Что такое hmi панель
Панель оператора как средство создания высокоэффективного HMI
Сегодня существует три основных способа создания HMI.
Первый и традиционный способ — это применение светосигнальной арматуры (рис. 1) в виде переключателей, кнопок, сигнальных ламп, маячков, колонн и т. д. Преимуществами такого метода являются относительно низкая стоимость реализации, высокая надежность и ремонтопригодность. Он подходит для отдельных технических агрегатов и установок (электродвигатели, насосные агрегаты, вентиляторы и т. д.), на которых реализованы несложные технологические процессы и где используются системы управления на базе релейно-контактных схем.
Рис. 1. Светосигнальная арматура
Второй способ является развитием первого. Дело в том, что для управления сложными технологическими объектами с большим количеством сигналов контроля и управления применение HMI, реализованных только на базе светосигнальной арматуры, будет неэффективным решением. Громоздкие пульты управления с множеством сигнальных ламп, переключателей, тумблеров не способствуют повышению качества взаимодействия с оперативным персоналом. Поэтому второй метод основан на применении таких технический решений, как панельные компьютеры и панели оператора (НMI-панели, рис. 2).
Рис. 2. АРМ на базе HMI-панели
Третий способ — это реализация НMI на базе автоматизированных рабочих мест (АРМ), представляющих собой персональный компьютер (ПК) с развернутой SCADA-системой (рис. 3).
Выбор того или иного способа организации HMI зависит от ряда факторов: сложности и архитектуры автоматизированной системы, целесообразности применения тех или иных технических решений и др.
Рис. 3. АРМ на базе SCADA-системы
HMI-панели
Панели оператора используются в разных сферах человеческой деятельности. Их активно применяют для автоматизации отдельных агрегатов, установок или целого технологического процесса в структуре АСУ ТП.
Трехуровневая архитектура современных АСУ ТП (рис. 4) определила комбинированный подход к реализации HMI: на верхнем уровне (диспетчеризации) развернута SCADA-система, а на среднем (контроля и управления) помещены HMI-панели или панельные компьютеры.
Рис. 4. Трехуровневая структура АСУ ТП
Применение панелей оператора на среднем уровне позволяет прежде всего повысить надежность работы автоматизированной системы. Как правило, HMI-панель входит в состав щита или пульта управления отдельной технологической операцией, а то и технологическим процессом в целом. В случае выхода из строя центрального АРМ на базе SCADA-системы оперативный персонал может локально производить настройку и контроль параметров технологического процесса. Использование HMI-панелей также позволяет повысить скорость и эффективность пусконаладочных работ.
Более того, при автоматизации небольших объектов HMI-панель может стать хорошей альтернативой полноценной SCADA-системе и промышленным панельным компьютерам. Это возможно благодаря тому, что современные HMI-панели, такие как панели оператора ТМ ONI, обладают широким функционалом, который сопоставим с работой SCADA-системы.
Разработка HMI на базе панелей оператора
Современная HMI-панель — это специализированное микропроцессорное устройство с дисплеем, предназначенное для создания HMI. Она поставляется с предустановленными операционной системой и средой исполнения проектов пользовательского HMI. Этим панель оператора отличается от ПК и панельных промышленных компьютеров, на которые необходимо дополнительно устанавливать программные пакеты и другие приложения — как правило, платные.
Рассмотрим ключевые параметры HMI-панелей и особенности их практического применения на примере панелей оператора ТМ ONI.
Сегодня в ассортимент ТМ ONI входит шесть таких устройств: одна текстовая панель TD-MP-043 и пять сенсорных графических панелей серии ETG (рис. 5).
Рис. 5. Панели оператора ТМ ONI
Модели серии ETG оснащены микропроцессором ARM Cortex A8 с тактовой частотой 600 МГц и работают под управлением операционной системы на базе ядра Linux. Разработка проекта HMI осуществляется в программном обеспечении (ПО) ONI Visual Studio (рис. 6).
Рис. 6. Программное обеспечение ONI Visual Studio
Для текстовой панели оператора ONI TD-MP-043 предусмотрено отдельное ПО ONI TD (рис. 7).
Все программное обеспечение распространяется бесплатно и функционирует без ограничений. Актуальную версию можно скачать на сайте компании.
