Od nowoczesnych paneli sterowniczych, popularnie nazywanych też panelami HMI (ang. Human Machine Interface), oczekujemy nie tylko możliwości kontroli innych urządzeń, odbierania i przekazywania różnych sygnałów, zbierania i prezentowania danych np. z pomiarów czy bieżącej wizualizacji procesów, ale też wypełniania funkcji do niedawna związanych tylko z komputerami.

Ogólnie panele HMI można podzielić na podstawowe i zaawansowane, coraz bliższe komputerom PC typu all in one, w których połączono komputer z monitorem. Zaawansowany sprzęt oparty na komputerze PC polecany jest dla branż, w których produkcja stawia duże wymagania dotyczące liczby i charakteru przetwarzanych danych. Coraz częściej panele HMI wyposaża się w oprogramowanie, co pozwala na przejmowanie przez nie wielu zadań wykonywanych przez komputery przemysłowe. W takim przypadku operator może je wykorzystać np. do raportowania, pokazywania trendów, do komunikacji z innymi urządzeniami w tym z systemami realizacji produkcji MES (Manufacturing Execution System). Można je łączyć ze sterownikami PLC, modułami komunikacyjnymi, drukarkami, mają one też wbudowane interfejsy do sieci bezprzewodowych.

Szybko rosnący rynek

Zakres zastosowań paneli HMI znacznie wykroczył dziś poza zastosowania w zakładach produkcyjnych. Wykorzystuje się je np. w komunikacji miejskiej w automatach do sprzedaży biletów, do wyświetlania reklam audiowizualnych itp. Rozwój technologii i szerokie spektrum zastosowań powodują, że światowy rynek paneli HMI rozwija się bardzo szybko. Z raportu z badania rynku światowego paneli HMI przygotowanego przez firmę analityczną Arizton wynika, że do 2023 r. wygeneruje on przychody na poziomie ponad 8 mld dolarów, rosnąc w latach 2017-2023 średnio o ponad 9% rocznie. Przewiduje się, że rosnące znaczenie bezpieczeństwa, efektywności energetycznej, poszukiwanie lepszej wydajności i zrównoważonego rozwoju doprowadzi do prosperity globalnego rynku interfejsów HMI.

Natomiast wdrożenie rozwiązań SCADA i PLC w systemach automatyki przemysłowej zdecydowanie zmieni rynek w ciągu najbliższych kilku lat. W opublikowanym w minionym roku przez firmę analityczną MarketWatch opracowaniu, wśród głównych światowych dostawców paneli operatorskich HMI wymienia się takie firmy jak: Siemens, ABB, Eaton, Schneider Electric, Honeywell, General Electric, Emerson Electric, Advantech, Beijer Electronics, Yokogawa Electric. Dla wielu ważnych na tym rynku graczy rozwój paneli HMI jest częścią ich strategii biznesowej, np. w 2016 r. firma Rockwell Automation nabyła firmę Magnemotion właśnie, aby rozszerzyć swoją działalność w tym zakresie.

Coraz większy udział nowoczesnych technologii

Analitycy z Arizton zwracają uwagę na wprowadzenie technologii HTML5 i przemysłowego internetu rzeczy (IIOT), które umożliwiają użytkownikom większą elastyczność i wygodę. Z kolei rozwój technologii i najnowsze wersje programów pozwala na optymalne kierowanie, monitorowanie i analizowanie pracy maszyn i urządzeń w różnych gałęziach przemysłu. Rośnie popyt na ekrany wielodotykowe i popularyzują się technologie VR i AR (rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej). Specjaliści z MarketWatch podkreślają wpływ, jaki na rozwój paneli ma dziś technologia przetwarzania w chmurze. Oferuje ona lepszą dostępność, funkcjonalność i bezpieczeństwo w znacznie niższej cenie. Dostęp do danych przechowywanych w chmurze mogą uzyskać dowolne urządzenia podłączone do internetu, takie jak komputery, tablety, smartfony z odpowiednimi danymi logowania. Nadal jednak lokalne interfejsy HMI są preferowane przez niektóre organizacje obawiające się utraty kontroli nad danymi w chmurze. Cały czas rośnie zapotrzebowanie na łatwość komunikacji maszynowej i na dużą moc obliczeniową oraz bardzo duże pamięci masowe.

