HMI-панели для промышленности: ключевые аспекты оптимального выбора

В современных условиях цифровизации промышленности эффективное управление технологическими процессами невозможно без надежного и интуитивно понятного интерфейса взаимодействия между человеком и машиной. Именно поэтому тема выбора панели оператора (HMI – Human Machine Interface, человеко-машинный интерфейс) все чаще возникает перед инженерами, технологами и специалистами по автоматизации.
С развитием промышленных сетей, усложнением производственных линий и ростом требований к производительности средства отображения информации и локального управления прошли значительную эволюцию. Современные HMI панели уже давно перестали быть простыми дисплеями с несколькими кнопками. Они превратились в полноценные инструменты цифрового управления – с высококачественными сенсорными экранами, широкими коммуникационными возможностями, функциями архивирования и поддержкой большого количества протоколов передачи данных – и все это в форм-факторе обычной панели.
В статье систематизированы ключевые функции операторских панелей, рассмотрены факторы, влияющие на выбор конкретного решения, и приведен практический алгоритм подбора HMI в соответствии с условиями эксплуатации и производственными задачами. Материал будет полезен как специалистам, планирующим модернизацию производства, так и тем, кто проектирует автоматизированные системы «с нуля».
Базовые и расширенные возможности HMI-панелей
Перед непосредственным выбором HMI-панели кратко напомним основные функциональные задачи, которые должны выполнять панель оператора:
- Отображение и мониторинг технологических действий в режиме настоящего времени:
- Параметры процесса: температура, давление, скорость, уровень, расходы и т. п.
- Состояние технологического оборудования: включено / выключено, работает / остановлено, аварийное состояние и др.
- Текущее состояние продукции: количество производимых единиц, качество, прогресс производства
- Тренды и графики: визуализация изменений параметров со временем для анализа и прогнозирования
- Контроль и управление системой
- Изменение параметров: регулировка скорости работы механизма, изменение заданной температуры, давления, уровня, настройка дозировки и прочее
- Запуск / остановка оборудования: включение или выключение отдельных агрегатов или всей линии
- Выбор режимов работы: переключение между автоматическим, полуавтоматическим или ручным режимами
- Изменение рецептов: загрузка разных программ для производства разной продукции
- Отражение аварийных сигналов и диагностика технологического оборудования:
- Мгновенное уведомление об авариях: визуальные и звуковые сигналы о неисправностях оборудования, отклонениях от нормы или наступлении критического события
- Подробная информация о проблеме: код аварии, описание проблемы, место ее возникновения, а иногда и рекомендации по устранению
- Журнал событий: сохранение истории всех аварийных сигналов, операторских вмешательств и системных событий для дальнейшего анализа и оптимизации
- Уменьшение человеческих ошибок и повышение эффективности:
- Интуитивно понятный интерфейс: простые и логические макеты, которые легко освоить
- Визуализация данных: вместо сложных числовых показателей – графики, схемы, анимации, позволяющие быстрее интерпретировать информацию
- Подсказки и предупреждения: система может подсказывать оператору правильные действия или предупреждать о потенциальных рисках
- Стандартизация операций: обеспечивает, что все операторы выполняют действия одинаково, независимо от опыта
- Сбор и анализ данных для оптимизации технологического процесса:
- Логирование данных: хранение больших объемов данных о технологическом процессе, которые могут быть использованы для дальнейшего анализа
- Формирование отчетов: автоматическое создание отчетов о производстве, потреблении энергии, эффективности оборудования и других важных параметрах
- Анализ эффективности: определение «узких» мест, возможностей для оптимизации процесса и повышения энергоэффективности
Как выбрать оптимальную HMI-панель: пошаговый алгоритм принятия решений
В современных системах автоматизации человеко-машинный интерфейс является критически важным звеном между оператором и технологическим процессом. От правильного выбора панели зависит не только удобство взаимодействия, но и общая эффективность, надежность и безопасность работы системы. С учетом широкого спектра доступных моделей, функций и производителей процесс подбора HMI может оказаться непростой задачей.