Рис. 7. Программное обеспечение ONI TD
Проект пользовательского HMI представляет собой набор экранов с расположенными на них графическими элементами. При помощи этих элементов осуществляются ввод и отображение информации.
Сенсорные панели оператора ONI серии ETG позволяют выводить информацию в стандартных для систем диспетчеризации формах: мнемосхемах, трендах (текущих и архивных параметров), аналитических отчетах за определенный период, журналах событий и аварий (рис. 8).
Рис. 8. Формы представления информации
Место хранения архивных данных (для их последующей обработки, анализа и вывода на экран) может определить разработчик проекта в зависимости от решаемой задачи и необходимой глубины хранения. Панели оператора ONI серии ETG позволяют хранить данные во внутренней памяти ПЗУ (ROM), но поскольку она ограничена по объему, можно использовать и внешнее запоминающее устройство USB или SD-карту памяти.
Благодаря широкому набору графических компонентов, а также возможности настройки их функций, внешнего вида, свойств и логики отображения можно создать HMI, способный удовлетворить самые разные требования. При этом реализованный в ONI Visual Studio функционал не требует от разработчика специальных навыков программирования.
Порядок разработки проекта можно описать как следующую последовательность шагов:
Рис. 9. Окно создания проекта HMI
Рис. 10. Окно настройки коммуникационных портов
Рис. 11. Менеджер окон
Рис. 12. Пример пользовательского интерфейса
В зависимости от своей функции графический элемент может отображать или передавать данные. Работа на данном этапе является очень кропотливой и требует большой концентрации внимания от разработчика. Облегчить процесс может инструмент «Библиотека адресных меток» в ONI Visual Studio. Он позволяет предварительно присвоить текстовые метки (tag name) всем адресам памяти внешнего устройства (рис. 13) и впоследствии работать уже с ними, а не с самими адресами.
Рис. 13. Библиотека адресных меток
Как было указано выше, в ONI Visual Studio доступен большой набор инструментов по созданию пользовательского интерфейса: готовые графические элементы, векторные примитивы для рисования, а также загрузка своих рисунков. Библиотеку графических элементов разработчик может пополнять собственными элементами (рис. 14).
Рис. 14. Библиотека графических элементов
Для предварительной отладки НMI можно воспользоваться инструментом «Моделирование в симуляторе», позволяющим скомпилировать и запустить проект на ПК без физического соединения с внешним устройством.
Практически любую задачу, связанную с получением, хранением, отображением и передачей данных в HMI-панели, можно решить стандартными инструментами ONI Visual Studio. Если этого функционала не хватает, можно воспользоваться инструментом «Макрос» — он позволяет решать нестандартные задачи с помощью встроенного языка программирования С (рис. 15).
Рис. 15. Окно создания макроса
Интерфейс ПО ONI Visual Studio полностью русифицирован и интуитивно понятен. Для того чтобы освоить и начать создавать простые HMI-проекты в ONI Visual Studio, в среднем требуется один день.
Коммуникационные возможности HMI-панелей
Современные HMI-панели обладают широкими коммуникационными возможностями. Сенсорные панели оператора ONI серии ETG оснащены последовательными интерфейсами RS-232/RS-485, Ethernet, портами USB-Host и USB-Slave. В некоторых панелях также есть слот для SD-карты (рис. 16).
Рис. 16. Коммуникационные возможности HMI-панелей
Интерфейс USB-Slave предназначен для загрузки проекта HMI, разработанного в ПО ONI Visual Studio. С помощью USB-Host можно подключить к панели оператора клавиатуру и компьютерную мышь с USB-выходом. Кроме того, к этому порту можно подсоединить внешнее запоминающее устройство USB (USB-флэш-накопитель или жесткий диск). Как было сказано выше, это позволяет расширить объем внутренней памяти ПЗУ (ROM) панели оператора, если в ней планируется хранить большой объем архивных данных. Для загрузки проекта HMI можно также использовать Ethernet-соединение, интерфейс USB-Host или SD-карту.
Сенсорные панели оператора ONI серии ETG поддерживают большое количество протоколов передачи данных различных производителей (рис. 17), а также популярный открытый протокол Modbus (RTU и TCP). Текстовая панель ONI TD-MP-043 предусматривает только протокол Modbus RTU. Такие коммуникационные возможности делают панели универсальным средством создания HMI.
