HMI-панелі для промисловості: ключові аспекти оптимального вибору

У сучасних умовах цифровізації промисловості ефективне управління технологічними процесами неможливе без надійного та інтуїтивно зрозумілого інтерфейсу взаємодії між людиною і машиною. Саме тому тема вибору панелі оператора (HMI – Human Machine Interface, людино-машинний інтерфейс) дедалі частіше постає перед інженерами, технологами й фахівцями з автоматизації.

З розвитком промислових мереж, ускладненням виробничих ліній і зростанням вимог до продуктивності засоби відображення інформації та локального керування пройшли значну еволюцію. Сучасні HMI-панелі вже давно перестали бути простими дисплеями з кількома кнопками. Вони перетворилися на повноцінні інструменти цифрового управління – з високоякісними сенсорними екранами, широкими комунікаційними можливостями, функціями архівування й підтримкою великої кількості протоколів передавання даних – і все це у форм-факторі звичайної панелі.

У статті систематизовано ключові функції операторських панелей, розглянуто фактори, що впливають на вибір конкретного рішення, і наведено практичний алгоритм підбору HMI відповідно до умов експлуатації та виробничих завдань. Матеріал буде корисний як для фахівців, що планують модернізацію виробництва, так і для тих, хто проєктує автоматизовані системи «з нуля».

Базові й розширені можливості HMI-панелей

Перед безпосереднім вибором HMI-панелі коротко нагадаємо основні функціональні завдання, які має виконувати панель оператора:

1. Відображення й моніторинг технологічних процесів у режимі реального часу:

• Параметри процесу: температура, тиск, швидкість, рівень, витрати тощо
• Стан технологічного обладнання: ввімкнено / вимкнено, працює / зупинено, аварійний стан та ін.
• Поточний стан продукції: кількість вироблених одиниць, якість, прогрес виробництва
• Тренди й графіки: візуалізація змін параметрів із часом для аналізу та прогнозування

2. Контроль і керування системою:

• Зміна параметрів: регулювання швидкості роботи механізму, зміна заданої температури, тиску, рівня, налаштування дозування та інше
• Запуск / зупинення обладнання: включення або вимкнення окремих агрегатів або всієї лінії
• Вибір режимів роботи: перемикання між автоматичним, напівавтоматичним або ручним режимами
• Зміна рецептів: завантаження різних програм для виробництва різної продукції

3. Відображення аварійних сигналів і діагностика технологічного обладнання:

• Миттєве сповіщення про аварії: візуальні й звукові сигнали про несправності обладнання, відхилення від норми або настання критичної події
• Детальна інформація про проблему: код аварії, опис проблеми, місце її виникнення, а іноді й рекомендації щодо усунення
• Журнал подій: збереження історії всіх аварійних сигналів, операторських втручань і системних подій для подальшого аналізу й оптимізації

4. Зменшення людських помилок та підвищення ефективності:

• Інтуїтивно зрозумілий інтерфейс: прості й логічні макети, які легко освоїти
• Візуалізація даних: замість складних числових показників – графіки, схеми, анімації, що дають змогу швидше інтерпретувати інформацію
• Підказки й попередження: система може підказувати оператору правильні дії або попереджати про потенційні ризики
• Стандартизація операцій: забезпечує, що всі оператори виконують дії однаково, незалежно від досвіду

5. Збір і аналіз даних для оптимізації технологічного процесу:

• Логування даних: зберігання великих обсягів даних про технологічний процес, які можуть бути використані для подальшого аналізу
• Формування звітів: автоматичне створення звітів про виробництво, споживання енергії, ефективність обладнання та інші важливі параметри
• Аналіз ефективності: визначення «вузьких» місць, можливостей для оптимізації процесу й підвищення енергоефективності

Як обрати оптимальну HMI-панель: покроковий алгоритм прийняття рішень

У сучасних системах автоматизації людино-машинний інтерфейс є критично важливою ланкою між оператором і технологічним процесом. Від правильного вибору панелі залежить не лише зручність взаємодії, але й загальна ефективність, надійність і безпечність роботи системи. З огляду на широкий спектр доступних моделей, функцій і виробників процес підбору HMI може виявитися непростим завданням.

Щоб зробити цей вибір максимально обґрунтованим, доцільно застосувати структурований підхід: розпочати з чіткого формулювання завдань, перейти до аналізу технічних умов експлуатації, а потім послідовно врахувати функціональні, апаратні й програмні характеристики.