Чтобы сделать этот выбор максимально обоснованным, целесообразно применить структурированный подход: начать четкую формулировку задач, перейти к анализу технических условий эксплуатации, а затем последовательно учесть функциональные, аппаратные и программные характеристики.
Ниже приведен практический алгоритм, который можно взять за основу в выборе операторской панели. Это не догма, однако он охватывает ключевые аспекты, которые следует учитывать на этапе проектирования системы HMI.
Шаг 1: Определение задач и требований – важнейший начальный этап, формирующий основу для всех дальнейших решений:
Назначение HMI:
- Только мониторинг
- Управление и мониторинг
- Сбор данных и архивирование
- Рецептурное управление
- Отображение отчетов
- Удаленный доступ
- Другие специфические функции (например, интеграция с системами машинного зрения, робототехникой)
Сложность процесса:
- Сколько параметров нужно отображать
- Сколько экранов (страниц) понадобится
- Нужна ли анимация, тренды, графики
- Какое количество аварийных сигналов ожидается
Количество операторов и уровни доступа:
- Будет один оператор или несколько
- Нужны ли разные уровни доступа (например, оператор, технолог, администратор)
- Какие действия разрешены каждому уровню
Условия эксплуатации:
- Температура: экстремально высокие или низкие температуры
- Влажность: высокая влажность, возможность конденсации
- Пыль, грязь: нужен ли повышенный класс защиты (IP-классификация)
- Вибрации: есть ли значительные механические вибрации
- Взрывоопасные зоны: нужна ли сертификация ATEX (Ex)
- Санитарные требования: для пищевой, фармацевтической промышленности (например, нержавеющая сталь, возможность легкой очистки)
- Освещение: яркость экрана для солнечного света или темного помещения
Шаг 2: Выбор размера и типа экрана – после определения функциональных требований важно определить необходимые физические параметры:
Размер экрана:
- Зависит от количества информации, которую нужно отображать одновременно
- Доступность места для установки
- Расстояние, с которого оператор будет работать с панелью
- Популярные размеры: 4", 7", 10", 12", 15", 19", 22"
Тип экрана (сенсорный):
- Резистивный (resistive): более дешевый, можно работать в перчатках, менее чувствительный к грязи
- Емкостный (capacitive): более современный, мультитач, лучшая четкость и яркость, более долговечный; не реагирует при работе в обычных перчатках, может быть чувствителен к влаге; для промышленности часто выбирают резистивные или специальные промышленные емкостные типы экранов, с которыми можно работать в перчатках
Тип подсветки:
- LED: стандарт де-факто – долговечная, энергоэффективная, яркая
- Яркость: измеряется в кд/м² (нитах); для улицы или яркого освещения нужны высокие показатели (800+ нит)
Шаг 3: Выбор производительности и памяти – параметр, определяющий скорость работы и объем данных, которые может сохранять HMI:
Процессор:
- Высшая тактовая частота и количество ядер обеспечивают более быструю реакцию интерфейса, плавную анимацию и обработку больших объемов данных
- Для простых задач достаточно бюджетного процессора, для сложных (видео, много трендов, большое количество объектов) требуется более мощный
Оперативная память (RAM):
- Большая RAM позволяет HMI эффективно работать с большими объемами данных, поддерживать много активных экранов и хранить данные в буфере
Встроенная память (Flash / eMMC):
- Для хранения проекта HMI, рецептов, логов, журналов событий и других данных
- Чем больше функций (архивирование, рецепты), тем больше объем памяти требуется. Некоторые HMI поддерживают внешние SD-карты или USB-накопители
Шаг 4: Выбор интерфейсов коммуникации HMI – это точка связи с другими устройствами:
Протоколы связи:
- Связь с ПЛК (PLC): Profinet, EtherNet / IP, Modbus TCP / RTU, MPI / PROFIBUS DP, OPC UA, DeviceNet, CC-Link, CANopen и другие; важно, чтобы HMI поддерживал протокол, который поддерживает ваш ПЛК
- Связь с другими устройствами: возможность подключения к считывателям штрих-кодов, принтеров, сканеров, систем машинного зрения и т. п.
