Raport: Interfejsy użytkownik–maszyna – teraz i w przyszłości

W maju 2007 roku redakcja Control Engineering Polska przeprowadziła badanie wśród inżynierów – automatyków z największych zakładów przemysłowych w Polsce oraz dostawców sprzętu dla potrzeb HMI. Naszym celem byłom.in. wykrycie trendów i tendencji pojawiających się na polskim rynku HMI oraz oczekiwań użytkowników wobec tych urządzeń. Analiza doprowadziła nas do bardzo ciekawych wyników i interesujących wnioski, a uzupełnieniem są komentarze specjalistów z firm – producentów bądź dystrybutorów.

Wykres 1. Ankieta została przeprowadzona wśród osób, które mają styczność z HMI bądź jako użytkownicy, bądź jako osoby rekomendujące ten sprzęt czy jako pracownicy firmy producenckich,
czy dystrybutorskich

Technologia interfejsów użytkownik- maszyna (z ang. Human-Machine Interface) w ciągu kilku ostatnich lat przeszła swoistą (r)ewolucję, a jej niepohamowany postęp wywiera znaczący wpływ na podejście do projektowania i realizacji współczesnych systemów automatyzacji procesów przemysłowych.

Nie da się nie zauważyć coraz częstszej obecności w nowo instalowanych maszynach – zamiast najpopularniejszych dotychczas monochromatycznych wyświetlaczy tekstowych z klawiaturami – interfejsów opartych na kolorowych panelach ciekłokrystalicznych; zwykle dotykowych, o przekątnych ekranu powyżej 10 cali. Stałym trendem, według dostawców, na polskim rynku jest również integracja sterownika z panelem wizualizacyjnym.

Na początek – definicja

Aby móc powiedzieć, że określone mechanizmy interakcji pomiędzy użytkownikiem a maszyną stanowią interfejs HMI, należy zdefiniować, co rozumiemy pod tym pojęciem. Interfejs taki musi zawierać przede wszystkim wizualizację procesu. Celem wizualizacji jest monitorowanie stanu maszyny / procesu sterowanego. Jako podstawowa funkcja wizualizacji w systemie sterowania monitorowanie może być przeprowadzane na wiele sposobów. 

Istnieje wiele rozmaitych zaleceń, uwzględniających wybór źródeł informacji na temat systemu – okazuje się jednak, że wybór ten zależy głównie od wymogów aplikacji oraz zakresu aplikacji (obszaru zastosowań). Podobnie różne są podejścia do kwestii wprowadzania informacji zwrotnej do systemu – od użytkownika / operatora maszyny / systemu.

Można zatem powiedzieć, że, poza monitorowaniem stanu procesu, jednym z istotnych zadań interfejsu HMI jest wprowadzanie informacji na temat decyzji operatora, podejmowanych na podstawie informacji z wizualizacji, do systemu sterowania. Składają się na to:

  • zmiana: danych procesowych, parametrów, wysyłanie istotnych informacji dla działania systemu sterowania, jak np. przełączanie trybów pracy systemu;
  • sposób wprowadzania danych do systemu sterowania – tutaj możemy wybierać pomiędzy: klawiszami, przyciskami, całymi klawiaturami wręcz, ale również pomiędzy różnego rodzaju przełącznikami czy wreszcie ekranami dotykowymi.

Projektując aplikację wizualizacji musimy uwzględniać bardzo wiele czynników; jednym z podstawowych jest szeroko rozumiana ergonomia pracy – aspekt artystyczny musi jedynie uzupełniać ten główny wymóg, stąd aplikacja wizualizacji powinna być projektowana zgodnie z kilkoma prostymi zasadami:

  • powinna spełniać: wymogi, standardy i specyfikacje, obowiązujące w przedsiębiorstwie zleceniodawcy,
  • powinna umożliwiać sterowanie parametrami wizualizowanego procesu,
  • powinna ułatwiać przeprowadzanie czynności serwisowych i diagnostycznych,
  • powinna być zaprojektowana tak, aby umożliwiać łatwą dalszą rozbudowę zarówno sprzętową, jak i programową,
  • powinna ułatwiać obsługę personelu, korzystającego z zaprojektowanej przez nas wizualizacji.

Tutaj pojawia się podnoszony od pewnego czasu problem normalizacji wybranych komponentów systemów wizualizacji (systemów receptur, systemów alarmów, trendów historycznych, kolorystyki ważnych elementów systemu, związanych z funkcjami bezpieczeństwa i zabezpieczeń), opisywany w Control Engineering Polska w grudniu 2006 r. w artykule „Standardy interfejsów operatora”. Pojawia się pytanie, czy i na ile należy standaryzować interfejsy użytkownik-maszyna? Różne branże rządzą się bowiem różnymi zasadami i wymaganie, aby interfejs obrabiarki CNC przypominał interfejs operatora linii sortującej półprodukty w jakimkolwiek procesie produkcyjnym, jest trudne do zrozumienia, a co dopiero do realizacji.

Widać, jak bogata problematyka związana jest z interfejsami użytkownik-maszyna. Publikowane już przez nas wyniki badań na rynku amerykańskim (patrz: „Interfejsy operatora”, Control Engineering Polska, wrzesień 2006) wskazują na stałe trendy w rozwoju technologii związanych z HMI. Coraz częściej również zdarza się, że starsze rozwiązania nie spełniają wymogów nowych norm, szczególnie w przypadku zastosowań dla przemysłu spożywczego czy farmaceutycznego.

Zestawienie respondentów

Te oraz inne problemy związane ze współczesnym rozwojem interfejsów HMI skłoniły nas do tego, by na początku maja tego roku poprosić blisko 3 tysiące naszych stałych czytelników o wypowiedzenie się w wybranych kwestiach związanych z interfejsami operatorów we współczesnych systemach automatyki. Spośród odpowiedzi czytelników (wykres 1.) wybraliśmy jedynie te (blisko 190), które pochodziły od osób, które na co dzień używają interfejsów operatora, np. jako pracownicy działów utrzymania ruchu albo operatorzy linii produkcyjnych (48,65%); kolejna grupa naszych respondentów podczas omawianego badania (37,75%) to przedstawiciele firm wdrożeniowych (integratorzy systemów), zajmujących się również doborem sprzętu.

