Þróun manna-vélaviðmóta (HMIs): Industrial Timeline & Key Changes

Vél stöðvast og stjórnandi sér rautt bilunarljós. Á grunnstjórnborði gæti næsta skref verið að skoða búnaðinn og rekja vandamálið með teikningum eða viðbótarvísum. Á viðeigandi stilltu iðnaðar-HMI gæti stjórnandinn í staðinn séð nafngreinda viðvörun, viðkomandi vélarhluta og skrá yfir tengda atburði.

Sá munur sýnir þróun mann-véla viðmóta. Þróun iðnaðar HMI er ekki bara sagan um að skipta um hnappa fyrir snertiskjái. Það varðar einnig skýrari vélaupplýsingar, skipulag verkefna og tengingar við stjórnkerfi.

Þessi handbók útskýrir fimm stig þróunar iðnaðar HMI, áhrif þeirra á rekstraraðila og hvað munurinn þýðir fyrir verksmiðjur sem viðhalda eldri búnaði.

Hvað er iðnaðar HMI og hvers vegna þurfti það að þróast?

Hlutverk HMI í iðnaðar sjálfvirkni

Mann-vél tengi, eða HMI, er hluti iðnaðarstýringarkerfis þar sem einstaklingur skoðar vélarupplýsingar og setur inn leyfilegar skipanir. HMI getur sýnt mótorstöðu, hitastig, framleiðslutölur, viðvaranir, þróun eða notkunarham. Forritanleg rökstýring (PLC) framkvæmir venjulega stjórnkerfi vélarinnar og skiptir á viðeigandi gögnum við viðmótið.

Til dæmis gæti rekstraraðili notað HMI til að biðja um ræsingu færibands á meðan PLC athugar nauðsynlegar samlæsingar áður en búnaðurinn er virkjaður. Stærri aðstaða gæti einnig notað eftirlitsstjórnun og gagnaöflun (SCADA) hugbúnað til að hafa umsjón með mörgum ferlum. Fyrir nánari útskýringu á þessum hlutverkum, sjá okkarPLC vs HMI vs SCADA leiðbeiningar.

Það sem rekstraraðilar þurftu fyrir utan grunnstýringar

Líkamlegir þrýstihnappar, valrofar, lampar og mælar eru áfram gagnlegir í iðnaðarskápum. Þeir veita bein eftirlit og skýrar vísbendingar um skilgreind verkefni. Takmarkanir þeirra verða meira áberandi þegar vél hefur fjölmörg rekstrarástand, stillanlegar breytur og hugsanlegar bilanir.

Lampi getur gefið til kynna hreyfiorku án þess að útskýra orsökina eða röðina. Eftir því sem iðnaðarvélar urðu flóknari þurftu rekstraraðilar læsileg skilaboð, stillanlegar stillingar og upplýsingar skipulagðar í kringum búnaðinn sem þeir keyrðu. Þessar þarfir hjálpuðu til við að keyra umskiptin í átt að rafrænum rekstrarstöðvum.

Hagnýt tímalína iðnaðar HMI þróunar

Stigin hér að neðan lýsa víðtækri tækniframvindu frekar en alhliða dagatali. Tæknin skarast og margar verksmiðjur nota enn eldri og nýrri samspilsform á sömu framleiðslulínunni.

Stig 1: Vélræn og harðsnúin stjórnborð

Snemma iðnaðarrekstrarstöðvar treystu á líkamleg tæki. Þrýstihnappar ræstu og stöðvuðu búnað, snúningsrofar valdar stillingar og hliðrænir mælar sýndu gildi eins og þrýsting eða straum. Gaumljósar sendu grunnskilyrði í gegnum upplýst ástand þeirra.

Þessi nálgun var einföld fyrir takmarkaðan fjölda aðgerða, en hver viðbótar vísbending eða stjórn gæti krafist meira líkamlegt rýmis, raflagna, merkinga og viðhalds. Rekstraraðili gæti þurft að túlka nokkra lampa og mæla til að skilja eitt ferli ástand.