- Базы данных: возможность прямого подключения к SQL-базам данных (для сбора данных)
Наличие физических портов:
- Ethernet: для сетевой связи (ПЛК, компьютеры, OPC UA); желательно иметь два порта для разделения сетей или резервирования
- USB: для подключения флешек, клавиатур, мышей, принтеров, считывателей и т. п.
- RS-232 / RS-485: для последовательных протоколов (Modbus RTU, старые ПЛК)
- Видеовыходы (HDMI / DVI / DisplayPort): для подключения внешнего монитора (актуально для промышленных ПК HMI)
Шаг 5: Программное обеспечение и среда разработки – это удобство и эффективность работы:
Среда разработки:
- Насколько интуитивно понятно ПО для создания проекта HMI
- Есть ли библиотеки готовых объектов (кнопки, индикаторы, двигатели)
- Поддерживает ли скриптирование (VBA, JavaScript) для расширенной логики
- Наличие функций: тренды, графики, рецепты, журналирование, система сигнализации
Совместимость:
- Совместимо ли ПО с операционными системами разработчика
- Есть ли возможность импорта / экспорта проектов
- Совместимость разных версий ПО
Функции безопасности:
- Управление пользователями и группами доступа
- Журналирование входов / выходов пользователей
- Защита от несанкционированного доступа
Шаг 6: Надежность, сертификация и поддержка – аспекты, которые часто недооценивают, но они важны и упрощают эксплуатацию выбранной панели на дистанции жизненного цикла системы автоматического управления технологическим процессом:
Надежность:
- MTBF (Mean Time Between Failures): среднее время наработки на отказ: чем выше, тем лучше
- Гарантия производителя: срок гарантии является показателем уверенности производителя в своем продукте
- Отзывы и репутация производителя: опыт других пользователей в вашей отрасли
Сертификация:
- CE, UL, FCC: в зависимости от региона использования
- ATEX (Ex): для взрывоопасных зон
- GL / DNV (морские): для применения на судах
Техническая поддержка и документация:
- Наличие качественной технической поддержки от производителя или дистрибьютора
- Доступность документации (инструкции, пособия, примеры)
- Срок доступности запасных частей и сервиса после прекращения производства модели
Шаг 7: Стоимость и долгосрочная перспектива:
Цена:
- Сравните цены на панели с подобным функционалом от разных производителей
- Учтите стоимость программного обеспечения (некоторые вендоры предлагают бесплатное ПО)
Масштабируемость:
- Есть ли в линейке производителя HMI с большей производительностью или другими размерами
- Будет ли легко перейти на другую модель этого же производителя без переработки проекта HMI.
Стандартизация: если на предприятии уже используются HMI определенного производителя, возможно, стоит соблюдать этот стандарт для упрощения обслуживания и обучения персонала.
Тщательно продуманный подход к выбору HMI – залог эффективной автоматизации
- Не экономьте на критически важных узлах: HMI – это «глаза» и «руки» оператор; дешевая HMI может оказаться дороже в долгосрочной перспективе из-за более частых поломок и более высоких затрат на ремонт или более длительный срок ремонта или вообще из-за низкой эффективности
- Создавайте тестовый проект: если есть возможность, сделайте небольшой тестовый проект на выбранной модели HMI, чтобы оценить удобство разработки и функционал
- Всегда учитывайте дальнейшее расширение: выбирайте HMI с определенным запасом мощности и функционала, чтобы избежать быстрой необходимости обновления
- Обучение персонала: убедитесь, что операторы смогут легко освоить работу с новой HMI
Читайте в следующей статье о возможностях и технических параметрах HMI-панелей на примере продуктовой линейки Schneider Electric, партнером которой является ООО «Химлаборреактив».
Если у вас возникла потребность в современной панели оператора – обращайтесь к нам в ХЛР. Мы с радостью поможем выбрать оптимальное решение под ваши нужды.
Страница с актуальными панелями «Человек-машинный интерфейс»
Вам также может быть интересно:
Статья «Автоматизируем производственные процессы с решениями от ХЛР»
Статья «Приводная техника Schneider Electric: контроль и эффективность на каждом этапе»
Евгений Гоменюк,
продакт-специалист отдела оборудования для контроля качества в производственной сфере