Wykres 2. W przypadku interfejsów operatora żaden z czynników nie jest tak istotny, jak ergonomia pracy – interakcji pomiędzy użytkownikiem a sterowanym procesem 

Pośródbadanych użytkowników interfejsów HMI znaleźli się (7,95%) również przedstawiciele firm, które sprzedają interfejsy HMI (ta grupa naszych respondentów odpowiadała na nieco więcej pytań; jako dostawcy sprzętu na polskim rynku stanowili źródło nieocenionej wiedzy w kwestiach, o których mowa w dalszej części artykułu). Pozostałe 5,65% ankietowanych stanowili inni użytkownicy interfejsów operatorów, osoby związane z rekomendacją sprzętu na potrzeby interfejsów, projektanci oraz pracownicy naukowi uczelni technicznych.

Najważniejsze kryteria wyboru – według użytkowników

W przypadku interfejsów operatora żaden z czynników nie jest tak istotny, jak właśnie ergonomia pracy – interakcji pomiędzy użytkownikiem a sterowanym procesem poprzez urządzenia HMI.

Rozwój technologii matryc ciekłokrystalicznych spowodował, że coraz częściej spotykane są rozwiązania z ekranami dotykowymi (wykres 2.). Nasi respondenci (75%) właśnie taki sposób interakcji z urządzeniami preferują, oczekując takiej funkcjonalności od wybieranych przez siebie paneli operatorskich. Była to najczęściej pojawiająca się odpowiedź. Nie może zatem dziwić również rosnące zainteresowanie komputerami przenośnymi typu tablet, stanowiącymi bardzo wygodne narzędzie pracy.

Kolejnym istotnym aspektem działania paneli HMI jest integracja funkcjonalności wizualizacji i sterowania w ramach jednego urządzenia (67,05%). Według Pawła Łosia z firmy B&R Automatyka Przemysłowa z Poznania, polskiego przedstawiciela austriackiej firmy Bernecker+Rainer Industrie Elektronik Ges. m. b. H.: – Współcześnie integracja HMI ze sterowaniem stanowi trwałą tendencję.

Pokazują to również wyniki naszego ostatniego raportu na temat sterowników programowalnych na polskim rynku (Control Engineering Polska, luty 2007).

Podobne zdanie w tej kwestii ma Marek Kubanek z krakowskiej firmy CoNStel, współpracującej na co dzień z B&R.

Michał Januszek z firmy ASTOR potwierdza istotność tego aspektu działania interfejsów operatora: – Użytkownicy niewątpliwie potrzebują bieżących informacji o procesie, a tych informacji dostarczają układy HMI. Integracja układu sterowania z układem HMI w jednym urządzeniu powinna być stosowana tam, gdzie jest to uzasadnione (opłacalne).

Nieco odmienne stanowisko prezentuje Paweł Fraś z firmy Schneider Electric Polska: – Integracja sterownika z panelem jest krokiem wstecz. Zwiększa to awaryjność systemu automatyki i, moim zdaniem, nie będzie dalej kontynuowana.

Trudno odmówić mu racji: z jednej strony wygoda – z drugiej dwa razy więcej funkcji to dwa razy więcej możliwości awarii.

Patrząc jednak na współczesne zastosowania paneli operatorskich zintegrowanych ze sterownikami widać wyraźnie, że w systemach o podwyższonych wymaganiach co do bezpieczeństwa z reguły stosuje się rozwiązania, w których panel operatorski nie ma zintegrowanych funkcji sterujących, a jedynie (albo aż – głównie z uwagi na ich możliwości) funkcje służące wstępnej obróbce monitorowanych danych. Rozwiązania paneli HMI zintegrowanych ze sterownikami spotykane są głównie w budowie maszyn. Całą klasę urządzeń stanowią również rozwiązania paneli powszechnego użytku (np. w bezobsługowych wideotekach czy bankomatach).

Bardzo dobrym uzupełnieniem mogą być tutaj wypowiedzi:

Krzysztofa Hajzyka z firmy RAControls, autoryzowanego dystrybutora firmy Rockwell Automation w Polsce: – Integracja panelu wraz ze sterownikiem sprawdza się tylko przy mniejszych maszynach. W przypadku dużych systemów łatwiej będzie wybrać rozwiązanie oddzielone.

Zdaniem natomiast Piotra Kowzana z firmy AT Control System, przedstawiciela firmy Maple Systems: – Integracja HMI ze sterownikami PLC ukierunkowuje programistę na określone rozwiązania; naszym zdaniem na rynku powinny być dostępne układy lokalne i oddalone zarówno w przypadku sterowników PLC, jak i paneli operatorskich HMI.

Według Wojciecha Wąsika, szefa działu HMI/SCADA w firmie MPL TechGroup równolegle będą rozwijały się dwie klasy urządzeń: standard (panel bez sterownika) i control (panel operatorski zintegrowany ze sterownikiem) oraz bardziej zaawansowane, multimedialne panele operatorskie.

Możliwości graficzne współczesnych paneli operatorskich są bardzo rozległe. Od prostych obiektów graficznych po obsługę kontrolek ActiveX czy zaawansowanych „inteligentnych” symboli – wszystko to obecnie są narzędzia do tworzenia wizualizacji na panelach operatorskich. Nikogo nie dziwi również obsługa standardu .net. Możliwości graficzne paneli HMI stanowią istotne kryterium wyboru dla 45,45% naszych czytelników, związanych zawodowo ze sprzętem na potrzeby HMI.

Wykres 3. Dla potrzeb interfejsów HMI to jakość, poziom wsparcia technicznego oraz marka producenta stanowią najważniejsze kryterium wyboru 

Dla 25% ważny jest stopień ochrony IP frontu panelu. Typową obecnie wartością dostępnych na rynku rozwiązań jest stopień IP65 od frontu, przy stopniu ochrony IP20 od tyłu panelu. 4,55% naszych ankietowanych zwraca uwagę na poziom ochrony tylnej części panelu.

