Fiecare mașină electrică sau mecanică controlată are o interfață-mașină-mașină (HMI) sub formă de butoane, pârghii sau ecrane tactile. La un nivel înalt, HMI are trei elemente de bază: intrări, ieșiri și ceva care să se ocupe de tranzițiile dintre cele două.
Pe măsură ce trecem în industrie 4. 0 ERA, acest model devine un pic mai complex. Designerii adaugă interfețe grafice de utilizator (GUI), trecând de la butoanele fizice la virtuale pe GUI, crescând numărul de sarcini pe care HMI le poate îndeplini și chiar afișând feedback de performanță în sisteme cu buclă închisă.
Cerințe generale ale procesorului HMI HMI-urile pot avea o serie de cerințe pentru procesoarele încorporate, în funcție de aplicarea lor de utilizare finală prevăzută. Există patru niveluri de performanță HMI: nivel de intrare, de bază, de gamă medie și de înaltă calitate.
HMI-urile la nivel de intrare au o interfață de utilizator foarte de bază. Ecranul de ieșire este de obicei un sfert de grafică video (QVGA), până la 320 x 240 și are o grafică 2D minimă. Aceste HMI sunt destinate aplicațiilor sensibile la costuri care necesită doar elementele de bază ale unei interfețe de control. Designerii pot folosi ecrane tactile rezistive aici, deoarece sunt mai economici decât ecranele tactile capacitive.
Nu numai că ecranele tactile rezistive sunt mai puțin costisitoare decât ecranele tactile capacitive, dar costul BOM poate fi, de asemenea, mai mic, deoarece unele procesoare pot suporta nativ ecrane tactile rezistive, în timp ce atingerile capacitive necesită uneori componente externe. Acest tip de HMI este cel mai potrivit pentru procesoarele de performanță scăzută (<300 MHz) or microcontrollers that support resistive touchscreens.
HMI-urile de bază adaugă o rezoluție de afișare îmbunătățită și o interfață de utilizator mai bună decât HMI-urile la nivel de intrare. Un HMI de bază va avea un ecran tactil tipic rezistiv și o rezoluție de afișare până la un tablou grafic extins (XGA) (1.024 x 768) pentru o experiență de utilizator îmbunătățită. În funcție de puterea necesară de procesare a cererii, astfel de procesoare vor fi în intervalul de performanță redus până la mijlocul (300 MHz până la 800 MHz) și pot beneficia de pedale de gaz grafic 2D.
HMI-urile de gamă medie oglindesc mai strâns GUI tipice cu care utilizatorii pot interacționa zilnic. HMI-urile de gamă medie au grafică 2D, rezoluții de afișare până la XGA (1.024 x 768), includ mai multe controale decât categoria de bază și, în unele cazuri, chiar introduc chiar feedback tactil sau auditiv. Aceste caracteristici îmbunătățesc considerabil experiența utilizatorului. Pentru HMI-urile de gamă medie, procesorul trebuie să includă accelerația grafică, performanța medie (600 MHz până la 1 GHz) și o bibliotecă grafică pentru a ajuta la construirea GUI.
High-end HMIs are naturally multimedia-rich. They require high-end SoCs with high-definition video support, 2D and 3D graphics gas pedals, and high-performance processors (multi-core and >1 GHz), care poate beneficia foarte mult de DSP-uri pe cip pentru a ajuta la accelerarea procesării audio și video. În plus, HMI-urile de înaltă calitate necesită adesea procesoare care pot gestiona mai multe ieșiri de ecran de înaltă rezoluție și HTML5. Un exemplu este familia procesorului Sitara bazată pe ARM Cortex-A Core, care oferă scalabilitatea necesară pentru a dezvolta o singură platformă pentru nivel de intrare la HMI-uri de înaltă calitate și susține fiabilitatea industrială.
Puteți găsi HMI -uri în aparatele de acasă, automate, sisteme de automatizare a clădirilor, cum ar fi panouri de control a incendiilor sau ascensoare și stații de încărcare a vehiculelor electrice; Cu toate acestea, una dintre cele mai frecvente utilizări ale HMI -urilor industriale este automatizarea fabricii.
HMIS În sistemele de automatizare din fabrică în sistemele de automatizare din fabrică, HMIS conectează operatorii de mașini pentru a controla funcții, de obicei controlere logice programabile (PLC), care controlează senzori, actuatori și mașini de pe podeaua fabricii. ei înșiși și, în unele cazuri, gestionează unele dintre funcțiile de control din cadrul HMI. Aceste aplicații plasează o serie de cerințe pentru procesor în HMI, inclusiv necesitatea capacităților de comunicații industriale, fiabilității de calitate industrială și caracteristicilor de securitate.
Ethernet standard de comunicații industriale nu are caracteristicile deterministe necesare pentru automatizarea industrială. Aici intră în joc protocoale concepute pentru comunicații industriale. Protocoalele industriale Ethernet permit comunicațiile deterministe în timp real, necesare între diferite tipuri de dispozitive finale într-un sistem de control.
