Dysponują dużą mocą obliczeniową i często wyposażane są w dyski SSD o znacznych pojemnościach – panele operatorskie HMI (ang. Human Machine Interface) w coraz większym stopniu upodabniają się do przemysłowych komputerów panelowych. Dedykowane systemy operacyjne coraz częściej wypierane są w nich przez systemy Windows.

Od marginalnych urządzeń po centrum zarządzania

Nie tak dawno jeszcze rola paneli HMI była marginalna. Wykorzystywano je niemal wyłącznie do obsługi niewielkich lub co najwyżej średnich maszyn, rzadziej małych linii produkcyjnych. Posiadały niewiele funkcjonalności, najwyżej kilka opcji działania, a liczba gromadzonych i wyświetlanych danych nie była zbyt imponująca. Za zarządzanie większymi i bardziej skomplikowanymi procesami w zakładach produkcyjnych odpowiadały bardziej zaawansowane systemy SCADA, które od końca minionego stulecia skutecznie zaczęły wypierać z rynku duże gabarytowo szafy kontrolno-sterownicze.

– W przeszłości panele HMI były po prostu zwykłym interfejsem służącym do prezentowania zgromadzonych parametrów procesu produkcyjnego, którego sterowanie odbywało się z innego miejsca (najczęściej przy użyciu sterownika PLC). Nie posiadały one funkcji sterowania, stanowiły niejako koniec łańcucha produkcyjnego – wyjaśnia Marco Zampolli, Industrial IoT Senior Product Sales Manager Europe w Advantech.

Klasyczny podział na panele operatorskie, stacje komputerowe SCADA oraz – coraz rzadziej dziś spotykane – szafy sterownicze odchodzi jednak do lamusa. Rolę dwóch ostatnich coraz częściej przejmują panele HMI, które stają się zaawansowanymi komputerami panelowymi.

– Sytuacja w obszarze paneli HMI ulega ciągłym zmianom, lecz trudno mówić tutaj o rewolucji – zauważa Szymon Kryczka, asystent menedżera produktu w firmie ANIRO. – Widoczny jest trend do wykorzystywania w nich coraz szybszych procesorów, większych pamięci, a także wprowadzania dysków SSD. Coraz większą popularnością cieszą się panele zintegrowane z komputerem lub sterownikiem PLC. Rozwiązanie to pozwala na realizację sterowania oraz wizualizację poprzez jedno urządzenie. Producenci starają się także oferować obsługę szerokiej gamy protokołów komunikacyjnych.

Nowoczesne interfejsy HMI projektowane są pod kątem systemów operacyjnych czasu rzeczywistego, dzięki czemu z powodzeniem wykorzystuje się je do obsługi bardziej skomplikowanych procesów. Dziś niczym już właściwie nie ustępują pod względem funkcjonalności i możliwości technologicznych jednostanowiskowym stacjom SCADA. Mimo postępującej miniaturyzacji spotykane dziś ekrany paneli HMI mają najczęściej przekątną z przedziału 15–20 cali. Są więc zdecydowanie większe od tych stosowanych jeszcze kilka lat temu.

Od wizualizacji po sterowanie

Panele HMI stworzono przede wszystkim po to, by ułatwić człowiekowi komunikację z maszynami za pomocą graficznej wizualizacji procesów produkcyjnych. Funkcja wizualizacji sprowadza się do prezentowania najważniejszych z punktu widzenia działania danego urządzenia lub procesu parametrów. Rozwój paneli w tym obszarze sprowadza się do tego, że zgromadzone dane nie są prezentowane już tylko jako dane liczbowe, w postaci tekstu, ale również za pomocą wykresów bądź innych znaków graficznych, jednoznacznie charakteryzujących konkretną sytuację. Dzięki tym danym operator urządzenia bądź całego procesu technologicznego otrzymuje na bieżąco informacje o wszelkich nieprawidłowościach, ale też np. zmieniających się warunkach otoczenia (ciśnienie, temperatura, wilgotność). Dzięki temu może w odpowiednim momencie zareagować i zmienić parametry pracy.

Jednak współczesne panele HMI to nie tylko sam obraz i zgromadzone dane. Coraz częściej posiadają one również funkcje sterowania i zdalnego dostępu serwisowego. Przy użyciu HMI operator może nie tylko włączać i wyłączać maszyny czy linie produkcyjne, ale też np. zmieniać kierunki ruchu bądź modyfikować niektóre czynności. Z panelu na bieżąco odczytuje informacje o wszelkich niepożądanych sytuacjach, np. zmianie tempa przesuwu linii produkcyjnej, braku określonych elementów czy zmianie parametrów powyżej lub poniżej dopuszczalnych norm.

Coraz większego znaczenia nabiera również funkcja gromadzenia danych, w tym dużych ich zbiorów. Można je wykorzystać do tworzenia dokumentacji kontrolnej bądź też ustalania przyczyn stanów awaryjnych. Pozwoli to na łatwiejsze zdiagnozowanie usterki i jej ewentualną naprawę oraz wyeliminowanie ewentualnych błędów obsługowych w przyszłości.