We wspomnianym wcześniej badaniu na rynku amerykańskim w 2006 roku ankietowani również zwracali szczególną uwagę na dostępność panelu dotykowego w interfejsach operatora. Na właściwości takie, jak płaski ekran (11,36% czytelników CE Polska) czy czytelność informacji z dużej odległości (29,55% – CE Polska) użytkownicy w Stanach Zjednoczonych zwracali w 2006 roku szczególną uwagę. Podobnie wygląda kwestia funkcjonalności komputera PC (27,27% w Polsce) czy integracji wizualizacji i sterowania – użytkownicy sprzętu dla HMI w Stanach Zjednoczonych uważali bardzo podobnie, co nasi respondenci.

Widać z tego, że teza postawiona już w raporcie na temat sterowników programowalnych na polskim rynku o tym, że nasz rodzimy rynek sprzętu dla automatyzacji procesów przemysłowych nie odbiega od innych rynków światowych (pod względem świadomości potrzeb użytkowników), wydaje się po raz kolejny potwierdzać.

Widać również, że współczesnych użytkowników paneli operatorskich na potrzeby HMI nie interesuje już wyświetlanie jedynie tekstu (0%) czy wyświetlanie informacji na ekranie monitora kineskopowego (1,14%). Identyczna sytuacja panuje na rynku amerykańskim. Na polskim rynku dość istotną pozycję (19,32%) ciągle zajmują panele z klawiaturami. Dodatkowo, przenośność urządzeń związanych z HMI jest ważna obecnie dla 9,09% ankietowanych – tak twierdzi Michał Januszek z firmy ASTOR, uważając występowanie tego typu urządzeń za zbliżający się przełom w technologii: – Przyszłością są mobilne urządzenia HMI pozwalające na diagnostykę i wprowadzanie danych, nie przerywając pracy przy urządzeniu / maszynie czy procesie bądź praca z HMI ze zdalnego, wydzielonego dla tego celu miejsca.

Wykres 4. Obecnie rynek opanowany jest przez kolorowe panele graficzne, natomiast panele tekstowe cieszą się ciągle niesłabnącą popularnością 

Widać zatem wyraźnie, na jak wiele aspektówdziałania interfejsów operatorów zwracają uwagę współcześni ich użytkownicy. Zapytaliśmy również naszych ekspertów w tej dziedzinie, dostawców sprzętu dla HMI na polskim rynku o to, czym kierują się ich klienci, zwracając się z zapytaniem o kupowany przez nich sprzęt i oprogramowanie.

Kryteria wyboru – zdaniem dostawców

W przeciwieństwie do wyników raportu poświęconego sterownikom programowalnym, gdzie cena (tutaj dla paneli 17,65%) była istotna dla około 38% respondentów, w przypadku sprzętu dla potrzeb interfejsów HMI to jakość, poziom wsparcia technicznego oraz marka producenta stanowią najważniejsze kryterium wyboru (21,57%) – takich informacji dostarczyli nam dostawcy sprzętu i oprogramowania dla HMI na polskim rynku (wykres 3.).

Pośród kryteriów wyboru paneli operatorskich dostawcy wymieniają również: elastyczność / uniwersalność zastosowań paneli, funkcjonalność (w tym możliwości realizacji funkcji sterujących) (15,69%); przyjazność i prostota obsługi oprogramowania (11,76%) dla celów projektowania aplikacji HMI jest ważniejsza aniżeli cena tegoż oprogramowania (5,88%) – użytkownicy podkreślają jednak, że rozwiązania, w których oprogramowanie dołączane jest za darmo, o pełnej funkcjonalności, nawet przez ograniczony czas, są preferowane w stosunku do narzędzi, w których licencjonowanie jest bardziej rygorystyczne.

Według dostawców 5,88% ich klientów wybiera panele HMI kierując się tym, czy interfejs oferuje panel dotykowy, czy też jedynie klawiaturę. Widać zatem, że pomimo tego, iż jest to funkcja, na którą wielu użytkowników zwraca uwagę (75%), to jednak cena tego typu rozwiązań jest jeszcze nadal na tyle wysoka, że (17,65%) decyduje o ostatecznym wyborze rozwiązania.

Funkcje przeglądarki internetowej są funkcją, która interesuje 18,18% użytkowników – według 3,92% naszych dostawców na polskim rynku jest to kryterium, z którym spotykają się na co dzień w swojej pracy, jest to jeden z aspektów działania paneli operatorskich, o które najczęściej pytają klienci.

Poziom sprzedaży

Zapytani o poziom sprzedaży dostawcy sprzętu dla HMI bardzo otwarcie dzielili się z nami danymi za ostatni rok swojej działalności. Dane, które dzięki temu zgromadziliśmy, przedstawiamy państwu poniżej. Z wykresu 4. wynika, że obecnie rynek opanowany jest przez kolorowe panele graficzne (50% dostawców twierdzi, że w poprzednich 12 miesiącach sprzedało więcej aniżeli 100 sztuk tego typu interfejsów).

Panele tekstowe cieszą się ciągle niesłabnącą popularnością (25% pytanych sprzedało między 50 a 100 sztuk, taki sam odsetek między 10 a 50) – zapewne z uwagi na cenę, choć ta często bliska jest obecnie cenie paneli graficznych monochromatycznych: stąd po 16,67% ankietowanych twierdzi, że sprzedało powyżej 100 sztuk zarówno rozwiązań z wyświetlaczami jedynie tekstowymi, jak i graficznymi monochromatycznymi. Wydaje się zatem, że stałą tendencją na rynku paneli operatorów w Polsce będzie rosnąca popularność dotykowych rozwiązań z graficznymi panelami kolorowymi, coraz częściej o dużych rozdzielczościach.

