Igal juhitaval elektrilisel või mehaanilisel masinal on nuppude, hoobade või puutetundlike ekraanide kujul inimese-masina liides (HMI). Kõrgel tasemel on HMI -l kolm põhielementi: sisendid, väljundid ja midagi nende kahe vahelise üleminekuga toimetulemiseks.
Kui liigume tööstusharusse 4. 0 ERA, on see mudel muutumas pisut keerukamaks. Disainerid lisavad graafilisi kasutajaliideseid (GUIS), liikudes GUI-le füüsilistest virtuaalseteks nuppudeni, suurendades HMI-de ülesannete arvu ja kuvades isegi jõudluse tagasiside suletud ahela süsteemides.
HMI üldine nõue HMIS-il võib olla manustatud protsessoritele mitmeid nõudeid, sõltuvalt nende kavandatud lõpptarbimise rakendusest. HMI jõudluse neli taset: algtase, põhi-, keskklassi ja tipptasemel.
Algtaseme HMIS-il on väga lihtne kasutajaliides. Väljundkraan on tavaliselt veerand videograafika massiiv (QVGA), kuni 320 x 240 ja sellel on minimaalne 2D -graafika. Need HMI-d on ette nähtud kulutundlikeks rakendusteks, mis nõuavad ainult juhtimisliidese põhitõdesid. Disainerid võivad siin kasutada takistuslikke puutetundlikke ekraani, kuna need on ökonoomsemad kui mahtuvuslikud puutetundlikud ekraanid.
Mitte ainult takistuslikud puutetundlikud ekraanid on odavamad kui mahtuvuslikud puutetundlikud ekraanid, vaid ka BOM -i maksumus võib olla madalam, kuna mõned protsessorid võivad natiivselt toetada takistuslikke puutetundlikke ekraani, samas kui mahtuvuslikud puudutused vajavad mõnikord väliseid komponente. Seda tüüpi HMI sobib kõige paremini madala jõudlusega protsessoritele (<300 MHz) or microcontrollers that support resistive touchscreens.
Põhiline HMIS lisab paremat ekraani eraldusvõimet ja paremat kasutajaliidest kui algtaseme HMIS. Põhilisel HMI-l on puutetundlik ekraan-tüüpi ja kuva eraldusvõime kuni laiendatud graafikamassiivi (XGA) (1 024 x 768) paremaks kasutajakogemuseks. Sõltuvalt nõutavast rakenduse töötlemisvõimsusest on sellised protsessorid madala kuni keskmise jõudlusastmega (300 MHz kuni 800 MHz) ja võivad kasu 2D-graafikagaasipedaalidest.
Keskmine HMIS peegeldab paremini tüüpilisi GUI-sid, millega kasutajad võivad igapäevaselt suhelda. Keskklassi HMI-del on 2D-graafika, kuvamislahendused kuni XGA-ni (1 024 x 768), hõlmab rohkem kontrolli kui baaskategooria ja mõnel juhul isegi toitekalementidele või kuulmistele tagasisidet. Need funktsioonid parandavad oluliselt kasutajakogemust. HMI-de keskklassi jaoks peab protsessor sisaldama graafika kiirendust, keskklassi jõudlust (600 kuni 1 GHz) ja graafikakogu, mis aitab GUI ehitada.
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), millest saab palju kasu CHIP DSP-dest, et aidata heli ja videotöötlust kiirendada. Lisaks nõuavad tipptasemel HMI-d sageli protsessoreid, mis saavad hakkama mitme eraldusvõimega ekraaniväljundit ja HTML5. Üks näide on Sitara protsessori perekond, mis põhineb ARM Cortex-A Core'il, mis pakub mastaapsuse, mis on vajalik ühe platvormi väljatöötamiseks algtasemele tipptasemel HMI-dele ja toetab tööstuslikku töökindlust.
HMI -sid leiate koduseadmetest, müügiautomaatidest, hoonete automatiseerimissüsteemidest, näiteks tuletõrjepaneelid või liftid, ja elektrisõidukite laadimisjaamad; Tööstusliku HMI üks levinumaid kasutusviise on aga tehase automatiseerimine.
HMI -d tehase automatiseerimissüsteemides tehase automatiseerimissüsteemides, HMIS -i ühendamise masinaoperaatorid, et juhtida funktsioone, tavaliselt programmeeritavaid loogikakontrollereid (PLCS), mis kontrollib andureid, ajameid ja masinaid tehase põrandal. HIS -id sisalduvad sagedamini ka masinatesse ja robotitesse ise ja mõnel juhul haldage mõnda HMI kontrollifunktsiooni. Need rakendused seavad HMI protsessorile mitmeid nõudmisi, sealhulgas vajadus tööstuslike suhtlusvõimaluste, tööstusliku usaldusväärsuse ja turvafunktsioonide järele.
Tööstuslikul kommunikatsioonistandardil Ethernetil puuduvad tööstushaudatise jaoks vajalikud deterministlikud omadused. Siin tulevad mängu tööstuslikuks suhtlemiseks mõeldud protokollid. Tööstuslikud Etherneti protokollid võimaldavad juhtimissüsteemi eri tüüpi lõppseadmete vahel vajalikku reaalajas deterministlikku suhtlust.
Tööstusliku Etherneti jaoks on loodud rohkem kui tosin erinevat protokolli. Nende protokollide töötlemine HMI -s nõuab protsessorit, FPGA -d või ASIC -i. Paljudel juhtudel on HMI -l hostiprotsessor ja eraldi ASIC või FPGA, mis töötab ühte protokolli.
