Print

Evoluce rozhraní HMI

-- 14.12.12

Od tlačítkových spínačů k počítačům PC, od textového znázornění ke grafickému, od obrazovek CRT k LCD – podoba a role toho, co nazýváme „vizualizací“, se za posledních pár krátkých let dramaticky změnily. Přesun od ostrůvků automatizace k sofistikovanému řízení a analytice odráží bezprecedentní růst. Tato cesta však zdaleka ještě nekončí.

Jeanine Katzelová, Control Engineering

Na počátku bylo tlačítko a s tlačítkem byly kontrolky a přepínače. Pak se objevilo napevno zapojené zařízení a stalo se elektronickým panelem, poté přišly integrované obvody. Zrodily se osobní počítače a softwarové programy, které obsadily pole zobrazování, a internet, jenž vydláždil cestu k tomu, aby informace mohly jít kamkoli. Specializované systémy se staly „otevřenými“ a operátorský displej, který kdysi sledoval jen jeden stroj, nyní postihuje strojů mnoho, a to jak v rámci jednoho závodu, tak i celého světa. Evoluce je skutečností, alespoň pokud jde o rozhraní člověk-stroj (HMI). To, co začalo jako jednoduchá vyhrazená funkce, se jen za pár desetiletí nesmírně rozšířilo a změnilo a stalo se dost možná nejvlivnějším faktorem v dnešním výrobním prostředí.

„Díky explozivnímu zvýšení přenosové kapacity a přístupnosti propojují systémy HMI myriády dat,“ všímá si John Krajewski, ředitel produktového managementu společnosti Invensys pro HMI v průmyslovém řízení. „V minulosti byla rozhraní HMI izolovaná a prováděla jen základní řízení stroje. Nyní kooperativní systémy uvolnily novou sílu pro připojování a přístup.“ Průmysl tradičně usiluje o monitorování a pochopení svých procesů a operací. Jeho cesta od zařízení typu zapnuto/vypnuto ke složitým sofistikovaným systémům pro monitorování a analýzu byla dramatickou a pozoruhodnou jízdou. V tomto článku se podíváme na to, jak probíhal přechod od tlačítka k rozhraní MMI (Man-Machine Interface) přes rozhraní HMI až k vizualizaci, jak tento vývoj formoval průmyslový proces a jak nadále ovlivňuje svět výroby.

Dávno tomu…

„Začalo to tlačítky a světýlky, ručičkovými a panelovými ukazateli a prvotními hlásiči,“ vzpomíná Louis Szabo, manažer pro rozvoj obchodu společnosti Pepperl+Fuchs. „Dokonce i v závěru 90. Let 20. století považovalo mnoho závodů tlačítkové spínače za ekonomicky výhodnější řešení než panel HMI.“ „Avšak jakmile výrobci získali možnost nahradit tyto tlačítkové spínače elektronickým terminálem za zhruba 100 dolarů na instalované tlačítko, tlačítkové spínače se staly extrémně drahými a terminály mnohem efektivnějšími,“ dodává Marco H. Wishart, obchodní manažer pro elektronická operátorská rozhraní společnosti Rockwell Automation. „Jsme svědky skutečné evoluce,“ tvrdí Emmanuel Ecochard, generální ředitel společnosti PcVue pro Severní Ameriku. „Vidíme nejen posun paradigmatu, ale průběžné zdokonalování. Systémy před 30 lety byly napevno zapojené a nepříliš flexibilní. Dnešní produkty vám dovolují rychle postavit téměř jakoukoli aplikaci a snadno ji udržovat.“

Vzpomínání pokračuje: „V raných dobách dominovaly monochromatické obrazovky CRT (Cathode Ray Tube) se spartánským textovým displejem,“ dodává Nathan Eisel, manažer technické podpory společnosti Beckhoff Automation. „Interakce probíhala prostřednictvím mechanických tlačítek, klávesnice nebo myši.“ „Operátorské terminály začaly jako doplňkové komponenty ke stroji,“ připomíná Marcia Gadboisová, viceprezidentka pro rozvoj obchodu společnosti InduSoft. „Doplňovaly provoz a poskytovaly kontrolu, avšak příkazy byly v těchto raných zařízeních literálové, systémy nebyly uživatelsky přívětivé. Bylo to textové prostředí, které se muselo naprogramovat, aby poskytovalo jakýkoli typ vizualizace.“