Nowe technologie matryc dotykowych dają wiele możliwości wymiany informacji pomiędzy operatorem a maszyną / procesem sterowanym. Wprowadzanie parametrów jest znacznie ułatwione, a wyraźnie zaprojektowane elementy wizualizacji mogą przyczynić się do znaczącej poprawy jakości i wydajności produkcji, zwiększenia poziomu bezpieczeństwa czy w rezultacie do większej niezawodności rozwiązania.

Wykres 5. Oddalenie (praca w sieci) interfejsów użytkownik-maszyna jest istotnym kierunkiem rozwoju tego typu urządzeń 

O porównaniu ergonomii pracy z dotykowymi kolorowymi panelami graficznymi w porównaniu z rozwiązaniami tekstowymi z klawiaturami nie ma nawet co wspominać: co według Państwa jest prostsze? – wyraźny, zrozumiały dla każdego symbol graficzny?, czy też skomplikowane, zwykle niemieszczące się na jednym ekranie komunikaty tekstowe?, które trzeba przeczytać, zrozumieć, zinterpretować. Ergonomia pracy to głównie prostota przekazu informacji od procesu do operatora – niejednokrotnie czasy te są krytyczne w przypadku awarii systemu (więcej na ten temat w kolejnym – lipcowym Control Engineering Polska w artykule „Obsługa stanów alarmowych”).

W lipcowym numerze Control Engineering Polska rozwiniemy również inny temat związany z HMI – w artykule „Nowe spojrzenie na istniejące systemy” skupimy się w całości na problematyce wizualizacji i paneli operatorskich w nowo tworzonych i modernizowanych systemach oraz opiszemy problemy, jakie powstają podczas wyboru sprzętu i oprogramowania dla aplikacji HMI/SCADA. Na kilku wybranych przykładach pokażemy, jak dobrze opracowany projekt wizualizacji może przyczynić się do „nowego spojrzenia” na działające już systemy sterowania – nowego w sensie jakości produkcji bądź spełnienia coraz bardziej rygorystycznych norm w wybranych branżach.

Komunikacja

W marcu tego roku w artykule „Bezpieczeństwo interfejsów użytkownika” przybliżyliśmy problemy związane z bezpieczną pracą systemów sterowania oraz zabezpieczeniami w warstwie wymiany informacji. Problemy te nabierają szczególnego znaczenia, gdy współcześnie coraz częściej urządzenia działają w jednej sieci informatycznej przedsiębiorstwa, przy czym wyróżnia się dwie strefy bezpieczeństwa: strefę procesu, gdzie dane przesyłane w sieci pochodzą od urządzeń / maszyn / sterowników i są do nich przesyłane oraz strefę „biurową”, gdzie komputery, drukarki, faksy oraz inne urządzenia współdziałają, dodatkowo łącząc się ze światem zewnętrznym poprzez sieć Internet.

Wykres 6. Prawie 83% użytkowników zauważa istotność i wręcz konieczność tego, aby panel zawierał funkcjonalność pracy w sieci z innymi urządzeniami 

Panele operatorskie zwykle znajdują się w strefie produkcji, gdzie dostęp do wybranych funkcji w systemach sterowania musi być ograniczony, gdzie jedynie autoryzowani użytkownicy mogą do określonego poziomu ingerować w funkcjonowanie systemu: zupełnie inne prawa dostępu ma operator, którego zadaniem będzie włączenie / wyłączenie maszyny, a do zupełnie innych funkcji sięga pracownik działu utrzymania ruchu, którego zadaniem może być przykładowo: zmiana receptury parametrów procesu produkcyjnego, nastaw regulatorów PID oraz innych.

Podczas naszego badania zapytaliśmy dostawców paneli operatorskich na polskim rynku, co sądzą na temat stopnia oddalenia panelu operatorskiego od procesu, którego dotyczą. Pytaliśmy również, jak oceniają przyszłość paneli operatorskich pod tym względem.

Wyniki zaprezentowane na wykresie 5. mówią same za siebie: oddalenie (praca w sieci) interfejsów HMI jest istotnym kierunkiem rozwoju tego typu urządzeń – tak twierdzi 58,33% naszych ankietowanych – dostawców na polskim rynku. 25% podkreśla, że jednak to rozwiązania lokalne przeważać będą w przyszłości.

Oddalenie interfejsu użytkownika od sterowanego procesu nigdy nie byłoby możliwe, gdyby nie stosowane w panelachoperatorskich interfejsy komunikacyjne. O tym, że w sterownikach programowalnych różnorodność dostępnych interfejsów wymiany informacji pomiędzy urządzeniami jednego producenta oraz sterownikami różnych producentów jest bardzo ważna, przekonaliśmy się podczas ostatnich badań rynku tychże urządzeń. O tym, jak ważna dla naszych czytelników – użytkowników urządzeń HMI jest różnorodność interfejsów komunikacyjnych, świadczą odpowiedzi na kolejne pytanie naszej ankiety (wykres 6.).

Dla 35,22% użytkowników bardzo ważne jest, aby panel operatorski miał interfejs komunikacji pozwalający mu na pracę w sieci; dla 42,03% komunikacja z innymi komponentami systemów sterowania jest znacząca podczas wyboru panelu operatora do swojej aplikacji. Za mało istotne (17,07%) występowanie w panelu operatorskim uważali najprawdopodobniej ci użytkownicy, którzy wykorzystują interfejsy użytkownika do budowy urządzeń, niepracujących w sieci, mających jedynie lokalne panele operatorskie. 5,68% twierdzi, że jest to istotny aspekt działania interfejsów operatora. Podsumowując, 82,93% użytkowników zauważa istotność i konieczność wręcz tego, aby panel zawierał funkcjonalnośćpracy w sieci z innymi urządzeniami, w tym z innymi: panelami, sterownikami, serwonapędami, stacjami rozproszonych wejść / wyjść procesowych czy z siecią „biurową” w przedsiębiorstwach.