Mai mult de o duzină de protocoale diferite au fost create pentru Ethernet industrial. Prelucrarea acestor protocoale într -un HMI necesită un procesor, FPGA sau ASIC. În multe cazuri, HMI va avea un procesor gazdă și un ASIC sau FPGA separat care rulează un singur protocol.
Ca alternativă la FPGA sau ASIC, există soluții integrate care pot servi drept un procesor de aplicații Ethernet industrial și un motor de comunicații; Aceste soluții pot fi chiar extinse pentru a susține mai multe protocoale.
Suportul multi-protocol în HMIS adaugă o flexibilitate atât de necesară industriei 4. 0, deoarece sistemele de control din fabricile inteligente sunt adesea un patchwork de soluții diferite care rulează diferite protocoale. Cu suport multi-protocol, HMI poate acționa ca o poartă între diferite protocoale.
În cele mai multe cazuri, instalațiile de calitate industrială funcționează 24/7 pe tot parcursul anului. Și condițiile pot varia de la mai jos înghețarea la temperaturi de fierbere, în funcție de ceea ce produce planta. HMI din uzină trebuie să poată rezista la aceste condiții, la fel și procesoarele din ea. Crește nevoia de procesoare de calitate industrială în HMI-urile de automatizare din fabrică.
Procesoarele de calitate industrială trebuie să poată rezista la o gamă largă de temperaturi, de obicei -40 gradul până la 105 grade. În plus, orele lungi de funcționare a echipamentelor din fabrică necesită teste extinse de viață a dispozitivului. O metrică folosită pentru a măsura durata de viață a unui dispozitiv este timpul său de putere (POH), care este numărul de ore în care poate fi alimentat și funcționat corect. Procesoarele cu o gamă largă de temperatură și un POH de peste 88, 000 pot fi în esență mai mult de 10 ani. Majoritatea HMI -urilor industriale trebuie să îndeplinească minimum 100, 000 POH.
Securitate Deși HMI și restul rețelei de control sunt de obicei configurate pe o rețea Ethernet internă, izolată de internetul principal, există încă posibilitatea unei părți rău intenționate să piardă sau să modifice comunicațiile între HMI și restul sistemului. Pentru a ajuta la oprirea interferenței nedorite, procesoarele încorporate integrează adesea pedalele de gaze criptografice pentru a cripta datele. Secure Boot este o altă opțiune de securitate populară care poate ajuta la protejarea proprietății intelectuale a producătorului HMI.
Alte aspecte HMI Deoarece un HMI este în primul rând o interfață de utilizator, necesită utilizarea unui sistem de operare de operare la nivel înalt (OS) Sisteme de operare populare pentru HMIS includ Windows CE, Android, iar Linux Windows CE a fost popular pentru HMIS de mai mulți ani, Mai ales în spațiul de automatizare din fabrică, dar Android și Linux câștigă atenție din mai multe motive. Windows CE a fost popular în HMIS de mai mulți ani, în special în automatizarea fabricii, dar Android și Linux au câștigat atenție din mai multe motive.
În primul rând, Android și Linux sunt sisteme de operare open source, ceea ce înseamnă că sunt liberi de implementat. În plus, deoarece sunt open source, există o comunitate mare care acceptă software -ul și oferă cod de eșantion pentru fiecare sistem de operare.
Android este popular în sistemele în care un număr mare de utilizatori vor interacționa cu HMI, cum ar fi în distribuitoare sau aparate. Android este deja popular pe piața de mână, astfel încât curba de învățare este minimizată pentru noii veniți față de HMI -uri care ar putea fi deja familiarizați cu sistemul de operare.
În automatizarea fabricii, Linux a devenit alegerea probabilă, deoarece este recunoscută pe scară largă ca stabilă, fiabilă și sigură. Multe HMI -uri industriale nu au nevoie de toate caracteristicile care vin cu Android. Pe de altă parte, Linux acceptă, de asemenea, cadre precum QT și Biblioteca Graphics Open (OpenGL), care ajută la construirea de GUI eficiente.
O altă caracteristică care câștigă popularitate în HMIS este virtualizarea. Așa cum am menționat anterior, HMI -urile sunt integrate în mod obișnuit cu alte dispozitive finale, cum ar fi PLC, roboți industriali și mașini CNC. O metodă de integrare este de a avea procesoare separate pentru HMI și alte aplicații, dar acest lucru poate fi costisitor și necesită un spațiu suplimentar de bord.
O altă abordare este utilizarea unui singur procesor multi-core, cu un singur nucleu dedicat HMI și un alt nucleu dedicat aplicației. În funcție de funcționarea în timp real, nucleele pot rula diferite sisteme de operare, cum ar fi RTO și Linux.
Pentru a rezuma HMI-urile, acoperiți o gamă largă de aplicații de utilizare finală la toate nivelurile de performanță, dar au unele caracteristici comune, inclusiv GUI, conectivitate la sisteme de control și control bazat pe atingere. Procesorul trebuie să poată susține cel puțin aceste cerințe HMI la nivel de intrare. HMI-urile de bază, de gamă medie și de înaltă calitate pot utiliza în continuare aceste caracteristici, inclusiv grafică de înaltă definiție, navigare web, video și suport pe mai multe ecranuri.