Рис. 17. Окно настройки COM-порта
Чаще всего панель оператора применяют в паре с программируемым логическим контроллером (ПЛК) или группой контроллеров. ПЛК осуществляет контроль и управление исполнительными механизмами согласно заложенному в нем алгоритму, а HMI-панель является средством отображения и ввода данных в ПЛК.
Такие инструменты ONI Visual Studio, как «Рецепт», «Таймер», «Расписание задач» и особенно «Макрос», позволяют реализовать алгоритм контроля и управления в самой HMI-панели. Такая возможность может быть актуальна, если в системе автоматизации отсутствуют ПЛК, но есть исполнительные механизмы и контроллеры с жесткой логикой, поддерживающие протоколы передачи данных. В качестве примера подобного технического решения можно привести систему управления несколькими насосными станциями с частотно-регулируемым приводом. В каждой насосной станции преобразователь частоты с протоколом Modbus RTU управляет насосом, и можно реализовать необходимый алгоритм чередования запуска станций с помощью одной HMI-панели.
Панели оператора ONI серии ETG предлагают еще несколько коммуникационных возможностей, которые может использовать разработчик для создания интересных и высокоэффективных технических решений:
Рис. 18. Удаленный доступ к HMI-панели по технологии VNC
HMI-панель в составе НКУ
Панели оператора активно применяют для создания удобного HMI в различных низковольтных комплектных устройствах (НКУ), таких как щиты автоматизации, диспетчеризации, управления, мониторинга и т. д. Это позволяет свести к минимуму физические элементы: светосигнальную арматуру, кнопки, переключатели, стрелочные приборы и т. д.
Как правило, HMI-панель устанавливают на лицевой панели щита, шкафа или пульта управления. На рис. 19 приведен пример применения панели оператора в составе щита автоматизации. На рис. 2 HMI-панель включена в пульт управления.
Рассмотрим порядок установки панели оператора ONI серии ETG. Процесс достаточно прост и состоит из трех основных шагов (рис. 19):
Рис. 19. Порядок установки HMI-панели в оболочку НКУ
Все панели оператора ONI оснащены специальным силиконовым уплотнением, которое обеспечивает плотное прилегание панели оператора к корпусу, тем самым позволяя сохранить степень IP-защиты корпуса (рис. 20).
Степень защиты самой HMI-панели определяется через степень защиты фронтальной стороны, которая имеет уровень IP65, и тыльной стороны — IP20.
НКУ, в состав которых входят HMI-панели, эксплуатируются в различных климатических условиях и могут быть подвержены при эксплуатации механическим и химическим воздействиям. Поэтому панели оператора ONI выполнены из материалов, обладающих высокой стойкостью к воздействию агрессивных сред и повышенной защитой от механических повреждений. Температура их эксплуатации составляет –20…+70 °C.
Рис. 20. Монтажный комплект для крепления HMI-панели
Заключение
Панель оператора является универсальным средством создания HMI в различных системах автоматизации. И сегодня, благодаря широкому функционалу и доступной цене, НMI-панели становятся все более популярными.
ТМ ONI предлагает высококачественное оборудование для автоматизации, включая HMI-панели (табл.), на базе которых можно создать интерфейс, способный удовлетворить даже специфические требования.
СРАВНЕНИЕ БЮДЖЕТНЫХ ПАНЕЛЕЙ ОПЕРАТОРА HMI: HAIWELL, KINCO, WEINTEK!
В данной статье рассмотрим самые популярные бюджетные промышленные панели оператора HMI, а также разберём что представляют из себя эти устройства и для чего они предназначены. Также постараемся объяснить на что стоит обращать внимание при выборе промышленных панелей оператора HMI.
Для сравнения возьмём самые популярные и востребованные модели панелей оператора HMI с диагональю 7 дюймов от известных производителей Haiwell | Kinco | Weintek. Современные панели оператора HMI должны иметь несколько коммуникационных портов для связи с другими устройствами, а также поддерживать популярные промышленные протокола Modbus RTU/TCP. Панели оператора с диагональю 7 дюймов имеют большую популярность, так как имеют небольшую стоимость и на них можно отобразить полноценные мнемосхемы технологических процессов.
