HMI тенденции

Все повече модерни концепции в областта на човеко-машинния интерфейс са базирани на възможностите за отдалечен контрол и мониторинг на индустриално оборудване. Големите производители на промишлена техника отдавна са разбрали ползите от отдалечения достъп до PC-базирани и вградени HMI сървъри.

В най-съвременните индустриални предприятия управлението дори на комплексни технологични линии, промишлени системи и роботи вече може да се осъществява посредством т. нар. “тънки клиенти” (thin clients), интегрирани в компактни мобилни устройства като таблети и смартфони.

С нарастващата глобализация и доминацията на големи мултинационални компании в почти всички отрасли на индустрията бъдещето на човеко-машинния интерфейс се оказва мобилността. Тя гарантира гъвкавост на промишлените операции и предоставя възможност за бърз и лесен достъп до необходимото оборудване от всяка точка на планетата.

HMI за всички операционни системи
Една от най-съществените ползи от отдалечения достъп за производителите на индустриално оборудване е възможността да осъществяват мониторинг на машините си дори и след инсталацията им в съоръжението на клиента. Така може да бъде извършвана дистанционна и прогнозна поддръжка, да се откриват отдалечено неизправности и да се предотвратяват аварии, както и да се оптимизира цялостно използването на актива.

Ако доскоро всяка компания производител разработваше собствен HMI софтуер, за да осъществява подобен мониторинг, то благодарение на стандарта HTML5 днес всяко персонално мобилно устройство или компютър може да се превърне в “тънък клиент” за достъп до желаната HMI архитектура. Този комуникационен протокол се поддържа от множество устройства на пазара, работещи под всички широко разпространени операционни системи.

Така HTML5 опростява и улеснява отдалечения достъп до индустриално оборудване, като “извежда” човеко-машинния интерфейс от затворения кръг на Windows-базираните платформи. Той позволява всяко компактно устройство с поддръжка на въпросния стандарт да се използва за достъп до PC-базирани и вградени HMI сървъри чрез браузър.

Мобилни операторски интерфейси
Мобилните операторски интерфейси са сред най-модерните тенденции в областта на човеко-машинния интерфейс за индустриални машини и роботи. Разработвани първоначално за работа на преносими компютри, днес тези комуникационни средства се “побират” в малки приложения за таблет или смартфон.

Независимо какво е мобилното устройство, мотивът за използването му е едни и същ - възможност за незабавен достъп до критична информация, контрол и мониторинг на оборудването откъдето и когато е необходимо.

Персоналните устройства и мобилните платформи предоставят нови възможности за мобилните операторски интерфейси. Камерата или акселерометърът на всеки средностатистически смартфон например могат да помогнат при диагностиката на управляваната машина. GPS-навигацията може да бъде използвана за локализиране на операторите в случай на непредвидено събитие, скенерът – за разчитане на баркодове и т. н.

Чрез мобилните HMI платформи се осъществява преход към интелигентно индустриално оборудване и се опосредства смарт функционалност у конвенционалните машини. Става възможна прогнозната поддръжка, намаляват се непланираните прекъсвания на промишлените процеси, ускорява се реакцията при аварии и други непредвидени събития.

Мобилните приложения позволяват бърз и лесен достъп до контролната HMI платформа, както и възможност за наблюдение на оборудването в реално време. Стандарти като HTML5 и езикът JavaScript правят възможно визуализиране на машинния интерфейс на всяко мобилно устройство с уеб браузър.

Мобилните HMI решения позволяват работа както посредством кабелна, така и чрез безжична връзка към интернет, включително в локални мрежи, при които предимство е по-високото ниво на сигурност в сравнение с комуникацията в глобалната мрежа.

HMI тенденции при измервателното оборудване
Цифровите панелни измервателни уреди постепенно изместват аналоговите в редица промишлени приложения, особено в процесните индустрии. Те гарантират по-висока точност и позволяват затворена управляваща верига дори при процеси, които до неотдавна са били управлявани само ръчно.

Модулните и plug-in концепции при панелните измервателни уреди са практично съвременно решение за динамично изменящи се по мащаб и характер производства и процесни операции. Недостатък на цифровите решения обаче е по-високата им цена и необходимостта от значителни капиталовложения при нужда от повече на брой измервателни уреди.