Obserwujemy również postęp technologiczny w rozwoju innowacyjnych paneli ekspozycyjnych. Oczekuje się, że funkcje takie jak ostrzeżenia alarmowe, bezpieczne przesyłanie komunikatów oraz ulepszona komunikacja wewnętrzna zapewnią przewagę zakładom przemysłowym pod względem operacji, bezpieczeństwa i produkcji. Interfejs HMI zmniejsza koszty operacyjne, zastępując różne przyciski, lampki sygnalizacyjne, selektory oraz zmniejszając zapotrzebowanie na dodatkowe panele wyświetlaczy i kable. Wysoka rozdzielczość systemu HMI zapewnia wyraźny obraz operacji produkcyjnych. Istnieje też możliwość testowania urządzeń wykorzystujących elastyczny interfejs HMI bez fizycznego podłączenia niektórych z nich. W terminale HMI wbudowuje się obecnie technologie do komunikacji radiowej Wi-Fi i Bluetooth. Jest to krok w kierunku mobilności tego typu sprzętu i odpowiedź na oczekiwania ze strony nowych użytkowników, co poszerza cały rynek zastosowań paneli HMI.

Przykłady z rynku

Na rynku dostępnych jest wiele różnych rozwiązań. Firma Beckhoff proponuje np. nowej generacji panel niezależny od platformy: TwinCAT HMI. Integruje on interfejs człowiek-maszyna bezpośrednio w środowisku Microsoft Visual Studio. Programowanie nie jest konieczne, ponieważ konfiguracja jest obsługiwana za pomocą jego własnego edytora graficznego. Jest to internetowe rozwiązanie, oparte na HTML5 i JavaScript, działa „responsywnie”, niezależnie od systemu operacyjnego, przeglądarki i urządzenia. Architektura podstawowa umożliwia realizację wielu scenariuszy aplikacji: od lokalnego panelu wyświetlania po koncepcje wielu klientów, wiele serwerów i wiele środowisk wykonawczych. Natomiast firma B&R stale dodaje nowe funkcje i edytory, które ułatwiają tworzenie aplikacji HMI z wykorzystaniem webowej technologii mapp View HMI. Te nowe funkcje to m.in. uproszczona integracja zewnętrznych źródeł danych. Aplikacja obsługuje obecnie 23 języki i 20 różnych układów klawiatury. Zawiera edytor wizualny służący do pozycjonowania i projektowania widgetów. Jest to szczególnie korzystne w przypadku projektowania aplikacji HMI dla różnych mediów wyjściowych i nie jest już konieczne wprowadzanie ustawień w plikach XML. Oprócz pojedynczych widgetów użytkownicy mogą również zapisywać grupy złożone z większej ich liczby.

W ofercie dystrybutorów znajdziemy wiele modeli paneli HMI od różnych producentów. Firma Multiprojekt sprzedaje panele filmy Weintek, np. model cMT3071 – dotykowy panel operatorski o popularnym na rynku rozmiarze 7-cali. Stosuje się je, jak podaje firma, w dużych i mniejszych maszynach ze względu na atrakcyjny stosunek możliwości do ceny. Modele serii cMT producent określa mianem „Smart-HMI” ze względu na duże możliwości związane z magazynowaniem i przetwarzaniem danych oraz szeroki zestaw funkcji wpisujących się w ideę Przemysłu 4.0, w tym obsługę baz danych SQL i wsparcie dla internetu rzeczy dzięki protokołom MQTT oraz OPC UA. Opcjonalnie można aktywować w urządzeniu usługę dostępu VPN – EasyAccess 2.0, z pomocą, której można także zmienić program w PLC podłączonym do panelu przez szyfrowany tunel łączności.

Z kolei firma Sabur oferuje np. serię paneli operatorskich firmy ASEM modele HMI2200 wyposażonych w funkcjonalności zdalnego dostępu serwisowego do instalacji automatyki ‒ Ubiquity. Urządzenia korzystają z procesorów Intel Celeron J1900 2 GHz i platformy wizualizacyjnej Premium HMI4. Front paneli jest wykonany z aluminium i zabezpieczony obudową wykonaną w stopniu ochrony IP66 i mogą pracować w temperaturze: 0 do 50°C, a ich cykl życia wynosi co najmniej 7–10 lat.

Duża liczba dostawców rozwiązań i rosnąca aktywność produkcyjna napędzają rynek paneli HMI. Jak uważają specjaliści, coraz powszechniejsze stosowanie wirtualizacji w połączeniu z technologią tzw. cienkiego klienta pozwala w łatwy sposób sterować systemami automatyzacji procesów nawet w trudnych warunkach przemysłowych. Również koszty implementacji takich rozwiązań są z roku na rok coraz niższe. Dziś, wybierając panel HMI, warto zdecydować się na taki, który daje duże możliwości integracyjne, jest wyposażony w porty np. RS232/422/485, Ethernet, USB (host/klient) czy specjalistyczne takie jak CAN lub Profibus. Ważne są też możliwości łatwego jego oprogramowania, np. dostępne biblioteki sterowników. Oczywiście znaczenie ma również jakość wykonania np. aluminiowa rama, stopień ochrony IP66 itp. Przy zastosowaniach przemysłowych nabiera to olbrzymiego znaczenia.