Pak se zrodily počítače PC a převrátily svět rozhraní HMI vzhůru nohama. Pozornost se přesunula z hardwaru na software, ze zařízení se stal systém a role HMI začala růst, a to exponenciálně. „Systémy HMI nejprve běžely na specializovaných systémech,“ upřesňuje Szabo. „Pak se tématem dne stala interoperabilita. Avšak velká změna situace nastala na konci 90. let minulého století, kdy společnosti, jako je Wonderware a Intellution, představily řídicí software pro PC,“ pokračuje. „Na konci 90. let přišel na trh také nový hardware (monitory LCD namísto CRT, jiskrově bezpečné dotykové obrazovky), ale když výrobci hovoří o HMI dnes, mají na mysli software. V tomto okamžiku začaly skutečné změny.“

V 90. letech 20. století došlo také ke vzniku a rozšíření otevřených systémů. V nedávné době se objevily „tenké“ (bezdiskové) klientské stanice, nejprve u obchodních systémů a později i v procesním prostředí, což souviselo s tím, jak výroba začala využívat technologie s prvky PLC či systémy DCS a řídicí místnosti se začaly přesouvat na základní výrobní úroveň. „Tradičně se rozhraní HMI podívalo dolů na stroj a zobrazilo informace o něm,“ konstatuje Scott A. Miller, obchodní manažer pro vizualizační software společnosti Rockwell Automation. „Ale už brzy se začalo dívat okolo i nahoru a sbíralo či využívalo informace pomáhající odvádět lepší práci a provádět věci, které se dosud nikdy nedělaly.“

Stavění mostů a bourání zdí

Vývoj rozhraní HMI samozřejmě ovlivnilo mnoho technických vylepšení: výpočetní výkon procesorů, sítě Ethernet a Internet. Co mělo největší dopad a co pro výrobu znamenaly změny, které tato vylepšení přinesla? Především umožnily rozhraní HMI důvěrně se zapojit do operací závodu. Moderní systémy HMI přistupují k datům z mnoha zdrojů a mají dosah do vzdálených míst. Operátoři mohou přijímat informovanější rozhodnutí. Na poli hardwaru měl přechod od napevno zapojených zařízení k elektronickým terminálům zásadní vliv na vytvoření prostředí pro vyspělé schopnosti. „Změny přicházely po krocích, ale byly zásadní,“ nechává se slyšet Marco H. Wishart ze společnosti Rockwell Automation. „Přenesly nás od obrazovek CRT přes LCD k obrazovkám podsvíceným diodami LED a ke změněným poměrům stran. Také rychlý vývoj procesorů umožnil rozhraním HMI provádět mnohonásobně více činností.“

Louis Szabo ze společnosti P+F má za to, že nejvýraznějším rozlišujícím faktorem byla volba mezi systémem na bázi Microsoft Windows a Ethernetem. „Obě technologie pomohly dát systémům HMI flexibilitu jít téměř kamkoli a dělat téměř cokoli. A díky konektivitě jsou informace dostupné v reálném čase.“ Marcia Gadboisová ze společnosti InduSoft uvádí konektivitu a otevřené systémy jako prvky, které rozšiřují schopnosti rozhraní HMI jejich operátorů, ale poukazuje také na význam větší vytříbenosti uživatelského rozhraní. „Díky konektivitě se zbouraly zdi. Přestali jsme být ostrůvky automatizace, přesunuli jsme se do distribuovaného prostředí a zapojili jsme do rozhodovacího procesu více lidí.

Využívání HMI pro přijímání obchodních rozhodnutí na základě velkého objemu dostupných dat a přinášení cenově efektivních řešení do provozu mění způsob, jakým pracujeme. Informace bývaly specifické pro daný stroj. Nyní má práce operátorů reálný dopad na finanční výsledky firmy, protože jim systém HMI ukazuje kompletní přehled o situaci, nejen jediný stroj,“ doplňuje Gadboisová. Dohromady mají tyto změny jeden významný dopad: přesunuly příkazové středisko mimo zdi závodu. „Uživatelé stále více požadují schopnosti vzdáleného přístupu,“ reaguje Emmanuel Ecochard ze společnosti PcVue. „Mobilita a vzdálený přístup jsou tím, co je dnes tolik důležité, avšak tyto schopnosti vyvolávají také obavy. Čím více jste mobilní, tím jste zranitelnější. Společně s vývojem mobilních aplikací se musí posilovat i zabezpečení.“