FPGA -de või ASIC -de alternatiivina on olemas integreeritud lahendused, mis võivad toimida Etherneti tööstusliku rakenduse töötleja ja kommunikatsioonimootorina; Neid lahendusi saab laiendada isegi mitme protokolli toetamiseks.
Mitme protokolli tugi HMIS-is lisab tööstusele 4 vajalikku paindlikkust. 0, kuna nutikate tehaste juhtimissüsteemid on sageli erinevate protokollide käitatavate erinevate lahenduste laiguline. Mitme protokolli toe korral võib HMI tegutseda väravana erinevate protokollide vahel.
Enamikul juhtudel töötavad tööstuskvaliteediga taimed ööpäevaringselt aastaringselt. Ja tingimused võivad sõltuvalt taime tootmisest erineda külmumise allpool kuni keemistemperatuurideni. Taime HMI peab suutma neid tingimusi vastu pidada, ja seetõttu peavad ka protsessorid. See suurendab vajadust tööstusliku kvaliteediga protsessorite järele tehase automatiseerimise HMIS-is.
Tööstusliku kvaliteediga protsessorid peavad suutma taluda laia valikut temperatuure, tavaliselt -40 kraadini 105 kraadi. Lisaks vajavad tehaseseadmete pikad tööaeg seadme ulatuslikku eluea testimist. Üks mõõdik, mida kasutatakse seadme eluea mõõtmiseks, on selle sisselülitamisaeg (POH), mis on tundide arv, mida saab selle toiteks ja korralikult käivitada. Protsessorid, mille temperatuurivahemik on lai ja POH - rohkem kui 88, 000 võivad põhimõtteliselt töötada rohkem kui 10 aastat. Enamik tööstuslikke HMI -sid peab vastama vähemalt 100, 000 PoH.
Kuigi Turvalisus ja ülejäänud juhtimisvõrk on tavaliselt konfigureeritud põhis Internetist eraldatud sisemise Etherneti võrgus, on endiselt võimalus pahatahtlik partei pealtkuulamine HMI ja ülejäänud süsteemi vaheline suhtlus. Soovimatu sekkumise peatamiseks integreerivad manustatud protsessorid andmete krüptimiseks sageli krüptograafilisi gaasipedaale. Turvaline alglaadimine on veel üks populaarne turvavõimalus, mis aitab kaitsta HMI tootja intellektuaalomandit.
Muud HMI aspektid, kuna HMI on peamiselt kasutajaliides, nõuab see HMI-de jaoks kõrgetasemelise opsüsteemi (OS) populaarse opsüsteemi kasutamist Windows CE, Android ja Linux Windows CE on olnud HMI-de jaoks populaarne, aastaid, Eriti tehase automatiseerimisruumis, kuid Android ja Linux saavad tähelepanu mitmel põhjusel. Windows CE on HMIS -is olnud populaarne aastaid, eriti tehase automatiseerimisel, kuid Android ja Linux on tähelepanu pälvinud mitmel põhjusel.
Esiteks on Android ja Linux avatud lähtekoodiga opsüsteemid, mis tähendab, et neid on vabadus rakendada. Lisaks, kuna need on avatud lähtekoodiga, on olemas suur kogukond, mis toetab tarkvara ja pakub iga opsüsteemi näidiskoodi.
Android on populaarne süsteemides, kus suur hulk kasutajaid suhtleb HMI -ga, näiteks müügiautomaatides või seadmetes. Android on pihuarvuturul juba populaarne, seetõttu on õppimiskõver uustulnukate jaoks minimeeritud HMI -dele, kes võivad juba opsüsteemiga tuttavad olla.
Tehase automatiseerimisel on Linux muutunud tõenäoliseks valikuks, kuna see on laialt tunnistatud stabiilseks, usaldusväärseks ja turvaliseks. Paljud tööstuslikud HMI -d ei vaja kõiki Androidiga kaasnevaid funktsioone. Teisest küljest toetab Linux ka selliseid raamistikke nagu QT ja Open Graphics Library (OpenGL), mis aitab luua tõhusaid GUI -sid.
Teine funktsioon, mis HMIS -is populaarsust kogub, on virtualiseerimine. Nagu varem mainitud, integreeritakse HMI -d tavaliselt teiste otsaseadmetega, näiteks PLC -de, tööstusrobotid ja CNC -masinad. Üks integratsioonimeetod on HMI ja muude rakenduste jaoks eraldi protsessorid, kuid see võib olla kallis ja nõuda täiendavat lauapinda.
Teine lähenemisviis on kasutada ühte mitmetuumalist protsessorit, kusjuures üks tuum on pühendatud HMI-le ja teine tuum, mis on pühendatud rakendusele. Sõltuvalt sellest, kas reaalajas töö on vajalik, saavad südamikud käitada erinevaid opsüsteeme, näiteks RTOS ja Linux.
Kokkuvõtteks kajastage HMI-d laia valikut lõppkasutusrakendusi kõigil jõudlustasemetel, kuid neil on mõned levinud funktsioonid, sealhulgas GUI-d, ühenduvus juhtimissüsteemide ja puutepõhise juhtimisega. Protsessor peab suutma toetada vähemalt neid algtaseme HMI nõudeid. Põhi-, keskklassi ja tipptasemel HMIS saab neid funktsioone veelgi kasutada, sealhulgas kõrglahutusega graafika, veebi sirvimine, video ja mitme ekraaniga tugi.