Разпространена тенденция в индустрията днес е използването на PID (proportional - integral - derivative, пропорционален - интегрален - диференциален) контролери. HMI архитектурите с PID контрол и I/O модули предлагат алтернатива на програмируемите логически контролери и спомагат за опростяване на системата.

Панелните измервателни уреди и интерфейсът човек-машина могат да използват един и същи софтуер за конфигуриране. Предварително съхранените програми улесняват програмирането на оборудването. Основно предимство на такава архитектура пред цифровите панелни устройства са по-малкото разходи за изграждане и експлоатация.

Ето защо тази конфигурация става все по-предпочитана в редица приложения, в които оптималното управление на разходите и гъвкавата функционалност са от първостепенно значение.

Съвременни концепции за отдалечен контрол и мониторинг на оборудване
В комплексни и многоетапни производства, например в автомобилната индустрия, контролът на автоматизирани технологични линии често изисква отдалечен достъп и програмиране на контролери, HMI решения и роботи, детайлен мониторинг на различни сложни процеси като асемблиране, както и възможност за промяна на работните параметри без прекъсване на производството.

Чрез PC-базиран софтуер за програмиране на практика всеки стационарен или преносим компютър може да бъде свързан към контролери и човеко-машинни интерфейси посредством кабелна или безжична връзка. Така софтуерът за програмиране може да бъде използван за осъществяване на достъп, управление или визуализация на статуса на съответното устройство.

Много съвременни контролери и интерфейси човек-машина разполагат с вградена уеб-сървърна функционалност. При тях чрез браузър-базиран достъп могат да бъдат създавани уебстраници посредством PC софтуер за програмиране и те да бъдат съхранявани в контролера или HMI интерфейса. Веднъж съхранени, до тези уебстраници може да бъде получен достъп от всеки браузър на всяка мобилна или PC-базирана платформа.

Единственото изискване е да е налице връзка между контролера или HMI решението и операционната система, под която върви браузърът. В много промишлени предприятия такава връзка на локално ниво се осъществява чрез индустриален Wi-Fi. Извън съоръжението връзката обикновено е чрез фирмена интранет мрежа или интернет.

Все по-популярна тенденция в индустрията е използването на мобилни приложения като алтернатива на браузър-базирания достъп до HMI архитектури, тъй като при тях свързването се осъществява много по-лесно и бързо, а интерфейсната връзка е с по-висока скорост и позволява в пъти по-кратки времена за реакция.

Еволюция на технологиите до облак-базирани VPN мрежи
Технологии за програмиране и мониторинг на индустриално оборудване с различна сложност, ефективност и ниво на сигурност се предлагат на пазара от десетилетия. Въпреки динамичното технологично развитие в областта, в някои предприятия все още се използват морално остарели способи като аналогови модеми.

Поради ниските скорости на трансфер на данни и все по-ограничения достъп до конвенционални телефонни линии, тази технология отдавна се счита за неефективна. Клетъчните модеми, които заместиха аналоговите, също са неизгодна алтернатива от гледна точка на съвременните решения, тъй като за използването им е необходимо да се заплащат месечни такси, а обхватът им в индустриална среда е доста ограничен.

Приложенията за отдалечен работен плот типично изискват скъп софтуер, а осъществяването на надеждна връзка чрез такава платформа към персонален компютър, който е в състояние да се свърже с останалата част от мрежата, често представлява предизвикателство по отношение на сигурността на данните.

Всички тези предизвикателства могат да бъдат преодолени чрез конфигурирането на виртуални частни мрежи (VPN, Virtual Private Networks), които са логически изградени чрез криптиране. В модерните индустриални предприятия все по-масово се налага използването на облак-базирани VPN решения, чрез които се осъществяват сигурни изходящи връзки към желаното оборудване лесно и бързо, също както когато връзката е физическа или локална.

Същевременно облачните VPN мрежи спомагат за подсигуряване безопасността на фирмените данни и са често срещано решение в много съвременни стратегии за корпоративна IT сигурност. Тези платформи типично използват двуфакторна автентификация, която гарантира високо ниво на сигурност на достъпа.