Scott A. Miller ze společnosti Rockwell Automation a jeho kolega Mike Burrows, ředitel pro rozvoj trhu produktů pro integrovanou architekturu společnosti Rockwell Automation, s tím souhlasí. „Zabezpečení je významnou otázkou, stejně jako přenosová kapacita,“ upozorňuje Burrows. „V souvislosti s tím, jak průmysl přivádí ke spolupráci různé technologie, jako je video a bezdrátová zařízení, se úrovně zabezpečení stávají nezbytností.“ „Mobilní zařízení rozšiřují stávající schopnosti,“ dodává Scott A. Miller. „Mnoho závodů vkládá data do chytrých telefonů a tím ohrožuje zabezpečení. Když operátor využívá mobilní terminál při pohybu po provozu závodu, dává to smysl, avšak manažer s chytrým telefonem na nákupech si musí být jistý, že stisknutím nesprávného tlačítka omylem nezastaví výrobní linku.“

Co je to tedy HMI?

Stal se tedy rozhraním HMI chytrý telefon? „V mnoha ohledech jím je,“ míní Marcia Gadboisová. „Tento pojem postupně transformujeme a funkci HMI nazýváme ‚vizualizací‘. Každé rozhraní je více než jen HMI. Je vizualizací. Pojem ‚HMI‘ může zcela vymizet; možná jej nahradí vizualizace, ale účel a funkce zůstanou stejné.“ Terminologie se mění. Posledních 15 let sbližování technologií vedlo ke shromáždění funkcí a schopností, které nyní mnozí označují jako „vizualizaci“.  „Pojem HMI už téměř nepoužíváme,“ říká Marco Wishart. „Je to vizualizace: software a hardware běžící na více zařízeních. Podílejí se na tom stejné systémy, data a integrace, ať už je to na vyhrazeném panelu, PC serveru nebo jiném zařízení. V jádru je to stále HMI, ačkoli při svém vývoji bude nabývat různých forem.“  

Scott A. Miller ze společnosti Rockwell Automation označuje vizualizaci za bod mísení vlivů. Nicméně způsob, jak k tomuto mísení dochází, bude různý pro každé odvětví, aplikaci a klienta. „Co však bude rozkvétat, jsou způsoby, jakým jsou tyto schopnosti aplikovány. Špičkové vizualizační systémy budou přistupovat k informacím a dodávat ten správný obsah té správné osobě. Ať už je operátor před lahvovací linkou celý den, pohybuje se po závodě nebo přechází ze závodu do závodu, informace, které využívá, přicházejí z řídicího systému a informačního systému.

Čím více tyto systémy mísíme, tím lépe můžeme obsluhovat vícečetné aplikace. Tímto způsobem se technologie HMI ubírá.“ „Definice HMI se bezesporu rozšířila,“ domnívá se John Krajewski ze společnosti Invensys. „Technologie se může vyvinout až tam, kde pojem HMI vůbec neplatí,“ pokračuje. „Aplikace jsou integrované. Jen zřídkakdy je HMI jediným mechanismem, který operátor využívá. Před lety možná rozhraní HMI komunikovalo jen s jediným zařízením, avšak nyní má pod kontrolou větší systémy. Ačkoli operátoři budou mít stále svou práci, jejich dalším horizontem bude správa operací. V budoucnu se vyvine spravování celé operace z jediné konzole.“

Bezprecedentní minulost, neomezená budoucnost

Rozhraní HMI mají bohatou a pestrou minulost, avšak průmysl očekává ještě větší růst. „Ušli jsme velký kus cesty,“ má jasno Marcia Gadboisová ze společnosti InduSoft. „Mysleli jsme si, že změny probíhající v minulosti byly magické, ale podívejte se na to, co se děje nyní. Ten vývoj až bere dech.“ Průmysl dnes využívá širokou řadu vynikajících, plnobarevných displejů TFT LCD, všímá si Nathan Eisel ze společnosti Beckhoff. „Technologie dotykových obrazovek je zcela běžná. Průmyslově vyztužené ovládací panely a panelové PC s kryty z hliníku nebo oceli se kombinují s bohatou softwarovou grafikou HMI a vytvářejí dynamická operátorská rozhraní.