Zapytaliśmy zatem naszych czytelników, które z opcji / funkcji związanych z komunikacją pomiędzy panelami a siecią procesową / „biurową” w przedsiębiorstwie uważają za najistotniejsze. Skupmy się (patrz wykres 7.) na tych odpowiedziach, które wybrała znacząca grupa czytelników.

Współcześnie zapewnienie efektywnej wymiany danych pomiędzy wieloma urządzeniami wielu producentów możliwe jest dzięki stosowaniu tego typu mechanizmów, jak np. wymiana danych z użyciem serwerów OPC: 32,43% użytkowników uznała, że panele operatorskie wykorzystujące funkcje OPC są stosowane, a 27,03% zauważa ważność tych funkcji z punktu widzenia aplikacji. 46,38% respondentów podkreśla, że współczesne panele operatorskie charakteryzuje (gdy już mają tego typu mechanizmy) otwartość stosowanych interfejsów / protokołów komunikacji, choć 36,17% mówi, że stosowane są również panele z interfejsami / protokołami dedykowanymi dla danych grup sterowników / urządzeń, gdzie elastyczność zastosowania ogranicza się np. do rodziny sterowników programowalnych. I choć nowoczesne rozwiązania z coraz większym impetem zdobywają rynek (myślę tutaj chociażby o Ethernecie czasu rzeczywistego), to jednak według 38% ankietowanych połączenie szeregowe jest ciągle istotne i ważne.

Wykres 7. Współcześnie panele operatorskie muszą zapewniać pracę w sieci urządzeń; integracja funkcji sterowania i wizualizacji w niektórych rozwiązaniach wręcz to narzuca 

Gdy zapytaliśmy naszych czytelników o możliwość zastosowania w pracy paneli połączenia bezprzewodowego, to tylu samo była sceptyków, jak i entuzjastów tegoż rozwiązania (wynikało to z komentarzy): 29,41% uważa, że tego typu funkcje mogą być ważne z punktu widzenia aplikacji, natomiast 17,65% twierdzi, że funkcje te są bardzo często wykorzystywane (chociażby w przenośnych interfejsach operatora).

Niewątpliwie panele operatorskie muszą współcześnie zapewniać pracę w sieci urządzeń; integracja funkcji sterowania i wizualizacji w niektórych rozwiązaniach wręcz to narzuca.

Dominujące rozwiązania sieciowe

Zapytaliśmy naszych dostawców na polskim rynku o dominujące w ich ofercie rozwiązania w tej kwestii. Odpowiedzi mogą Państwo zobaczyć na wykresie 8. Dość znaczącą odpowiedzią (83,33% ankietowanych takiej udzieliło) było występowanie w ofercie paneli operatorskich połączenia Ethernet. Ciągle niesłabnącą popularnością cieszy się Profibus (41,67%). Ofertę związaną z protokołami bezprzewodowymi zadeklarowało już jedynie 8,3% dostawców. Protokoły czasu rzeczywistego, jak: Ethernet Powerlink (33,3%) oraz EtherCAT (8,33%), powoli zadomawiają się na naszym polskim rynku.

Wykres 8. Dominującą odpowiedzią było występowanie w ofercie paneli operatorskich połączenia Ethernet 

Kwestia standaryzacji interfejsów HMI

W grudniu 2006 roku prezentowaliśmy na naszych łamach artykuł zatytułowany „Standardy interfejsów operatora”. W artykule tym przytaczana jest wypowiedź Joe Binghama, szefa komitetu ISA-SP101 (www.isa.org, The Instrumentation, Systems, and Automation Society, organizacji zrzeszającej: elektryków, automatyków, metrologów – wszystkie grupy inżynierów pracujące nad współczesnym rozwojem technologicznym):

– Przemysł oczekuje standardu od dłuższego czasu. Standaryzacja wniesie szeroko rozumianą spójność i konsekwencję do projektów ekranów wizualizacji. Znacznie ułatwi to szkolenie obsługi-operatorów. Dodatkowo inżynier-operator będzie znacznie łatwiej poruszał się po już zaprojektowanym systemie. Informacje będą prezentowane na różne sposoby. Standaryzacja zmniejszy, jeśli nie wyeliminuje, potrzebę przeprowadzania specjalistycznych szkoleń.

Wykres 9. Znacząca większość użytkowników uważa, że w ciągu najbliższych 10 lat HMI sterowane głosowo będą produktem niszowym i stosowanym w wąskiej grupie branż 

Bingham wyjaśnia również, że intencją opracowania standardu nie jest wymuszenie na producentach oprogramowania zmiany promowanego przez siebie podejścia do procesu tworzenia wizualizacji: – Chcemy, aby opracowany przez nas standard był niezależny od oprogramowania. Aktualnie pracujemy nad listą problemów, których standard dotyczyć na pewno nie będzie. Na dziś uznaliśmy, że opracowywany standard nie będzie dotyczył: telefonów komórkowych, paneli analogowych (z diodami i lampkami), rejestratorów tablicowych, zegarów ani żadnego urządzenia o rozdzielczości wyświetlacza mniejszej niż 320 x 240 pikseli. Dodatkowo uznaliśmy, że interfejsy HMI muszą mieć co najmniej 64 kolory. Takie determinanty pozwalają nam rozpocząć intensywne prace nad standardem.

Podczas naszego badania zapytaliśmy dostawców sprzętu dla potrzeb HMI, co sądzą o tego typu standaryzacji rozwiązań.

Krzysztof Hajzyk z firmy RAControls uważa podobnie jak członkowie komitetów, którzy już nad tymi kwestiami pracują: – Jest to celowe. Zestandaryzowana powinna być obsługa alarmów. Powinno się zestandaryzować wygląd niektórych ekranów (np. kontrolek do napędów itp.); pozwoliłoby to zmniejszyć koszty szkoleń obsługi. Operatorowi byłoby łatwiej przechodzić do obsługi innych maszyn.