Ekki ætti að rugla þessum tækjum saman við forritanleg rafræn HMI spjöld í dag. Þeir voru fyrri gerðir mannlegra samskipta við vélar og þjóna enn mikilvægum tilgangi, sérstaklega þar sem þörf er á áþreifanlegum stjórntækjum eða sérstökum öryggisbúnaði.

Stig 2: Rafrænir skjáir og snemma rekstrarstöðvar

Viðmót rafrænna rekstraraðila kynntu sveigjanlegri leið til að koma upplýsingum á framfæri. Textaskjáir, einlita skjáir og aðgerðarlyklar gætu sýnt skilaboð, valmyndir, tölugildi og einfaldar viðvaranir án þess að þurfa sérstaka lampa fyrir hvert skilaboð.

Textaskilaboð sem bera kennsl á ofhleðslu mótor gefur stjórnanda meiri upplýsingar en almennt bilunarljós.

Snemma skautanna höfðu takmarkanir á skjásvæði, grafík, minni og studdum samskiptamöguleikum. Margir gátu nú þegar skipt gögnum við stýringar, svo PLC tenging var ekki eiginleiki fundinn upp af nútíma snertiskjáum. Næsta stóra breytingin var hæfileikinn til að skipuleggja upplýsingar sjónrænt frekar en fyrst og fremst sem texta.

Stig 3: Grafísk tengi og iðnaðar snertiskjár

Grafísk notendaviðmót gerðu rekstraraðilum kleift að sjá vinnsluuppsetningar, búnaðartákn, gildi og viðvörunarupplýsingar á tengdum skjám. Pökkunaraðili gæti skoðað einfaldaða línurit í stað þess að fletta aðeins í gegnum síður af stöfum.

Snertiskjár breytti líka hvernig verkefni voru sett fram. Skjáhnappar gætu opnað mismunandi notkunarsíður, birt stillingar fyrir valda vél eða veitt heimild til að breyta uppskriftum. Í stað þess að byggja upp líkamlega stjórn fyrir hverja venjubundna aðgerð gætu hönnuðir skipulagt mörg samskipti innan hugbúnaðarskjáa.

Hins vegar gerir snertiskjár viðmót ekki sjálfkrafa auðveldara í notkun. Fjölmenn grafík, óljós viðvörun eða illa settar stýringar geta skapað rugling. Venjulegur HMI snertihnappur má heldur ekki meðhöndla sem staðgengil fyrir öryggiseinkunn neyðarstöðvun eða aðra nauðsynlega verndarstýringu.

Stig 4: Nettengd netkerfi og háþróuð vöktun

Þegar iðnaðarnet og HMI hugbúnaður þróaðist gætu stjórnendaborð tekið þátt í samþættari sjálfvirknikerfum. Industrial Ethernet stækkaði samskiptamöguleika, en endurbætur á örgjörvum og hugbúnaði studdu ríkari skjái, atburðaskrár, þróun og gagnameðferð.

Tæknimaður gæti skoðað viðvörunarferil samhliða viðeigandi ferli þróun. Sum viðmót studdu einnig uppskriftir, marga stýringar eða viðbótargreiningarskoðanir.

Ekki eru allir þessir eiginleikar háðir Ethernet og framboð þeirra er mismunandi eftir vettvangi. Meiri samþætting hefur einnig hagnýta skyldur í för með sér: að stilla rétta rekla, stjórna útgáfum, skrá tengingar og tryggja að skjáirnir endurspegli gild stjórnandagögn.

Stig 5: Tengd, vefhæf og Edge-virkjað HMIs

Sumir núverandi HMI pallar fara út fyrir sérstakan staðbundinn skjá. Það fer eftir vélbúnaði og hugbúnaði, þeir kunna að bjóða upp á vafrabyggða sjónmynd, leyfilega fjarskoðun eða gagnaskipti við eftirlits- og brúnkerfi. Þessir valkostir geta hjálpað teymum að fá aðgang að rekstrarupplýsingum á mismunandi stöðum og mismunandi forritum.