Более подробно о возможностях среды разработки Haiwell Scada Cloud 3 мы не будем останавливаться, так как этот обзор предназначен для отдельной статьи. Можем сказать что среда разработки имеет интуитивно-понятный интерфейс и программист сможет разобраться с программой в течении 1-3 дней.
Панель оператора HMI Kinco GL070E серии Green является обновленной версией MT4434TE, так как в скором времени завод Kinco планирует останавливать выпуск данной модели (MT4434TE). Панели оператора HMI Kinco также поддерживают большое количество внутренних протоколов от разных производителей. В связи с этим возможно с легкостью интегрировать панели оператора в различные по сложности системы АСУТП. Панели оператора HMI MT4434TE и GL070E имеют разные среды разработки Kinco HMware и Kinco Dtools соответственно. Данные панели оператора имеют коммутационные порты 1 RS232 | 1 RS232/RS485, а также 1 порт Ethernet и 1 USB. Архивирование данных на панелях Kinco происходит под средством USB Flash накопителей, а именно: значения технологических параметров, журналы событий и аварий. Также данные панели поддерживают различные уровни защиты программы. В данной серии Green панелей оператора HMI Kinco представлены разные модели с размером дисплея от 4.3 до 15 дюймов.
На данных панелях возможно реализовать следующие функции:
В итоге получается, что промышленные панели оператора HMI в большинстве случаев выполняют одни и те же функции только у них разная среда разработки и отличается визуализация технологических процессов. Иными словами, в 95% случаях реализовать полноценный функционал управления и отображения за технологическими параметрами можно на любой из перечисленных выше моделей, но наш взгляд всегда стоит обращать внимание на следующие аспекты:
Конечно этого списка недостаточно для более детального выбора панели оператора HMI, так как каждая модель имеет свои небольшие недостатки и преимущества по сравнению друг с другом (встроенный WEB доступ, наличие русифицированного ПО и т.п.). В связи с этим мы подготовили для Вас сравнительную таблицу с параметрами и характеристиками моделей представленных в данной статье.
Подводя итоги можно сказать следующее: бюджетные панели оператора HMI Weitenk стоят дороже, чем аналогичные панели производителей Haiwell и Kinco, но и в функционале они особо не выигрывают, а только лишь в имени бренда. Панели оператора Haiwell немного выигрывают в функциональности и производительности, а также имеют бесплатный WEB сервис, что играет немаловажную роль в технологичное время. В любом случае выбор за Вами!
На нашем сайте представлены разнообразные модели панелей операторов HMI от разных производителей из наличия и под заказ! Если у Вас возникают сложности с подбором панели оператора HMI, свяжитесь с нами любым удобным для Вас способом!
HMI панели оператора
HMI панели оператора
Человеко-машинные интерфейсы (ЧМИ) (англ. Human-machine interface, HMI) доступны с различными аппаратными и программными функциями. Пользователи должны осуществлять выбор SCADA HMI панели оператора отталкиваясь от конкретного проекта автоматизации и его функциональности.
Конечный заказчик ожидает получить интуитивно понятный интерфейс на панели оператора, и изготовители отреагировали на это, встроив стандартные наборы интерфейсов в свои панели. Современная промышленная автоматизация не обходится без сенсорных HMI, они являются важным дополнением ко многим процессам при автоматизации машин и механизмов, расширяя возможности переключателей, кнопок и индикаторов на панели управления. Однако каждый вариант использования HMI должен тщательно оцениваться, чтобы гарантировать, что панель выбрана правильно в соответствии с требованиями технологического процесса.
Многие начинают выбор панели оператора с анализа рынка и просмотра существующих функций HMI и выбора программного обеспечения, которые на первый взгляд соответствуют потребностям. Тем не менее, более прагматичный и надежный подход заключается в обратном направлении, то есть изучении конкретных потребностей технологического процесса, чтобы подтвердить выбор всех необходимых параметров и функций.
Условия окружающей среды
Условия окружающей среды для целевого применения должны быть оценены в первую очередь, потому что HMI должна быть способна физически выживать в тех условиях, где она будет эксплуатироваться. Большинство из этих вариантов интуитивно понятны, а некоторые нет.