Pewne zalety opracowania standardu dla potrzeb interfejsów HMI zauważa Piotr Kowzan z firmy AT Control System: – Moim zdaniem unormowanie takie nie jest dziś koniecznie, jednakże daje dużą swobodę programowania. Wprowadzenie norm wiąże się z kosztownymi, gruntownymi zmianami w oprogramowaniu. Rozwiązanie takie ma jednak zalety, jeśli uwzględniamy łatwość eksportowania i importowania projektów do nowszych modelipaneli operatorskich oraz standaryzację bibliotek i elementów.

Trafnie puentuje to Marek Kubanek z firmy CoNStel: – Każda normalizacja jest celowa. Z jednej strony ogranicza różnorodność rozwiązań, zaś z drugiej porządkuje rynek.

Według Wojciecha Wąsika z firmy MPL TechGroup unormowania tego typu nie są potrzebne. Natomiast Łukasz Mik z firmy Multiprojekt zwraca uwagę na tę stronę pracy interfejsów operatorów, która związana jest z wymianą informacji w sieci: – Według mnie przede wszystkim unormowane powinny zostać podane protokoły komunikacyjne oraz sposób wyprowadzeń przewodów w złączach. Pozostałe elementy nie mają tak wielkiego znaczenia.

Pytanie o standaryzację rozwiązań paneli operatorskich pozostaje zatem otwarte: nie da się bowiem ustalić standardu dla wszystkich komponentów systemów wizualizacji i wprowadzania danych do sterowanego procesu. Pewne elementy wizualizacji powinny ulec uporządkowaniu: systemy alarmów, systemy receptur, elementy graficzne typowych elementówsystemów automatyki, sposoby sygnalizacji dźwiękowej oraz inne tego typu powtarzalne elementy. Należy jednak pozostawić trochę miejsca na wyobraźnię projektanta / grafika – miejsca na odrobinę sztuki…

Interfejsy sterowane głosem

Swoistym novum na rynku paneli operatorskich są urządzenia sterowane głosem. Zapytaliśmy ekspertów z firm, zajmujących się sprzedażą paneli operatorskich na polskim rynku. Krzysztof Hajzyk z firmy RAControls podchodzi do przyszłości tego rozwiązania dość sceptycznie: – Nie wydaje mi się, że w warunkach przemysłowych takie rozwiązanie może być przydatne. Nie widzę zastosowania. Poziom hałasu na halach produkcyjnych może powodować błędy, na co nie można sobie pozwolić.

Podobne opinie usłyszeliśmy od innych dostawców HMI na polskim rynku:

– Nie widzimy przydatności sterowania głosem w warunkach przemysłowych – powiedział np. Paweł Łoś z firmy B&R Automatyka Przemysłowa.

– Odpowiedzialne zadania stawiane przed interfejsami HMI nie dopuszczają błędów. W otoczeniu, w jakim pracują panele operatorskie, tylko świadomy wybór poprzez ekran dotykowy lub klawiaturę daje pewność w sterowaniu procesami, stwierdził – Paweł Fraś ze Schneider Electric Polska.

Wojciech Wąsik z firmy MPL TechGroup sugeruje, aby poczekać kilka lat na rozwój technologii tychże paneli. Łukasz Mik z firmy Multiprojekt uważa podobnie: – Nie będą one miały praktycznego zastosowania w przemyśle do momentu, aż zostaną dopracowane.

Wykres 10. Zgodnie z tym, czego oczekiwaliśmy po odpowiedziach na temat funkcji, jakich użytkownicy oczekują od współczesnych rozwiązań, 42,05% to rozwiązania oparte na systemie Windows XP Professional, a 40,91% to rozwiązania wykorzystujące platformę Windows CE 

W opinii Michała Januszka z firmy ASTOR obydwa te wątki (obawy o zachowanie wymaganego poziomu bezpieczeństwa i sugestie, aby poczekać kilka lat na nowocześniejsze, dopracowane rozwiązania) łączą się w jedną całość: – Obecnie jeszcze to nie jest ten etap. Rozwiązania w przemyśle wymagają determinizmu. Ewentualny błąd przy interpretacji mógłby spowodować zbyt duże straty. Niekiedy warunki uniemożliwiają wydawanie poleceń głosem, np. ze względu na zbyt duży hałas. W przyszłości pewnie tak – obecnie jeszcze nie.

Z kolei Piotr Kowzan z firmy AT Control System zauważa: – Niestety, nie mieliśmy jeszcze możliwości przetestować tych urządzeń, dlatego wstrzymujemy się zopinią.

W kwestii paneli operatorskich sterowanych głosem wypowiedzieli się również nasi czytelnicy (wykres 9.). Znacząca większość z nich (59,09%) uważa, że nawet pomimo prawdopodobnego pojawienia się tego typu produktów na rynku w ciągu najbliższych 10 lat będzie to produkt mało popularny – niszowy, spotykany i stosowany w wąskiej grupie branż.

Słabe strony niezawodności tego typu rozwiązania komunikacji pomiędzy użytkownikiem a sterowanym procesem / maszyną zauważa 23,86% ankietowanych. Dużo wiary w ekspansję rozwiązań sterowanych głosem wykazało 12,5% respondentów, twierdząc, że rozwój technologiczny spowoduje, iż rozwiązania te wyprą istniejące rozwiązania w ciągu najbliższych 15 lat, zakładając przy tym bezpiecznie, że rozwiązania te zostaną dopracowane najpóźniej za około 10 lat.

Najbardziej pesymistycznie podchodzi do kwestii stosowania paneli operatorskich sterowanych głosem 4,55% naszych czytelników, związanych ze sprzętem dla HMI, nie widząc jakiejkolwiek przydatności tego typu rozwiązania.

Wydaje się zatem, że kwestia paneli operatorskich sterowanych głosem budzi gorące dyskusje zarówno pośród naszych czytelników, jak i dostawców sprzętu i oprogramowania dla HMI na polskim rynku. Hałas na halach produkcyjnych jest tym z czynników, który był najczęściej sygnalizowany jako element zakłócający pracę tego typu rozwiązań.