Tenging breytir einnig áhættusniðinu. Fjaraðgangur verður að vera hannaður í kringum auðkenningu, notendaheimildir, netaðskilnað og rekstrartækniöryggisstefnu verksmiðjunnar. Spjaldið með Ethernet tengi er ekki sjálfkrafa öruggt fjarstýrt HMI, né styður það endilega allar iðnaðarsamskiptareglur.

Fimm verkfræðibreytingar sem gerðu HMI gagnlegri

Söguleg tímalína lýsir því sem birtist. Fyrir starfsmenn verksmiðjunnar er mikilvægari spurningin hvað varð mögulegt á vakt, bilun eða viðhaldsverkefni.

Frá grunnstöðuljósum til aðgerðalegrar greiningar

Bilunarlampi segir einhverjum að rannsaka. Viðvörunarskjár getur auðkennt tækið, tíma viðburðar og viðeigandi gildi. Ef kerfið skráir atburðaraðir og þróun geta tæknimenn haft betri grunn til að ákveða hvert þeir eigi að leita fyrst.

Aðgreiningin skiptir máli: HMI sýnir tiltækar upplýsingar, en greiningargæði ráðast enn af skynjurum, PLC forritun, viðvörunarrökfræði og skráningu. Ítarleg skjámynd getur ekki bætt upp fyrir vantar eða röng upprunagögn.

Frá föstum stjórntækjum til samhengisvitaðra rekstrarskjáa

Líkamlegt spjald sýnir tiltækar stýringar í föstum stöðum. Myndrænt HMI getur skipulagt upplýsingar eftir verkefnum. Framleiðslustarfsmenn gætu opnað hlaupastöðuskjá, á meðan viðurkennt viðhaldsstarfsfólk opnar greiningarsíður eða færibreytustillingar.

Ávinningurinn felst í því að draga úr óþarfa siglingum og setja fram réttar upplýsingar fyrir tiltekna aðgerð. Það krefst ekki gervigreindar. Stöðug merki, skynsamlegar heimildir og skýrt skilgreindar rekstrarhamir eru venjulega mikilvægari en hreyfimyndir.

Frá grunntenglum stjórnanda til víðtækari kerfissamþættingar

Iðnaðarviðmót hafa átt samskipti við PLCs í áratugi. Það sem hefur breyst er úrval gagna, netvalkosta, hugbúnaðarverkfæra og samþættingararkitektúra sem til eru. Nútíma HMI forrit getur lesið mörg merki, birt skyld gildi saman og skipt á leyfilegum skipunum við stjórnanda.

Árangursrík samskipti eru enn háð nákvæmri PLC fjölskyldu, HMI reklum, samskiptareglum og uppsetningu. PROFINET, EtherNet/IP og Modbus TCP eru dæmi um samskiptatækni í iðnaði, ekki skiptanlegar tryggingar fyrir samhæfni.

Frá staðbundnu eftirliti til stjórnaðs fjarsýnis

Tæknimaður sem stendur við skáp getur lesið staðbundna spjaldið. Í kerfum sem eru hönnuð til fjarskoðunar getur viðurkennt starfsfólk skoðað valda skjái eða viðvörun frá öðrum viðurkenndum stað.

Fjarskoðun, fjargreining og fjarstýring eru mismunandi aðgerðir og ættu að hafa mismunandi aðgangsreglur. NIST Guide to Operational Technology Security fjallar um öryggissjónarmið fyrir tengd iðnaðarkerfi. Ekki ætti að meðhöndla beina útsetningu á netinu sem sjálfgefna dreifingaraðferð.

Frá meiri grafík til betri meðvitundar rekstraraðila

Fleiri litir og hreyfimyndir gefa ekki endilega betri rekstrarviðmót. Skjár ætti að gera eðlilegar aðstæður, óeðlilegar aðstæður og nauðsynleg viðbrögð skiljanleg án þess að neyða rekstraraðila til að leita í ótengdum upplýsingum.

Forgangsviðvörun, læsileg gildi, stöðug leiðsögn og takmarkað litanotkun geta hjálpað til við að ná því markmiði. ISA-101 röðin veitir leiðbeiningar um HMI hönnun og lífsferil. Nothæfi fer eftir því hvernig viðmótið er hannað, ekki bara af skjáupplausninni.