При виртуалните частни мрежи свързването с индустриалните HMI архитектури се извършва посредством криптирани тунели, а вградени цифрови входове и изходи в оборудването дават възможност и за локален контрол и мониторинг.

За осъществяване на връзки между устройства във фирмената мрежа и програмируеми логически контролери, човеко-машинни интерфейси или друго индустриално оборудване в мрежа за отдалечен достъп, локалният хардуер трябва да разполага с възможност да преобразува мрежови адреси 1:1 или с т. нар. NAT функционалност (Network Address Translation).

Фокус върху улеснения операторски контрол
В редица модерни HMI архитектури е заложена опцията за уеб-базирано търсене и публикуване, за да може потребителят да получава достъп до информация за системата отвсякъде.

Уеб-базираните HMI софтуерни решения позволяват всеки оператор да стартира отделно копие на човеко-машинния интерфейс, като така множество потребители могат да осъществяват мониторинг на системата или да инициират контролни команди по едно и също време. Допълнително предимство на такива платформи е възможността да бъдат използвани на мобилни устройства като смартфони или таблети.

Специалистите препоръчват при използването на интерфейс човек-машина с възможности за уеб-базирано публикуване, да се избират платформи с фабрично зададени административни настройки и настройки за сигурността, за да е възможно лимитиране и персонализиране на отделните потребителски акаунти за извършване на различни операции – контрол, мониторинг, редактиране и т. н., за да не се получават дублиране и грешки.

Все повече производители на HMI решения за индустриално оборудване разработват и свои мобилни приложения, които допълнително улесняват потребителите.

Виртуални интерфейси
Макар доскоро подобни технологии все още да бяха само в сферата на научната фантастика, днес вече има индустриални компании, които управляват оборудването си посредством виртуални HMI интерфейси или поне чрез решения, базирани на тази концепция.

Редица технологии, като жестов машинен контрол, софтуер за вземане на решения на базата на машинно зрение, облак-базиран SCADA контрол и др., изхождат от концепцията за контролни системи с виртуален интерфейс. Следващият голям скок в производствения капацитет вероятно ще стане възможен благодарение на виртуални софтуер-базирани системи и технологии за машинен контрол, убедени са специалистите в областта на човеко-машинния интерфейс.

Благодарение на тази концепция става възможно реализирането на промишлени системи за управление с централизиран команден център и виртуални работни станции, които да заменят конвенционалните, а софтуерно опосредстваната виртуална среда позволява непостигана досега гъвкавост в индустриалните HMI приложения.

Технологии от бъдещето в днешните HMI платформи
От сферата на потребителските и развлекателни електронни и компютърни системи, през жилищната автоматизация, жестовият контрол и 3D визуализацията постепенно навлизат и в индустриалните HMI платформи. Триизмерните дисплеи както в десктоп версии, така и на носими устройства, стават все по-достъпни в ценови аспект.

Технологии с виртуален интерфейс вече се използват все по-масово за хирургични и диагностични приложения в медицината, за отдалечен контрол на превозни средства, тежка механизация и друго полево оборудване в индустрията и т. н. В модерните производства вече не е рядкост и имплементирането на персонализирани спрямо приложението споделени работни станции за оператори и колаборативни роботи, базирани на усъвършенстван човеко-машинен интерфейс.

Сред най-впечатляващите примери за иновативни решения в областта на HMI платформите са системи с добавена реалност (augmented reality). При тях интерфейси, видими посредством чифт смарт очила, могат да бъдат проектирани дори върху дланта на оператора.

Интегрирането на интелигентни устройства и носима електроника с възможности за мултисензорно управление в машинния контрол създава нови възможности за взаимодействие между човека и машината и позволява все по-интуитивно управление на производствените приложения. Това опосредства по-широкото разпространение на виртуалния машинен контрол в реални производствени операции.

Поради все още твърде високата цена на подобни технологии, за масовото им навлизане в индустрията е прекалено рано да се говори, но огромният им потенциал за развитие и богатата им функционалност ги превръщат във все по-желани области на разработки.

И макар виртуалните интерфейси все още да не са в състояние напълно да заместят конвенционалните работни станции, в модерните производства са налице нарастващ брой приложения на технологии с жестов контрол, триизмерна среда и 3D графичен интерфейс.