Naszym zdaniem ewolucja tego typu paneli zmierzać będzie najpierw bardziej w kierunku realizacji funkcji autoryzacji dostępu użytkownika, być może w połączeniu z wybranymi cechami biometrycznymi, jak np. odcisk palca, aniżeli w stronę wydawania komend sterujących pracą panelu, prowadzących do zmiany parametrów algorytmów sterowania. Trudno wypowiadać się z całą pewnością w tej kwestii, albowiem aktualnie na polskich uczelniach (w tym na Politechnice Szczecińskiej) prowadzone są dynamiczne badania w dziedzinach związanych z przetwarzaniem sygnałów, w tym sygnału mowy ludzkiej.

Systemy operacyjne paneli operatorskich

Ostatnią kwestią, którą chcieliśmy poruszyć w naszym raporcie, poświęconym interfejsom HMI na polskim rynku, były systemy operacyjne, na jakich oparte są obecne na tymże rynku panele operatorskie (wykres 10.). Zgodnie z tym, czego oczekiwaliśmy po odpowiedziach na temat funkcji, jakich użytkownicy oczekują od współczesnych rozwiązań – i Państwa nie może dziwić, że 42,05% to rozwiązania oparte na systemie Windows XP Professional, a 40,91% to rozwiązania wykorzystujące platformę Windows CE. Coraz rzadziej spotykane są (18,18%) panele z Windows NT (w przypadku tego systemu, po zamknięciu okresu wsparcia technicznego ze strony Microsoftu należy spodziewać się, iż liczba tego typu rozwiązań z roku na rok będzie spadać).

Polska odzwierciedleniem światowych trendów

Podsumowując, chcielibyśmy serdecznie podziękować wszystkim Państwu, którzy poświęcili nieco czasu i podzielili się z naszymi czytelnikami spostrzeżeniami na temat wybranych kwestii działania i stosowania sprzętu i oprogramowania dla potrzeb HMI. Komentarze naszych ekspertów, dostawców tegoż sprzętu na naszym rodzimym rynku są również odzwierciedleniem światowych trendów w tej dziedzinie i należy, naszym zdaniem, z tego korzystać. Przyszłość interfejsów operator-maszyna wydaje się być dosyć klarowna: kolorowe, dotykowe panele ciekłokrystaliczne (przy jednoczesnych intensywnych pracach nad technologią Multi-Touch – wielopunktowej interakcji z panelem w ramach jednej matrycy) – o wielu opcjach komunikacji z innymi urządzeniami, w tym komunikacji bezprzewodowej; wszystko to zgodne jest z wszechobecnym nurtem poprawy: jakości wytwarzania, efektywności produkcji, zwiększania poziomu bezpieczeństwa i zabezpieczeń informatycznych w sieciach przedsiębiorstw.

Mamy nadzieję, że wyniki niniejszego raportu przydatne będą w Państwa codziennej pracy i oczekujemy na sugestie, związane z kolejnymi tego typu opracowaniami.

PRODUKTY HMI

Przenośny terminal – B&R Mobile Panel

Mobile Panel jest perfekcyjnie dostosowany do trudnych warunków przemysłowych. Okrągła, podwójna obudowa absorbuje wszelkie wstrząsy. Przewód, przyłącza oraz obudowa są zabezpieczone przed pyłem oraz rozpyloną wodą. Specjalna powłoka pokrywająca terminal chroni go przed wpływem kwasów, alkoholu oraz innych środków czyszczących. Są to główne zalety Mobile Panel, zwłaszcza w zastosowaniach w strefach niebezpiecznych.

W urządzeniu zintegrowano trójstopniowy przełącznik zezwolenia oraz przycisk E-Stop; oba spełniająwymagania 4 kategorii bezpieczeństwa. Połączenie do szafy rozdzielczej jest wykonane pojedynczym przewodem zawierającym w sobie linie zasilania, komunikacji oraz sterowania. Pozwala to na swobodę przemieszczania Mobile Panel.

Uchwyt jest mocowany do Mobile Panel bez potrzeby stosowania jakichkolwiek narzędzi tak, by można było go dopasować optymalnie dla prawo- i leworęcznych operatorów.

Mobile Panel z zintegrowanym sterownikiem dostępny jest z wyświetlaczami: 5,7" QVGA LCD kolor oraz 8,4" VGA TFT kolor. Obsługiwany jest poprzez kombinację przycisków funkcyjnych, numerycznych oraz ekranu dotykowego. Możliwe jest indywidualne wykonanie obudowy, przełączników, wyświetlacza. Dla celów komunikacyjnych w systemie zintegrowano interfejsy Ethernet, CAN-bus oraz RS232.

B&R Automatyka Przemysłowa sp. z o.o.

www.br-automation.com

Webpanele SAIA

SAIA®Micro-Browser to idea dedykowana HMI i alternatywa dla paneli operatorskich, bazujących na klasycznych rozwiązaniach systemowych. Technologia internetowa przeniesiona została do obszaru zastosowań typowego dla terminali operatorskich.

Webpanele SAIA to łatwe i szybkie projektowanie aplikacji, funkcjonalność i niezawodność oraz pełna adaptacja do pracy. Wykorzystując intuicyjne, w pełni graficzne środowisko projektowe Web-Editor, użytkownik może stworzyć własny projekt – bez konieczności znajomości języka JAVA i HTML. Raz zaprojektowana aplikacja może być wizualizowana na wszystkich Webpanelach i komputerach PC. Urządzenia są w pełni zintegrowane i kompatybilne ze sterownikami SAIA, co umożliwia odczyt stron internetowych z pamięci sterownika oraz bezpośredni dostęp do jego zasobów systemowych (zmienne, obiekty HEVAC). Webpanele standardowo wyposażone są w interfejsy RS232/485, USB, Ethernet, mają ekrany o przekątnych 3,5" oraz 5,7", kolorowe bądź monochromatyczne, z matrycą dotykową.

