Kezdetben a legtöbb beágyazott HMI-alkalmazás meghatározott feladatok egyetlen eszközben történő kezelésére szolgált. Egy tipikus beágyazott HMI-vel cserélik ki a gombokat, jelzőket, analóg mérőműszereket és görgőket egy egyszerű gépkezelő panelen. Alacsony-sebességű soros kommunikációs kapcsolaton keresztül kommunikál a gép vezérlőjével (általában programozható logikai vezérlővel (PLC)), és nem kommunikál más eszközökkel, vezérlőkkel vagy számítógépekkel.
Ezen alapvető beágyazott HMI-k programozása PC-n történik, és a lefordított program soros kommunikáción keresztül letöltődik a HMI-re. A beágyazott HMI-k szabadalmaztatott operációs rendszereket (OS) és hardvert használnak, ami költséges lehet. A programozást követően a beágyazott HMI-t nem lehet módosítani vagy megváltoztatni, hacsak nem programozzák újra a számítógépen, le nem állítják a HMI-t, és nem töltenek be új programot.
A magas költségek és korlátok ellenére a beágyazott HMI-k hatalmas javulást kínálnak a rugalmasság, a teljesítmény és a költségek terén a meglévő vezetékes kezelőfelület-megoldásokhoz képest.
A legjelentősebb megtakarítás a PLC-bemenetek és -kimenetek kiiktatása az összes kezelőfelület-eszköz esetében. Vezetékes, panelre szerelt kezelői interfész eszközök esetén minden nyomógombhoz külön PLC-bemenet szükséges, minden fényt külön PLC-kimenet hajt meg, minden mérőműszerhez analóg PLC-kimenetre van szükség, és minden kerék és potenciométer egy analóg PLC-bemenethez csatlakozik. Ez nemcsak nagyon drága volt előre, de rémálom is volt.
Vezetékes kezelőfelülettel a jelzőlámpák egyszerű hozzáadásához lyukakat kell fúrni a ház előlapján, fel kell szerelni a lámpákat és névtábláikat, vissza kell csatlakoztatni a lámpákat a PLC-kimenetekhez, és újra kell programozni a PLC-t. ez azt feltételezi, hogy van elegendő hely az előlapon és a tartalék PLC-kimenetek. Ezzel szemben a HMI és a PLC újraprogramozása további jelzőszimbólumok hozzáadásához viszonylag egyszerű.
A nagyszámú gombot, lámpát, mérőműszert és görgőt vagy potenciométert igénylő gépeknél és egyéb alkalmazásoknál-valamennyi megfelelő PLC I/O-beágyazott HMI-vel jelentős költségmegtakarítás érhető el. Ezenkívül a beágyazott HMI-k olyan fejlett funkciókat is biztosíthatnak, mint például a trendek és a diagramok, amelyek helyettesíthetik a diagramrögzítőket.
HMI Evolution
A beágyazott HMI-k ugyanazokat a technológiai változtatásokat alkalmazzák, amelyek a SCADA rendszerek (azaz a PC-k és a Windows operációs rendszerek) fejlődését előidézték annak érdekében, hogy az alapvető gépkezelői felületről elszigetelten fejlett rendszerré fejlődjenek.
Az 1990-es évek elején a PC-ket bemutatták a gyárakban és az üzemekben, amelyek gyakran SCADA-t és hasonló szoftvereket tartalmaztak a vezérlőtermekben. A század későbbi szakaszában bemutatták az ipari PC-ket, hogy lehetővé tegyék a fejlett HMI-alkalmazások áttelepítését a gyári padlóra.
A gyenge valós idejű teljesítmény és a Windows gyakori újraindítása miatt a piacon tapasztalt kezdeti vonakodás után ezek a PC-alapú fejlett HMI-k váltak a de facto szabvánnyá, megkongatva a szabadalmaztatott SCADA és más fejlett HMI-rendszerek halálkocsmáját.
