Katrai kontrolētai elektriskajai vai mehāniskajai mašīnai ir cilvēka un mašīnas interfeiss (HMI) pogu, sviru vai skārienekrānu veidā. Augstā līmenī HMI ir trīs pamata elementi: ieejas, izejas un kaut kas, lai apstrādātu pārejas starp abiem.
Pārejot uz nozari 4. 0 laikmetā, šis modelis kļūst mazliet sarežģītāks. Dizaineri pievieno grafiskās lietotāja saskarnes (GUI), pārejot no fiziskām uz virtuālām pogām GUI, palielinot HMI uzdevumu skaitu, un pat par veiktspējas atgriezenisko saiti parādot slēgtās cilpas sistēmās.
Vispārīgās HMI procesora prasības HMI var būt vairākas prasības iegultiem procesoriem, atkarībā no paredzētās lietošanas lietojumprogrammas. Ir četri HMI veiktspējas līmeņi: sākuma līmeņa, pamata, vidēja diapazona un augstākās klases.
Sākuma līmeņa HMI ir ļoti pamata lietotāja saskarne. Izvades ekrāns parasti ir ceturtdaļas video grafikas masīvs (QVGA), līdz 320 x 240, un tam ir minimāla 2D grafika. Šīs HMI ir paredzētas izmaksu jutīgām lietojumprogrammām, kurām nepieciešami tikai vadības interfeisa pamati. Dizaineri šeit var izmantot rezistīvus skārienekrānus, jo tie ir ekonomiskāki nekā kapacitīvi skārienekrāni.
Rezistīvi skārienekrāni ir ne tikai lētāki nekā kapacitatīvie skārienekrāni, bet arī BOM izmaksas var būt zemākas, jo daži procesori var dabiski atbalstīt pretestības skārienekrānus, turpretī kapacitatīvajiem pieskārieniem dažreiz ir nepieciešami ārēji komponenti. Šāda veida HMI ir vislabāk piemērota zemas veiktspējas procesoriem (<300 MHz) or microcontrollers that support resistive touchscreens.
Pamata HMIS pievieno uzlabotu displeja izšķirtspēju un labāku lietotāja saskarni nekā sākuma līmeņa HMIS. Pamata HMI būs skārienekrāna tipiski pretestība, un displeja izšķirtspēja līdz paplašinātam grafikas masīvam (XGA) (1 024 x 768), lai uzlabotu lietotāja pieredzi. Atkarībā no nepieciešamās lietojumprogrammas apstrādes jaudas, šādi procesori būs zema līdz vidējā līmenī (no 300 MHz līdz 800 MHz) un var gūt labumu no 2D grafikas gāzes pedāļiem.
Vidēja diapazona HMIS ciešāk atspoguļo tipiskas GUI, ar kurām lietotāji var mijiedarboties katru dienu. Vidējā diapazona HMI ir 2D grafika, displeja izšķirtspēja līdz XGA (1 024 x 768), ietver vairāk vadības ierīču nekā bāzes kategorijā un dažos gadījumos pat ievieš taustes vai dzirdes atgriezenisko saiti. Šīs funkcijas ievērojami uzlabo lietotāja pieredzi. Vidēja diapazona HMIS procesorā jāiekļauj grafikas paātrinājums, vidēja diapazona veiktspēja (600 MHz līdz 1 GHz) un grafikas bibliotēka, lai palīdzētu veidot 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), kas var ievērojami gūt labumu no mikroshēmas DSP, lai palīdzētu paātrināt audio un video apstrādi. Turklāt augstas klases HMI bieži ir nepieciešami procesori, kas var apstrādāt vairākas augstas izšķirtspējas ekrāna izejas un HTML5. Viens piemērs ir Sitara procesoru saime, kuras pamatā ir ARM Cortex-A Core, kas nodrošina mērogojamību, kas nepieciešama, lai izstrādātu vienotu platformu sākuma līmeņa HMI un atbalsta rūpniecības uzticamību.
Jūs varat atrast HMIS sadzīves ierīcēs, tirdzniecības automātos, ēku automatizācijas sistēmās, piemēram, ugunsdzēsības kontroles paneļos vai liftos, kā arī elektrisko transportlīdzekļu uzlādes stacijas; Tomēr viens no visizplatītākajiem rūpniecības HMIS lietojumiem ir rūpnīcas automatizācija.
HMIS rūpnīcas automatizācijas sistēmās rūpnīcas automatizācijas sistēmās, HMIS savieno mašīnu operatorus, lai vadītu funkcijas, parasti programmējamus loģiskos kontrolierus (PLC), kas rūpnīcas grīdā kontrolē sensorus, izpildmehānismus un mašīnas. paši un dažos gadījumos pārvalda dažas HMI kontroles funkcijas. Šīs lietojumprogrammas izvirza vairākas prasības procesoram HMI, ieskaitot nepieciešamību pēc rūpniecības sakaru iespējām, rūpniecības līmeņa uzticamības un drošības īpašībām.
Industriālajā komunikāciju standarta Ethernet nav deterministisko iezīmju, kas nepieciešama rūpnieciskai automatizācijai. Šeit tiek izmantoti rūpniecisko komunikāciju izstrādātie protokoli. Industriālais Ethernet protokoli ļauj reāllaika un deterministiskiem sakariem, kas nepieciešami starp dažādu veidu gala ierīcēm kontroles sistēmā.
Rūpnieciskajam Ethernet ir izveidoti vairāk nekā ducis dažādu protokolu. Šo protokolu apstrādei HMI ir nepieciešams procesors, FPGA vai ASIC. Daudzos gadījumos HMI būs resursdatora procesors un atsevišķs ASIC vai FPGA, kas darbosies ar vienu protokolu.