SABUR sp. z o.o.

www.sabur.com.pl

Panele dotykowe Weintek Serii MT8000

Firma Weintek wprowadziła na rynek nową serię paneli MT8000. Ich funkcjonalność została rozszerzona m.in. o obsługę portów drukarek oraz pamięci USB. Trzy porty komunikacyjne RS umożliwiają współpracę ze sterownikami wielu producentów. Aplikacje można tworzyć z czterema językami opisów. Dane można kopiować na karty CF lub Pendrive w formacie CSV, bez pośrednictwa sterownika. Dużej modyfikacji uległ także port Ethernet. Oprócz poprzednio istniejącego protokołu Modbus TCPIP do komunikacji ze sterownikiem dodano możliwość bezpośredniej komunikacji pomiędzy panelami oraz wgrywania aplikacji i receptur.

Nowością są także głośniki i wejście mikrofonowe. Pozwala to na definiowanie komunikatów dźwiękowych, zintegrowanych z klawiszami. Oprogramowanie narzędziowe, tak jak w poprzedniej serii, jest dostępne bezpłatnie bezpośrednio na stronie internetowej.

INTROL sp. z o.o.

www.introl.pl

Dotykowe panele operatorskie firmy Weintek

Panele firmy Weintek ze względu na swoje możliwości i konkurencyjną cenę stanowią doskonałą alternatywę dla tradycyjnych paneli sterowania. Dotykowe panele operatorskie serii MT500 oraz MT8000 charakteryzuje m.in.:

  • uniwersalność we współpracy ze sterownikami różnych producentów,
  • wydajny procesor 32-bit typu RISC,
  • rezystancyjna matryca dotykowa,
  • matryca TFT do 65 tys. kolorów,
  • pamięć flash do 32 MB,
  • komunikacja po RS232, RS485 oraz Ethernet,
  • obsługa protokołu MODBUS RTU oraz MODBUS TCP/IP,
  • darmowe i łatwe w użytkowaniu oprogramowanie narzędziowe Easy Builder,
  • wbudowana obsługa alarmów, receptur oraz makr,
  • obudowa zapewniająca IP65 w zabudowie. Bezpośredni dostawca oferuje darmowe szkolenia z zakresu obsługi paneli weintek.

Multiprojekt

www.weintek.pl

Panele operatorskie HMI serii NS

Seria NS to kolorowe i monochromatyczne, dotykowe panele operatorskie o przekątnych ekranu: 5", 8", 10" i 12"; a pełna gama 32 768 kolorów (256 kolorów dostępnych do edycji ekranów) pozwala na stworzenie czytelnego, efektownego ekranu – interfejsu pomiędzy operatorem a maszyną.

W zależności od potrzeb możliwe są różne konfiguracje połączeń między panelami NS a sterownikami PLC:NS:PLC = 1:1, NS:PLC = 1:2, NS:PLC = 1:N, NS:PLC = M:N. W serii NS znajdują się modele wyposażone w karty: Ethernet, Controller Link (CLK), które mogą pracować jako węzły typu Slave w ww. sieciach przemysłowych. Całkowicie nowe możliwości stwarza zamontowanie karty z 2/4 wejściami wideo. Pozwala to na podłączenie sygnału z systemów wizyjnych, np. serii F150, F160. Dostępne w panelu 3 rozmiary obrazu wideo 320 x 240, 640 x 480 lub 800 x 600 dają możliwość łączenia na jednym ekranie obrazu z kamer i obiektów ekranu sterowania.

Użyteczne mogą być również funkcje wyświetlania na panelach NS konsoli programującej do systemów wizyjnych F150 i F160 oraz monitorowanie programu drabinkowego sterowników PLC (funkcja ta dotyczy jedynie sterowników CS1/CJ1). Omron Electronics sp. z o.o. www.omron.com.pl

Panele operatorskie IT ESA

Rodzinę paneli operatorskich IT firmy ESA tworzą wyświetlacze IT105 o przekątnej 5,7" oraz IT107 o przekątnej 7,5".

IT107 charakteryzuje optymalna konfiguracja, w pełni wykorzystująca możliwości platformy oprogramowania Polymath i zastosowanie szybkiego procesora. Gwarantują one wysoką wydajność i jakość generowanego obrazu. Szeroki, dotykowy panel TFT o rozdzielczości 640 x 480 pikseli wyświetla 65 tysięcy kolorów. Wysoki stopień ochrony IP65 (od frontu) zapewnia niezawodną pracę nawet w bardzo niekorzystnych warunkach. Funkcjonalność urządzenia zwiększa bogate wyposażenie w interfejsy:

  • podwójny USB,
  • Ethernet 10/100,
  • slot na karty SD,
  • dwa porty RS232/485.

Dostępnych jest wiele protokołów komunikacyjnych, których aktualna lista znajduje się na stronie www.esahmi.com.

SABUR sp. z o.o.

www.sabur.com.pl

B&R Power Panel PP45

Nowy Power Panel PP45 jest uzupełnieniem udanej i sprawdzonej rodziny B&R Power Panel. Kompaktowe wymiary, zintegrowane funkcje sterowania i wizualizacji oraz interfejs We/Wy czynią z niego niedrogie, kompletne rozwiązanie dla producentów maszyn.

Jako system komunikacji wykorzystane są sieci: Ethernet, X2X. Dodatkowo urządzenia te zostały wyposażone w gniazdo dla kart interfejsów. W zależności od wymagań Power Panel może być rozszerzony o komunikację: ETHERNET Powerlink, CAN bus, Profibus DP lub RS485/RS232; dzięki czemu otrzymujemy produkt doskonale odpowiadający każdemu rodzajowi zadania.

Wszystkie komponenty wraz z ekranem 5,7" QVGA LCD są scalone w jednej, kompaktowej obudowie. Dostępne są wyświetlacze czarno-białe lub kolorowe z przyciskami funkcyjnymi albo ekranem dotykowym. PP45 pracuje bez wentylatora i ma od frontu stopień ochrony IP65, zatem może być wykorzystywane w ciężkim warunkach przemysłowych.

B&R Automatyka Przemysłowa sp. z o.o.

www.br-automation.com

ce