Legacy vs Modern Industrial HMIs: Hagnýtur samanburður

Að bera saman HMI kynslóðir eftir raunverulegum rekstrarverkefnum

Munurinn á eldri HMI og nútíma iðnaðar HMI er best skoðaður í gegnum vinnuna sem hvert tæki þarf að styðja. Skjástærð ein og sér sýnir mjög lítið um nothæfar aðgerðir.

Þetta eru ekki algildar reglur. Sum eldri kerfi hafa háþróuð aðgerðir, á meðan ný grunnspjöld gætu skort þær. Berðu saman skjalfestar vörur og forrit.

Af hverju nýrri HMI er ekki sjálfkrafa í staðinn fyrir drop-in

Nýrri skjár gæti passað við opnun skápsins en tekst ekki að hafa samskipti við núverandi PLC. Það gæti þurft annan verkfræðihugbúnað, vantað nauðsynlegan stýribúnað eða verið ófær um að opna upprunalega verkefnið án þess að breyta. Aflþörf, uppsetningardýpt, úthreinsun tengis og fastbúnaður skipta líka máli.

Því ætti að meðhöndla HMI skipti sem samhæfisverkefni frekar en skjáskipti. Farið er nánar yfir skrefin til að velja, prófa og skipta um spjaldið í okkarHMI aðgerðir, val og skiptileiðbeiningar.

Hvernig HMI þróun lítur út í raunverulegum iðnaðarforritum

Eftirfarandi dæmi eru lýsandi sviðsmyndir, ekki fullyrðingar um lokið verk viðskiptavina eða mældar árangursbætur.

Dæmi 1: Pökkunarlínueftirlit og bilanagreining

Ímyndaðu þér pökkunarlínu þar sem færibandið stoppar meðan á framleiðslu stendur. Á grunnborði getur rekstraraðilinn séð almenna bilunarvísbendingu og þarf að skoða aðra vísbendingar eða rafmagnsteikningar til að ákvarða hvar á að byrja.

Kerfi sem er stillt með ítarlegri HMI greiningu gæti sýnt viðkomandi færibandshluta, ofhleðsluviðvörun, atburðartíma og tengda mótorstöðu. Viðhaldsstarfsmenn geta þá athugað viðkomandi drif, hlífðarbúnað og rekstrarskilyrði í stað þess að skoða alla hluta línunnar í röð.

Það þýðir ekki að HMI hafi greint undirrót. Það þýðir að rétt safnað og kynnt gögn geta gert rannsóknina markvissari. Gagnsemi þessarar aðferðar fer eftir stjórnunarforritinu og gæðum viðvörunarhönnunarinnar.

Dæmi 2: Vöktun dælustöðvar og fjarskyggni

Í dælustöð getur drifinn með breytilegri tíðni stjórnað hraða hreyfilsins, á meðan PLC stýrir ferli rökfræði og tekur á móti rekstrarupplýsingum. HMI getur sýnt viðurkenndum rekstraraðilum stöðu dælunnar, þrýsting, keyrsluskilyrði og viðeigandi viðvörun.

Þar sem það er stutt af arkitektúr pallsins og verksmiðjunnar getur fjarskoðun gert viðhaldsteymi kleift að skoða rekstrarupplýsingar án þess að fara fyrst á stöðina. Fjaraðgangur krefst enn viðeigandi leyfis og öryggisstýringa og eftirlit er ekki það sama og fjarstýring búnaðar.

Tengingin milli stýringa, viðmóta og drifa birtist einnig í okkarOrkuiðnaðarlausniryfirlit.

Hvaða HMI tækni er komið á fót og hver er enn að koma fram?

Stofnað iðnaðar HMI aðgerðir

Myndræn vélaskoðun, gagnaskipti stjórnanda, viðvörunarskjáir og inntak stjórnanda eru staðfestar iðnaðar HMI aðgerðir. Margir pallar bjóða einnig upp á atburðaskráningu, þróun, uppskriftir og aðgangsstjórnun. Nákvæm samsetning ræðst af vélbúnaði, keyrsluhugbúnaði, leyfum og uppsetningu forrita.