Kā alternatīva FPGA vai ASICS pastāv integrēti risinājumi, kas var kalpot kā rūpniecības Ethernet lietojumprogrammu procesors un sakaru dzinējs; Šos risinājumus var pat paplašināt, lai atbalstītu vairākus protokolus.
Vairāku protokola atbalsts HMIS nodrošina tik ļoti nepieciešamo elastību nozarei 4. 0, jo viedo rūpnīcu vadības sistēmas bieži ir dažādu risinājumu raibums, kurā darbojas dažādi protokoli. Ar vairāku protokola atbalstu HMI var darboties kā vārteja starp dažādiem protokoliem.
Vairumā gadījumu rūpnieciskās kvalitātes rūpnīcas darbojas visu diennakti visu gadu. Un apstākļi var atšķirties no apakšas sasalšanas līdz vārīšanās temperatūrai, atkarībā no tā, ko ražo augs. HMI augā jāspēj izturēt šos nosacījumus, tāpat kā tajā esošajiem pārstrādātājiem. Tas rada nepieciešamību pēc rūpnieciskās kvalitātes pārstrādātājiem rūpnīcas automatizācijā HMIS.
Rūpnieciskās kvalitātes pārstrādātājiem jāspēj izturēt plašu temperatūru diapazonu, parasti -40 grādu līdz 105 grādiem. Turklāt ilgstošajai rūpnīcas aprīkojuma ekspluatācijas stundām ir nepieciešama plaša ierīces dzīves pārbaude. Viena metrika, ko izmanto ierīces darbības izmērīšanai, ir tās ieslēgšanas laiks (POH), kas ir stundu skaits, ko tā var pareizi ieslēgt un darboties. Procesori ar plašu temperatūras diapazonu un POH vairāk nekā 88, 000 būtībā var darboties vairāk nekā 10 gadus. Lielākajai daļai rūpniecisko HMI ir jāatbilst vismaz 100, 000 poh.
Drošība Lai arī HMI un pārējais vadības tīkls parasti tiek konfigurēts iekšējā Ethernet tīklā, kas izolēts no galvenā interneta, joprojām pastāv ļaunprātīgas partijas noklausīšanās vai mainot komunikāciju starp HMI un pārējo sistēmu. Lai palīdzētu apturēt nevēlamus traucējumus, iegultie procesori bieži integrē kriptogrāfijas gāzes pedāļus, lai šifrētu datus. Secure Boot ir vēl viena populāra drošības iespēja, kas var palīdzēt aizsargāt HMI ražotāja intelektuālo īpašumu.
Citi HMI aspekti, jo HMI galvenokārt ir lietotāja interfeiss, tai ir nepieciešams izmantot augsta līmeņa operētājsistēmas (OS) populārās HMI operētājsistēmas, ietver Windows CE, Android un Linux Windows CE daudzus gadus, HMI, ir bijis populārs HMIS, daudzus gadus, Īpaši rūpnīcas automatizācijas telpā, bet Android un Linux pievērš uzmanību vairāku iemeslu dēļ. Windows CE ir bijis populārs HMIS daudzus gadus, īpaši rūpnīcas automatizācijā, bet Android un Linux ir ieguvuši uzmanību vairāku iemeslu dēļ.
Pirmkārt, Android un Linux ir atvērtā pirmkoda operētājsistēmas, kas nozīmē, ka tās var brīvi ieviest. Turklāt, tā kā tie ir atvērtā koda, ir liela kopiena, kas atbalsta programmatūru un nodrošina parauga kodu katrai operētājsistēmai.
Android ir populārs sistēmās, kurās liels skaits lietotāju mijiedarbosies ar HMI, piemēram, tirdzniecības automātiem vai ierīcēm. Android jau ir populārs rokas tirgū, tāpēc mācīšanās līkne tiek samazināta līdz minimumam HMIS jaunpienācējiem, kuri, iespējams, jau ir pazīstami ar operētājsistēmu.
Rūpnīcas automatizācijā Linux ir kļuvis par iespējamo izvēli, jo tā tiek plaši atzīta par stabilu, uzticamu un drošu. Daudziem rūpniecības HMI nav vajadzīgas visas funkcijas, kas nāk ar Android. No otras puses, Linux atbalsta arī tādus ietvarus kā QT un Open Graphics Library (OpenGL), kas palīdz veidot efektīvu GUI.
Vēl viena iezīme, kas iegūst popularitāti HMIS, ir virtualizācija. Kā minēts iepriekš, HMI parasti integrē citās gala ierīcēs, piemēram, PLC, rūpnieciskos robotos un CNC mašīnās. Viena no integrācijas metodēm ir atsevišķi HMI un citu lietojumprogrammu procesoru procesori, taču tas var būt dārgi un prasa papildu plāksnes vietu.
Vēl viena pieeja ir izmantot vienu daudzkodolu procesoru, ar vienu kodolu, kas veltīts HMI un citam, kas veltīts lietojumprogrammai. Atkarībā no tā, vai nepieciešama reālā laika operācija, serdeņi var darbināt dažādas operētājsistēmas, piemēram, RTOS un Linux.
Rezumējot HMI, aptver plašu galapatēriņu lietojumprogrammu klāstu visos veiktspējas līmenī, bet tiem ir dažas kopīgas funkcijas, ieskaitot GUI, savienojamību ar vadības sistēmām un uz skārieniem balstītu vadību. Procesoram jāspēj atbalstīt vismaz šīs sākuma līmeņa HMI prasības. Pamata, vidēja diapazona un augstākās klases HMI var vēl vairāk izmantot šīs funkcijas, ieskaitot augstas izšķirtspējas grafiku, tīmekļa pārlūkošanu, video un daudz ekrāna atbalstu.