Z całą pewnością to nie koniec ewolucji paneli HMI i zwiększania ich funkcjonalności. Już wkrótce koniecznością stanie się komunikacja z innymi urządzeniami w danym zakładzie produkcyjnym, zewnętrznymi aplikacjami, jak również integracja z sieciami komputerowymi i oprogramowaniem do zarządzania firmą i produkcją, w tym np. systemami zaopatrzenia czy księgowo-finansowymi.

Nie tylko nowe funkcje

Zmiany, jakim podlegają obecnie panele operatorskie, nie obejmują wyłącznie kwestii nowych funkcjonalności. Coraz rzadziej mamy do czynienia z panelami przyciskowymi (z klawiaturą membranową) i diodami sygnalizacyjnymi. Ich miejsce zajęły panele dotykowe, niczym we współczesnych smartfonach, choć o większej wytrzymałości ekranu i pozwalające na obsługę w rękawiczkach bądź z użyciem specjalnego rysika. Znaczącej poprawie uległa także grafika: coraz częściej jest kolorowa i pozwala na bardziej przejrzyste prezentowanie parametrów, obrazów, wykresów i innych danych.

– Poza innowacjami wynikającymi z trendów rynkowych (ekrany dotykowe multitouch, większy rozmiar ekranu, panoramiczny format ekranu) panele HMI wciąż ulegają ewolucji – mówi Marco Zampolli z Advantech. – Aby umożliwić łatwe logowanie do systemu, wymagane jest wyposażenie urządzenia w radiowy standard komunikacyjny NFC. Aby zaś umożliwić połączenie z innymi urządzeniami mobilnymi, konieczna jest zintegrowana z panelem antena bezprzewodowa. Użycie natomiast najnowszej generacji procesora zapewnia lepszą wydajność i pozwala korzystać z większej liczby funkcji.

Standardem wydają się już panele mobilne, dzięki czemu operator maszyny lub całej linii produkcyjnej może bez problemu podchodzić do sterowanego urządzenia z różnych stron, co w niektórych sytuacjach ma istotne znaczenie. Siłą rzeczy współczesne panele muszą mieć niedużą masę i poręczną budowę, a także być odporne na działanie wysokich i niskich temperatur, dużej wilgotności oraz wszelkich zanieczyszczeń w postaci kurzu, pyłu, olejów bądź innych smarów. Często bowiem pracują w bardzo niesprzyjających warunkach. Muszą też być odporne na wszelkiego rodzaju wstrząsy i przynajmniej lekkie uderzenia.

Szymon Kryczka dodaje, że nowoczesne panele HMI często wyposażone są w dodatkowe czujniki, pozwalające wykryć m.in. obecność użytkownika. Intuicyjność obsługi paneli zwiększa się wraz z wprowadzaniem nowych technologii, takich jak technika multitouch oraz możliwość użycia gestów do obsługi panelu.

Krok w kierunku Przemysłu 4.0

Koncepcja Przemysłu 4.0 będzie wymagać od najnowszych rozwiązań typu HMI dalszego postępu technologicznego. Producenci paneli operatorskich są na etapie wprowadzania opcji pozwalających na zdalny dostęp do większości urządzeń w zakładach produkcyjnych. Internet i dane gromadzone w chmurze umożliwiają sterowanie aplikacjami przemysłowymi nawet z przeciwległej półkuli.

- W związku z ideą Przemysłu 4.0 zauważalne jest dążenie do tzw. rozwiązań inteligentnych oraz koncepcji globalnej komunikacji pomiędzy systemami współczesnej automatyki – tłumaczy Szymon Kryczka z ANIRO.

– Nadążając za potrzebami użytkowników, producenci starają się tworzyć intuicyjne i przyjazne środowisko programistyczne. Na coraz większy wpływ idei czwartej rewolucji przemysłowej na rozwój w obszarze paneli operacyjnych HMI zwraca uwagę również przedstawiciel firmy Advantech. – Idea ta wymusza znacznie wyższy poziom integracji z innymi urządzeniami, wymagający lepszej komunikacji oraz obsługi i konwersji protokołów – mówi Marco Zampolli. I dodaje, że interfejsy HMI przeobrażają się z marginalnych urządzeń w rozwiązanie kluczowe dla całej produkcji w ramach Przemysłu 4.0. Służyć będą do gromadzenia wszystkich istotnych danych (przy użyciu np. takich protokołów przemysłowych jak Profinet i Ethercat), przetwarzania ich i przesyłania np. do serwera w chmurze. Takie rozwiązanie ma szereg zalet. Operator nie jest już tylko końcowym odbiorcą danych, może szybciej reagować na zaistniałą sytuację i wprowadzać poprawki do systemu, wymagana jest też mniejsza ilość sprzętu, co pociąga za sobą wymierne oszczędności.

Na naszych oczach rynek automatyki przemysłowej istotnie się zmienia. Wkrótce priorytetem będzie szeroko rozumiany zdalny dostęp do każdego niemal obiektu. W tę koncepcję idealnie wpisują się nowoczesne panele operatorskie HMI, które już niebawem będą zapewniać dostęp do sterowanego urządzenia z dowolnego miejsca na świecie i możliwość korzystania z wszelkich dostępnych w internecie danych.