Нижче наведено практичний алгоритм, який можна взяти за основу у виборі операторської панелі. Він не є догмою, однак охоплює ключові аспекти, які слід враховувати на етапі проєктування системи HMI.

Крок 1: Визначення завдань і вимог – найважливіший початковий етап, який формує основу для всіх подальших рішень:

Призначення HMI:

• Лише моніторинг
• Керування й моніторинг
• Збір даних і архівування
• Рецептурне керування
• Відображення звітів
• Віддалений доступ
• Інші специфічні функції (наприклад, інтеграція із системами машинного зору, робототехнікою)

Складність процесу:

• Скільки параметрів потрібно відображати
• Скільки екранів (сторінок) знадобиться
• Чи потрібна анімація, тренди, графіки
• Яка кількість аварійних сигналів очікується

Кількість операторів і рівні доступу:

• Чи буде один оператор, чи декілька
• Чи потрібні різні рівні доступу (наприклад, оператор, технолог, адміністратор)
• Які дії дозволено кожному рівню

Умови експлуатації:

• Температура: екстремально високі чи низькі температури
• Вологість: висока вологість, можливість конденсації
• Пил, бруд: чи потрібен підвищений клас захисту (IP-класифікація)
• Вібрації: чи є значні механічні вібрації
• Вибухонебезпечні зони: чи потрібна сертифікація ATEX (Ex)
• Санітарні вимоги: для харчової, фармацевтичної промисловості (наприклад, нержавійна сталь, можливість легкого очищення)
• Освітлення: яскравість екрана для сонячного світла або темного приміщення

Крок 2: Вибір розміру й типу екрана – після визначення функціональних вимог важливо визначити необхідні фізичні параметри:

Розмір екрана:

• Залежить від кількості інформації, яку потрібно відображати одночасно
• Доступність місця для встановлення
• Відстань, з якої оператор буде працювати з панеллю
• Популярні розміри: 4", 7", 10", 12", 15", 19", 22"

Тип екрану (сенсорний):

• Резистивний (resistive): дешевший, можна працювати в рукавичках, менш чутливий до бруду; менш довговічний, гірша чіткість
• Ємнісний (capacitive): сучасніший, мультитач, краща чіткість і яскравість, більш довговічний; не реагує під час роботи у звичайних рукавичках, може бути чутливий до вологи; для промисловості часто обирають резистивні або спеціальні промислові ємнісні типи екранів, з якими можна працювати в рукавичках

Тип підсвічування:

• LED: стандарт де-факто – довговічне, енергоефективне, яскраве
• Яскравість: вимірюється в кд/м² (нітах); для вулиці або яскравого освітлення потрібні високі показники (800+ ніт)

Крок 3: Вибір продуктивності та пам’яті – параметр, що визначає швидкість роботи й обсяг даних, які може зберігати HMI:

Процесор:

• Вища тактова частота й кількість ядер забезпечують швидшу реакцію інтерфейсу, плавну анімацію та опрацювання великих обсягів даних
• Для простих завдань достатньо бюджетного процесора, для складних (відео, багато трендів, велика кількість об’єктів) потрібен більш потужний

Оперативна пам’ять (RAM):

• Більша RAM дає HMI змогу ефективно працювати з великими об’ємами даних, підтримувати багато активних екранів і зберігати дані в буфері

Вбудована пам’ять (Flash / eMMC):

• Для зберігання проєкту HMI, рецептів, логів, журналів подій та інших даних;
• Чим більше функцій (архівування, рецепти), тим більший обсяг пам’яті потрібен. Деякі HMI підтримують зовнішні SD-карти або USB-накопичувачі

Крок 4: Вибір інтерфейсів комунікації HMI – це точка зв’язку з іншими пристроями:

Протоколи зв’язку:

• Зв’язок із ПЛК (PLC): Profinet, EtherNet / IP, Modbus TCP / RTU, MPI / PROFIBUS DP, OPC UA, DeviceNet, CC-Link, CANopen та інші; важливо, щоб HMI підтримував протокол, який підтримує ваш ПЛК
• Зв’язок з іншими пристроями: можливість підключення до зчитувачів штрих-кодів, принтерів, сканерів, систем машинного зору тощо
• Бази даних: можливість прямого підключення до SQL-баз даних (для збору даних)