Þessar aðgerðir skipta máli vegna þess að þær taka á endurteknum rekstrarverkefnum. Fyrir flestar verksmiðjur eru skýrar viðvaranir og áreiðanleg samskipti stjórnanda gagnlegri strax en glæsileg sýning á tilraunaviðmóti.

Ítarleg tenging fer eftir HMI pallinum

Vefsýn, fjaraðgangur, OPC UA, MQTT og brúngagnaskipti geta stutt víðtækari upplýsingaarkitektúr. Þeir vinna ekki allir sama starfið. OPC UA er notað fyrir skipulögð iðnaðarupplýsingaskipti; MQTT er skilaboðasamskiptareglur sem eru oft notuð í gagnadreifingararkitektúrum. HMI getur stutt tækni beint, eða kerfið gæti þurft gátt eða annan hugbúnaðarhluta.

Áður en þú skipuleggur samþættingu skaltu staðfesta samskiptareglur og stuðning við ökumenn, nauðsynleg leyfi, hugbúnaðarútgáfur og netöryggisaðferðina. Að hafa Ethernet-innstungu er ekki sönnun þess að tæki geti framkvæmt allar tengdar aðgerðir.

AI, raddstýring og AR: Tækifæri og takmarkanir

AI aðstoðuð greining getur hjálpað til við að bera kennsl á mynstur í tiltækum rekstrargögnum. Raddskipanir gætu verið gagnlegar þar sem handfrjáls samskipti eru æskileg, á meðan aukinn veruleiki getur veitt samhengisupplýsingar um viðhald. Þessir möguleikar eru ekki skiptanlegir með venjulegum HMI viðvörunum eða skjáleiðsögn.

Iðnaðarhávaði, gagnagæði, staðfesting skipana, netöryggi og öryggiskröfur geta takmarkað uppsetningu. Slík verkfæri ættu að vera metin með raunverulegum notkunartilvikum og skjalfestum vörugetu frekar en að lýsa þeim sem stöðluðum eiginleikum stjórnendaborða í dag.

Hvað HMI þróun þýðir fyrir núverandi iðnaðarbúnað

Halda, skipta út eins fyrir like eða nútímavæða?

Eldra HMI er ekki sjálfkrafa óhentugt vegna þess að nýrri tækni er til. Verksmiðja ætti fyrst að spyrja hvort spjaldið styður enn rekstraraðila sína, hvort samhæfur varahlutur sé til staðar og hversu mikla verkfræðivinnu breyting myndi krefjast.

Fyrirhuguð uppfærsla kann að veita nýjar aðgerðir, en hún getur einnig falið í sér að breyta forritum, breyta raflögn, prófa viðvörun og skipuleggja niður í miðbæ. Rétt ákvörðun veltur á eftirstandandi endingartíma vélarinnar og áhættunni á að viðhalda núverandi palli.

Hvað á að staðfesta áður en þú skipuleggur HMI breytingu

Byrjaðu á HMI vörumerkinu og fullu hlutanúmeri, PLC gerð, samskiptaaðferð, upprunalegu öryggisafriti verks, verkfræðihugbúnaði og fastbúnaði. Uppsetningarmál, aflgjafi, magn og nauðsynlegur afhendingardagur eru einnig mikilvægar. Ef núverandi verkefni er ekki tiltækt, auðkenndu þá þvingun áður en gengið er út frá því að það sé einfalt í staðinn.

Til að fá ítarlegar athuganir á vali og flutningi, notaðu tengda skiptihandbókina hér að ofan. Á þessu stigi er tilgangurinn að koma á tæknilegum kröfum, ekki að gera ráð fyrir að nýrri snertiskjár sé jafngildur.

Algengar spurningar

 

 

Hvenær komu iðnaðar-HMI fyrst fram?

