manteniment continu.

Els usuaris ara esperen gràfics perfectes, actualitzacions gratuïtes freqüents i millores al sistema operatiu i a les aplicacions del dispositiu.

L'electrònica de consum avançada ha fet que els usuaris finals confiïn en l'HMI multimèdia i intuïtiva en tot tipus de dispositius amb un accés mòbil còmode. Dissenyat per a la connectivitat Ethernet i USB, el connector Groov Edge permet als desenvolupadors crear connectivitat i aplicacions basades en dades per a dispositius automatitzats i Internet de les coses (IoT).

Tanmateix, la innovació al mercat industrial ha estat una mica més lenta, ja que és relativament petit en comparació amb el mercat de consum molt més gran, per no dir molt més conservador que el mercat d'electrònica personal de gamma alta.

Noves tecnologies HMI

L'última generació d'HMI aborda cadascuna d'aquestes mancances adaptant tecnologies comercials, incorporant i aprofitant les millors característiques de les generacions anteriors de terminals HMI i OIT.

Possibles beneficis:

Tecnologia de codi obert: idealment, una HMI moderna combina la fiabilitat i la facilitat d'ús d'un terminal OIT tradicional amb el rendiment i el cost d'una HMI basada en PC.

Aquesta combinació és possible si la plataforma de maquinari es basa en un sistema operatiu de codi obert en temps real com Linux que no requereix cap cost d'adquisició ni tarifa de llicència.

Els components intercanviables en calent d'empremta petita poden fer que aquesta plataforma sigui fàcil d'utilitzar. El maquinari ben dissenyat permet utilitzar-lo fins i tot en entorns industrials durs alhora que ofereix un rendiment de classe PC.

Configuració disponible: la personalització és possible, però no és necessària, ja que l'equip HMI modern inclou funcions estàndard integrades per satisfer la majoria de necessitats.

El programari d'ordinador per a la configuració d'HMI és assequible i no requereix cap restricció a les tarifes de llicència. L'usuari final pot centrar-se a utilitzar l'HMI on sigui més adequat sense preocupar-se pel marcatge o la limitació del temps d'execució.

Facilitat d'ús: un conjunt d'opcions de desenvolupament fa que l'HMI avançada sigui fàcilment accessible per als nous desenvolupadors per crear aplicacions bàsiques, però es pot ampliar completament perquè els programadors experimentats desenvolupin les seves pròpies aplicacions amb un accés segur addicional al shell.

Els OEM sovint necessiten aquesta flexibilitat per programar algorismes orientats a màquines i fins i tot algorismes personalitzats en C/C++, Python i altres llenguatges.

Pantalla integrada i ports flexibles: la pantalla integrada disponible en alguns dispositius pot ser més que suficient HMI per a moltes aplicacions, tot i que la connexió HDMI permet utilitzar una pantalla local més gran si cal. A més, els múltiples ports Ethernet i USB i els mòduls d'E/S faciliten la connexió a qualsevol dispositiu o sistema operatiu.

Connectivitat a la xarxa i al núvol: les HMI modernes poden proporcionar encara més potència quan els usuaris utilitzen la connectivitat a la xarxa i al núvol. Les dades es poden compartir de manera segura entre bases de dades i sistemes, i la visualització HMI es pot estendre a qualsevol ordinador o dispositiu mòbil autoritzat que pugui allotjar un navegador web. .

Dispositius mòbils: la mobilitat és un altre element clau de les HMI modernes. Un cop instal·lada i configurada la unitat base, qualsevol dispositiu mòbil es pot connectar de manera segura i convertir-se en una altra interfície home-màquina, oferint als tècnics i operadors una major flexibilitat. Els desenvolupadors poden centrar-se més en mantenir i gestionar l'HMI alhora que eliminen el cost i la complexitat de les plataformes subjacents.

L'última generació d'HMI combina les millors característiques dels productes tradicionals amb les modernes tecnologies de maquinari, programari i xarxes de codi obert per afrontar aquests reptes.

Com que aquestes noves HMI es poden connectar en xarxa i desplegar-se de manera senzilla i perfecta en qualsevol dispositiu mòbil típic, els usuaris finals descobreixen que la tecnologia avançada satisfà les seves necessitats a un preu que poden permetre.

Benson Hoagland, vicepresident de màrqueting, Opto 22 (empresa de fabricació especialitzada en productes de maquinari i programari per a l'automatització industrial, la supervisió remota i l'adquisició de dades).