Širokoúhlé obrazovky jsou běžné a mnoho dodavatelů HMI nabízí rozlišení Full HD.“ Mike Burrows ze společnosti Rockwell Automation má vizi, že dalším vývojovým stupněm bude neoddělitelnost operátorského rozhraní od řídicího prvku. „Stále jde o samostatné jednotky, avšak v budoucnu se řídicí prvek a operátorské rozhraní stanou jediným systémem využívajícím jednu databázi. Řídicí prvek je výchozím bodem pro všechna data proudící do HMI. Stává se serverem závodu. Vizualizace je výkonnější, když zde není žádný počítač jako mezičlánek, když je zabudována do řídicího prostředí.“ Asi jednou z nejvýznamnějších změn ovlivňujících současné systémy HMI je vzestup vícedotykové technologie. „Systémy s integrovanými vícedotykovými schopnostmi jsou již dostupné,“ připomíná Nathan Eisel ze společnosti Beckhoff.

„Tyto displeje využívají projektivní kapacitní dotykové obrazovky (Projective Capacitive Touchscreen – PCT) pro zajištění kompatibility s průmyslovým prostředím. Jejich vysoká hustota dotykových bodů umožňuje průmyslovým uživatelům přesnou a spolehlivou obsluhu. Obsluha v pracovních rukavicích je možná. Navíc lze do průmyslových aplikací přenést i funkce známé z chytrých telefonů a tabletů, jako je zvětšování, posouvání, otáčení objektů a listování.“ Mike Burrows ze společnosti Rockwell Automation vidí zařízení typu iPad společnosti Apple jako „velkou gorilu v místnosti“ – nepřehlédnutelný, neopominutelný faktor. Určuje vizi toho, co je možné: bezdrátové spojení, mobilita, cloud computing, integrace dat. „Netvrdím, že by se měly iPady využívat v průmyslu, ale stanovují vizi toho, co je možné.“ Podle Louise Szabo ze společnosti P+F je rapidní expanze „virtualizace“ architekturou HMI typu klient-server.

„Obchodní model serveru s vysokou dostupností s podporou IT a vysoce distribuovanými ‚tenkými‘ klienty rozmístěnými po celém závodě je nyní modelem automatizace přímo na základní provozní úrovni,“ vysvětluje Szabo. „K přínosům patří optimalizace aktualizace hardwaru, modernizace s nižším rizikem, zvýšené zabezpečení a nižší náklady na dobu životnosti.“ Asi největší změnu však přinesou lidé, nikoli zařízení. „Manažer provádějící týdenní nebo měsíční hodnocení má určitým způsobem prst na tepu ziskovosti organizace,“ domnívá se John Krajewski ze společnosti Invensys, „avšak lepší přehled má operátor, který vidí situaci v reálném čase na svém rozhraní HMI. Moderní rozhraní HMI mohou otřást procesem rozhodování a přenést jej dolů až na úroveň provozního pracovníka, osoby s největším vlivem.“

ce

Jeanine Katzelová je přispěvatelka časopisu Control Engineering.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

15. mezinárodní konference Moderní baterie, akumulátory a palivové články
2014-08-24 - 2014-08-28
Místo: Vysoké učení technické v Brně, Antonínská 1, Brno
Technical Computing Camp 2014
2014-09-04 - 2014-09-06
Místo: FEI STU Bratislava
Workshop: Postavte si vlastní průmyslový řídicí systém s NI RIO a LabVIEW
2014-09-08 - 2014-09-11
Místo: Praha, Brno, Plzeň, Ostrava
Moderní technologie pro potravinářství 2014
2014-09-16 - 2014-09-16
Místo: 16. 9. 2014, NH Hotels, Olomouc
Prague Fire & Security Days 2014
2014-09-16 - 2014-09-20
Místo: PVA EXPO Praha, Letňany

Katalog

Invensys
Invensys
Žirovnická 3124
106 00 Praha 10
tel. +420 (0)267 182 220

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

Omron Electronics spol. s r.o.
Omron Electronics spol. s r.o.
Jankovcova 53
170 00 Praha 7
tel. +420 234 602 602

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
Thámova 13
180 00 Praha 8
tel. 00420737266673

COMPAS automatizace, spol. s r.o.
COMPAS automatizace, spol. s r.o.
Nádražní 610/26
59101 Žďár nad Sázavou
tel. +420 567 567 111

všechny firmy
Reklama






Anketa


Ano, proto se je snažíme minimalizovat
Ne, jsou na odpovídající úrovni
Nejsou vysoké, ale rychle rostou

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   Partneři   |   Blogy   |   
Copyright Trade Media International Holdings Sp. z o.o. ul. Wita Stwosza 59a, 02-661 Warszawa
KRS 0000281036, NIP 521-34-36-770, Regon 140966270
Všechny materiály pocházející ze stránek Control Engineering USA jsou vlastnictvím CFE Media. Všechna práva vyhrazena.
Navštivte naše další stránky