Það er engin ein dagsetning sem lýsir hvers kyns samskiptum iðnaðar manna og véla. Líkamleg stjórntæki voru á undan rafrænum rekstrarstöðvum, á meðan textaskjáir, grafískir netkerfi og snertiskjár þróuðust og dreifðu tímabilum sem skarast. Áreiðanleg tímalína ætti að greina þróun víxlverkunaraðferða frá innleiðingu á tilteknum viðskiptavörum.

Hvernig þróaðist HMI frá textaskjám yfir í snertiskjá?

Textastöðvar skipulögðu gögn sem skilaboð og valmyndir sem nálgast má með lyklum. Grafískir skjáir gerðu það mögulegt að raða vélarstöðu, vinnsluskýringum og rekstrarupplýsingum sjónrænt. Snertiinnsláttur bætti við annarri leið til að vafra um þessa skjái og slá inn leyfilegar skipanir. Aðalframfarið var betra skipulag upplýsinga og samskipta, ekki bara tilvist glers.

Hver er aðalmunurinn á arfleifð og nútíma HMI?

Nýrri HMI pallar geta boðið upp á ríkari sjón, víðtækari greiningu, viðbótarsamskiptamöguleika og stjórnað fjarsýni. Aðgreiningin fer þó eftir sérstökum gerðum. Sum eldri tæki hafa háþróaða möguleika og sum nýrri grunnspjöld gera það ekki. Berðu saman skjalfestar aðgerðir frekar en að gera ráð fyrir að aldur ráði árangri.

Krefjast nútíma iðnaðar HMI nettengingar?

Nei. Margir iðnaðarmiðstöðvar starfa alfarið innan staðbundins stjórnkerfis og skiptast á upplýsingum við PLC yfir studd iðnaðarnet. Ethernet tenging þýðir ekki endilega netaðgang. Valfrjáls fjarþjónusta krefst vísvitandi hannaðs netarkitektúrs og viðeigandi öryggisstýringa.

Getur nýrra HMI komið í stað eldra spjalds án þess að breyta PLC?

Stundum. Upprunalega PLC getur verið áfram ef fyrirhugað HMI styður nauðsynleg samskipti stjórnanda og hægt er að endurskapa eða flytja forritið á viðeigandi hátt. Verkefnaskrár, reklar, vélbúnaðar, festingar og aflkröfur þurfa allir að staðfesta. Samsvarandi skjástærð eða vörumerki eitt og sér er ófullnægjandi.

Hvað ætti að athuga áður en gamalt HMI er uppfært?

Staðfestu nákvæmlega HMI og PLC módel, samskiptakröfur, öryggisafrit verkefna, verkfræðihugbúnað, fastbúnað, uppsetningarstærðir og rekstrartakmarkanir. Ákveðið síðan hvort samsvarandi vara eða fyrirhugaður fólksflutningur henti betur aðstæðum. Svörin ættu að liggja fyrir áður en skiptiborð er pantað.

Niðurstaða: Næsti kafli iðnaðar-HMIs

Iðnaðar HMI þróun hefur breytt því hvernig rekstraraðilar taka við upplýsingum, sigla um búnað, rannsaka bilanir og hafa samskipti við sífellt tengdari stjórnkerfi. Gagnlegustu framfarirnar eru þær sem gera nauðsynleg verkefni skýrari án þess að auka óþarfa flókið.

Fyrir núverandi verksmiðju er að þekkja tæknisöguna aðeins upphafspunktur. Raunverulegar ákvarðanir um búnað eru enn háðar umsóknarþörfum, vöruforskriftum, eindrægni og kostnaði við breytingar.

SZCT Automation útvegar iðnaðar sjálfvirkniíhluti í gegnum HMI, PLC, drif og tengda flokka, þar á meðal vörur frá Siemens, ABB, Allen-Bradley, Mitsubishi, Omron og Schneider. Þú geturskoðaðu iðnaðar HMI úrvalið okkareðaóska eftir tilboðimeð því að nota fullt hlutanúmerið og áskilið magn. Staðfesta skal vöruframboð og hæfi fyrir nákvæma gerð.

Ókeypis ráðgjöf