A következő forradalom a sávszélesség és a hálózatok kapcsolódó területein következett be. Az Ethernet-képességek bővülésének köszönhetően a sávszélesség drámaian megnőtt, lehetővé téve a rendszerek egyszerű összekapcsolását, így megszűntek az automatizálási silók.
Az olyan hálózati szabványok, mint a TCP/IP és az egyre nyitottabbá váló PC{0}}alapú SCADA architektúra, egyre több távoli eszköz, például laptopok és irodai PC-k számára tette lehetővé az üzlethelyiség információinak elérését.
A PC{0}}alapú SCADA bevezetését követően a Microsoft Windows CE OS platform bevezetése lehetővé tette a fejlesztők számára, hogy a PC-alapú SCADA rendszerek számos eszközét és képességét a kisebb kapacitású távoli eszközök széles körére szállítsák. Ennek eredményeként sok szállító versengett az alacsony költségű platformok-építéséért, csökkentve ezzel a hardverárakat.
Ugyanakkor az internet megnyitotta az utat a hardverplatformok szélesebb köre közötti információcsere számára, beleértve a beágyazott HMI-ket, PLC-ket és SCADA-rendszereket. A beágyazott és fejlett HMI-szoftvercsomagok elkezdtek távoli hozzáférést kínálni, először böngészőkből, majd alkalmazásokból. Ez több volt, mint pusztán kényelmi tényező, mivel az, hogy az üzemeltetők és vezetők bárhonnan megtekinthették az információkat, az üzemek hatékonyabban működhetnek kevesebb munkaerővel.
A Windows CE és annak beágyazott Windows utódjának szabványos operációs rendszerként történő elfogadásával a beágyazott HMI-k jobban hasonlítanak a fejlett PC-{0}} és Windows--alapú HMI-szoftvercsomagokhoz. Sok felhasználó számára a beágyazott HMI-k ma már több mint megfelelőek az alkalmazásokhoz, lehetővé téve számukra, hogy váltsanak PC-alapú HMI-kről. Ez hatalmas költségmegtakarítást eredményez, mivel minden, ami a beágyazott HMI-vel kapcsolatos, sokkal olcsóbb, beleértve a programozási szoftvereket, a futásidejű licenceket, az éves szoftver-karbantartási díjakat és a célplatformokat.
A PC{0}}alapú HMI ipari környezetben való használatához ipari számítógépre és monitorra van szükség. A beágyazott HMI-vel egy iparilag továbbfejlesztett platform lényegesen alacsonyabb költségek mellett képes betölteni ugyanezt a szerepet. A modern beágyazott HMI-szoftverek beágyazott platformokon is működhetnek korlátozott feldolgozási teljesítménnyel, memóriával és egyéb hardvererőforrásokkal, de továbbra is olyan fejlett szolgáltatásokat nyújtanak, mint a felhasználóbarát grafikus felületek, a távoli hozzáférés, valamint a valós idejű jelentéskészítés, valamint a fő teljesítménymutatók trendjei.
Távoli hozzáférés és{0}}felhasználóbarát felületek
A mérnökök és a kezelők ugyanazt a könnyű használatot és funkcionalitást várják el munkakörnyezetükben, mint a személyes eszközeiktől, különösen a HMI-k esetében. Napjaink okostelefonjai és táblagépei a felhasználók elvárásait a vezeték nélküli kapcsolattal, a grafikus felületekkel és a kiváló mobilitással szemben támasztják, így nem meglepő, hogy a fogyasztói elektronika az ipari HMI-k egyik meghatározó szereplőjévé válik. Valójában sok szervezet csökkenti költségeit azáltal, hogy bevezeti a „Bring Your Own Device” (BYOD) szabályzatot, amely lehetővé teszi a termelési alkalmazottak számára, hogy saját okostelefonjaikat és táblagépeiket mobil HMI-ként használják.