Для HMI эксплуатируемых в условиях, где они подвергаются воздействию падающей воды или направленного потока, требуется подбирать панель в корпусе, обеспечивающем степень защиты IP в соответствие с международным стандартом IEC 60529 (DIN 40050, ГОСТ 14254-96).
Если существует вероятность наличия в воздухе чистящих химикатов, технологических химических веществ или других агрессивных сред загрязнения, которые могут воздействовать на HMI, то необходимо выбирать те панели, в которых платы обработаны дополнительным слоем защитного лака или компаундом.
Другой вопрос заключается в том, будет панель SCADA установлена в помещении или на улице. Степень защиты IP предполагает использование оборудования только внутри помещений, и никак не учитывает температуру окружающего воздуха и другие факторы. Даже самые яркие HMI будут подвержены солнечным бликам на улице, а прямой солнечный свет может вызвать их перегрев. Наружные HMI необходимо располагать в более защищенных зонах или оснастить их солнцезащитными экранами.
HMI панели оператора, как правило, содержат чувствительные элементы дисплея и подсветку и из-за этого более ограничены в диапазонах рабочих температур, чем другие компоненты автоматизации. Яркость дисплея (обычно выражается в канделах на м²) и средний срок службы подсветки следует оценивать осторожно. Яркость является ключевым показателем того, насколько легко будет просматривать экран дисплея.
Физический размер дисплея HMI и особенности интерфейса
Выбор правильного размера дисплея часто требует оптимизированного подхода, ведь чем больше размер, тем он дороже стоит. Большинство операторов предпочли бы максимально возможный размер дисплея, особенно если им нужно управлять процессом с помощью сенсора, а также если панель предназначена только для мониторинга состояний или если они хотят наблюдать за изменениями на дисплее на расстоянии. Так же большие дисплеи предоставляют программистам больше возможностей для разработки графики. Но большие HMI панели стоят дороже и могут занимать и без того «драгоценное место» для установки их на дверцу шкафа.
Дисплей должен быть установлен на рабочей высоте, подходящей для большинства сотрудников, часто составляет около 165 см от уровня пола до середины дисплея.
Большинство интерфейсов HMI многоцветные, но помимо выбора физического размера дисплея пользователи должны обратить внимание на разрешение экрана в пикселях, которое определяет, насколько детализированной может быть графика.
В некоторых устройствах при вводе данных пользователи могут использовать встроенную клавиатуру или подключить внешнюю клавиатуру и мышь. Однако большинство потребителей следуют примеру мобильных устройств и устанавливают сенсорные экраны.
Важно отметить, что многие сенсорные устройства используют емкостный мультитач (от англ. Multi—touch — «множественное касание»). Эта технология обычно не воспринимает пальцы в перчатках и может перестать работать из-за воздействия воды, но она способна распознавать несколько одновременных касаний или жестов, например, изменение масштаба изображения. С другой стороны, промышленные HMI часто используют резистивную технологию с одним касанием. Резистивные сенсорные экраны работают даже с пальцами в перчатках и правильно реагируют только на одно касание за раз, что часто является лучшим вариантом для промышленного применения.
Помни про память
В дополнение к физическим размерам HMI, необходимо обратить внимание на объем возможной памяти и производительность процессора. Разработчикам необходимо оценить объем предполагаемой к использованию графики и сделать приблизительную оценку количества тегов, чтобы понять примерный объем требуемой памяти. Существуют панели управления с расширяемой памятью, что может увеличить ее возможности.
Для HMI стало обычным делом поддерживать один или несколько слотов SD-карт, чтобы пользователи могли добавлять необходимое количество памяти для хранения данных.
Подключение HMI к PLC
Связь также является ключевым фактором при выборе HMI. Чаще всего пользователям нужен порт Ethernet, чтобы панель HMI могла обмениваться данными в сети с программируемым логическим контроллером (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC). Однако в некоторых задачах все еще могут использоваться последовательные соединения RS232C или RS422/485. Последовательные разъемы чаще всего имеют 15-контактный тип D-Sub, но также возможны RJ-12 или даже разъемы в виде клеммника. Крайне важно, чтобы требования к присоединению к ПЛК были определены до окончания выбора HMI.