Наявність фізичних портів:

• Ethernet: для мережевого зв’язку (ПЛК, комп’ютери, OPC UA); бажано мати два порти для розділення мереж або резервування
• USB: для підключення флешок, клавіатур, мишок, принтерів, зчитувачів тощо
• RS-232 / RS-485: для послідовних протоколів (Modbus RTU, старі ПЛК)
• Відеовиходи (HDMI / DVI / DisplayPort): для підключення зовнішнього монітора (актуально для промислових ПК HMI)

Крок 5: Програмне забезпечення й середовище розроблення – це зручність і ефективність роботи:

Середовище розроблення:

• Наскільки інтуїтивно зрозумілим є ПЗ для створення проєкту HMI
• Чи є бібліотеки готових об’єктів (кнопки, індикатори, двигуни)
• Чи підтримує скриптування (VBA, JavaScript) для розширеної логіки
• Наявність функцій: тренди, графіки, рецепти, журналювання, система сигналізації

Сумісність:

• Чи сумісне ПЗ з операційними системами розробника
• Чи є можливість імпорту / експорту проєктів
• Сумісність різних версій ПЗ

Функції безпеки:

• Керування користувачами та групами доступу
• Журналювання входів / виходів користувачів
• Захист від несанкціонованого доступу

Крок 6: Надійність, сертифікація та підтримка – аспекти, які часто недооцінюють, але вони є важливими й спрощують експлуатацію обраної панелі на дистанції життєвого циклу системи автоматичного управління технологічним процесом:

Надійність:

• MTBF (Mean Time Between Failures): середній час напрацювання на відмову: чим вищий, тим краще
• Гарантія виробника: термін гарантії є показником впевненості виробника у своєму продукті
• Відгуки й репутація виробника: досвід інших користувачів у вашій галузі

Сертифікація:

• CE, UL, FCC: залежно від регіону використання
• ATEX (Ex): для вибухонебезпечних зон
• GL / DNV (морські): для застосування на суднах

Технічна підтримка й документація:

• Наявність якісної технічної підтримки від виробника чи дистриб’ютора
• Доступність документації (інструкції, посібники, приклади)
• Термін доступності запасних частин і сервісу після припинення виробництва моделі

Крок 7: Вартість і довгострокова перспектива:

Ціна:

• Порівняйте ціни на панелі з подібним функціоналом від різних виробників
• Врахуйте вартість програмного забезпечення (деякі вендори пропонують безкоштовне ПЗ)

Масштабованість:

• Чи є в лінійці виробника HMI з більшою продуктивністю або іншими розмірами
• Чи буде легко перейти на іншу модель цього ж виробника без перероблення проєкту HMI

Стандартизація: якщо на підприємстві вже використовуються HMI певного виробника, можливо, варто дотримуватися цього стандарту для спрощення обслуговування й навчання персоналу.

Ретельно продуманий підхід до вибору HMI – запорука ефективної автоматизації

• Не економте на критично важливих вузлах: HMI – це «очі» й «руки» оператора; дешева HMI може виявитися дорожчою в довгостроковій перспективі через частіші поломки й вищі витрати на ремонт або довший термін ремонту чи взагалі через низьку ефективність
• Створюйте тестовий проєкт: якщо є можливість, зробіть невеликий тестовий проєкт на обраній моделі HMI, щоб оцінити зручність розробки й функціонал
• Завжди враховуйте майбутнє розширення: обирайте HMI з певним запасом потужності й функціоналу, щоб уникнути швидкої необхідності оновлення
• Навчання персоналу: переконайтеся, що оператори зможуть легко освоїти роботу з новою HMI

Читайте в наступній статті про можливості й технічні параметри HMI-панелей на прикладі продуктової лінійки Schneider Electric, партнером якого є ТОВ «Хімлаборреактив».

Якщо у вас виникла потреба в сучасній панелі оператора – звертайтеся до нас у ХЛР. Ми з радістю допоможемо обрати оптимальне рішення під ваші потреби.

Сторінка з актуальними панелями «Людино-машинний інтерфейс»

Вам також може бути цікаво:

Стаття «Автоматизуємо виробничі процеси з рішеннями від ХЛР» 

Стаття «Приводна техніка Schneider Electric: контроль і ефективність на кожному етапі»

Євген Гоменюк,

продакт-спеціаліст відділу обладнання для контролю якості у виробничій сфері