A HMI-felhasználók most egységes kezelőfelület-élményt követelnek minden eszközön. Azt akarják, hogy a HMI-szoftver-legyen az beágyazott vagy PC-alapú-, hogy ugyanazt az irányítópult-élményt biztosítsa többféle hardvertípuson, a beágyazott HMI-képernyőktől az okostelefonokig és táblagépekig, operációs rendszertől függetlenül.
Válaszul számos beágyazott HMI szoftvercsomag kínálja ezeket a képességeket. Ezek a szoftvermegoldások olyan alkalmazásokat hoznak létre a beágyazott HMI-eszközökhöz, amelyek PC-ről, más beágyazott HMI-ről, okostelefonról és táblagépről is elérhetők.
A HTML5 támogatásával ezek a HMI-megoldások könnyen elérhetők a fő HMI-képernyőről, de méretük minden HTML5-szabványt támogató eszközhöz illeszkedik. A HTML5 szabvány megszabadítja a felhasználókat a lassú internetböngésző-letöltésektől vagy a hónapokig tartó várakozástól az alkalmazások létrehozására az adott eszközükön, mivel lehetővé teszi a beágyazott HMI-szoftverek gyártói számára, hogy gyakorlatilag bármilyen okostelefonra vagy táblagépre gyorsan telepítsenek egy alkalmazást. Ahogy a BYOD-irányelvek egyre elterjedtebbek, a HTML5-támogatás követelmény lesz, mivel a személyzet több eszközt használ a munkahelyén, és olyan alkalmazásokat igényel, amelyek jobban teljesítenek, mint a böngészők.
A személyzet hatékonyságának javítása érdekében nem csak az adatokat azonos módon kell bemutatni az eszközökön, hanem könnyen hozzáférhetőnek és kezelhetőnek is kell lennie. Bár a több-érintéses technológia egy másik „én is” funkciónak tűnhet, valójában segít a felhasználóknak a parancsok háromszor gyorsabb végrehajtásában, mint a hagyományos egyérintős képernyők.
Mivel egyre több kézi eszközt használnak információk lekérésére, a felhasználóknak ismerős és gyors módra van szükségük az adatokkal való interakcióhoz. A Multi-touch az okostelefonok és táblagépek ismerős képességeit hozza az ipari alkalmazásokba, például görgetést, nagyítást, objektumforgatást és{2}}lefúrást. Ahelyett, hogy értékes időt vesztegetnének a képernyők között a legördülő-menükkel és parancsokkal vészhelyzetben, a több-érintéses felhasználók megtalálhatják a szükséges információkat, majd kinagyíthatják a problémás területet, és másodpercek alatt változtatásokat hajthatnak végre.
A jövő körülöttünk van
A HMI-k fejlődése kibővítette az ipari automatizálási interfész eszközök körét, és az alkalmazások egyre integráltabbá válásával lehetséges, hogy egy napon ezt egy új kifejezés váltja fel, például a vizualizáció. Ez a lehetőség még nagyobb lehet, ha a beágyazott HMI-ről beszélünk.
Az elszigetelt, drága és szabadalmaztatott HMI-k napjai, amelyek korlátozott funkcionalitással rendelkeznek, és csak a felhasználó férhet hozzá a gép előtt, gyorsan véget érnek. A mai beágyazott HMI-alkalmazások a SCADA és más fejlett HMI-rendszerek számos funkcióját kínálják, de sokkal vonzóbb áron, különösen az iparilag továbbfejlesztett platformot igénylő üzemi{1}alkalmazások esetében.
Noha bizonyos esetekben továbbra is szükség lesz kezelőkre a műhelyben, a helyi vezérlőkkel és HMI-kkel kommunikáló távoli HMI-eszközök elterjedése nagymértékben növeli a dolgozók mobilitását és termelékenységét. Ez a jövő nem fogja helyettesíteni az emberek iránti igényt, de nagymértékben megnöveli a több üzemben és üzemterületen elért elérhetőséget, lehetővé téve számukra, hogy gyorsan alkalmazzák szakértelmüket a műveletek szükség szerinti javítására.