Порты USB выпускаются в двух версиях: тип A и тип B. Порты типа A (как на ПК) позволяют пользователям добавлять периферийные устройства, такие как клавиатура, мышь, карта памяти, сканер штрих-кода или другие совместимые интерфейсные устройства. Тип B (часто встречается на принтерах) позволяет пользователям подключать программный кабель для загрузки/выгрузки настроек с ПК напрямую к HMI, не отключая сеть Ethernet.
Другая необходимая функция — это выходной порт HDMI. Соединение HDMI может передавать информацию на второй монитор, например, широкоформатный телевизор, расположенный на удалении. Оператор может работать локально на дисплее HMI, в то время как другие операторы могут следить за процессом из комнаты для мониторинга.
Для очень специфических задач могут потребоваться дополнительные эзотерические соединения, такие как «аудиовыход» или «вход микрофона». Чтобы обеспечить необходимое подключение HMI, разработчикам рекомендуется составить список всех необходимых подключений и, возможно, нарисовать архитектурную схему системы.
Чек-лист программного обеспечения
Выбор правильного программного обеспечения для HMI требует детального изучения. Оно должно оцениваться по трем критериям:
Среда разработки HMI — это то, на что программисты тратят большую часть своего времени. Для конечного заказчика важно выяснить требуется ли покупка лицензии или программное обеспечение будет бесплатным. Разработчики же будут заинтересованы в простоте использования программного обеспечения и таких функциях, как редактирование с помощью перетаскивания (drag-and-drop), создание объекта по щелчку мыши и база предопределенных наиболее часто используемых объектов. Программисты захотят узнать, имеет ли программное обеспечение хорошую поддержку импорта/экспорта и инструменты для работы с базами данных, имеются ли эффективные способы копирования и дублирования работы, и есть ли встроенная среда моделирования или тестирования, чтобы разработчики могли протестировать и проверить работоспособность программы без реального оборудования.
Программисты используют программы настройки для создания тегов, которые взаимодействуют с ПЛК и другими устройствами при разработке графики, связанной с этими тегами, и для настройки других встроенных функций HMI. Вот 10 наиболее важных функций, которые следует учитывать пользователям во время выбора:
Разработчики должны понимать, что заявленные в документации технические характеристики HMI панели оператора могут не совпадать с фактическими. Для пользователей, которым требуется особый внешний вид и функциональность, лучший подход — это раскадровка нескольких типов конфигураций HMI, составление списка необходимых функций и получение версии программного обеспечения для его тестирования.
Сложные системы автоматизации могут потребовать изучения очень глубоких элементов HMI, прежде чем выбрать модель. Насколько хорошо HMI обрабатывает теги с плавающей запятой и любые связанные математические вычисления или это может стать проблемой. Логика обычно выполняется в ПЛК, а информация отображается на HMI, но некоторые HMI предлагают встроенную логику, оценку триггеров, возможность действий и функции менеджера событий
Расширение функциональности HMI
Некоторые из наиболее интересных разработок в области HMI за последние годы были связаны с удаленным доступом. Современные панели часто включают в себя встроенные веб-серверы, которые позволяют просматривать экран на любых внешних устройствах, поддерживающих веб-браузер, таких как ноутбук, смартфон или планшет.
Встроенные серверы протокола передачи файлов (FTP) облегчают разработчикам удаленное обновление и резервное копирование конфигураций HMI. Наконец, некоторые HMI могут инициировать исходящие электронные письма, чтобы удаленно уведомлять пользователей о рабочем состоянии оборудования или предупреждениях.
Функции удаленного доступа могут расширить возможности автоматизации оборудования и могут стать решающим фактором при выборе HMI панели.
Выводы и основные тезисы
SCADA HMI панели оператора являются важным элементом во многих проектах промышленной автоматизации. Аппаратные и программные функции заслуживают пристального внимания разработчиков при выборе HMI. Коммерческие же вопросы рассматривают стоимость оборудования и программного обеспечения, срок действия гарантии и возможность бесплатной поддержки. Для задач со сложными или нестандартными функциями рекомендуется получить тестовый образец аппаратного и программного обеспечения HMI, чтобы удостовериться, что оно соответствует потребностям проекта. Если программное обеспечение включает режим симуляции, доступный по низкой цене или бесплатно, то конечным пользователям гораздо проще протестировать HMI, чтобы убедиться, что она соответствует их потребностям.