HMI: Od Wyświetlacza do Strategicznego Narzędzia

Towary fizyczne na dzisiejszych liniach produkcyjnych są zazwyczaj produkowane zgodnie z wymaganiami klientów, takich wymagań należy chociażby konfiguracja wnętrza samochodu z konkretnym modelem radia. Taki zabieg natychmiast stwarza wysokie zapotrzebowanie na elastycznych i niezawodnych pracowników. Nowoczesne automaty i zrobotyzowane komórki w zakładach produkcyjnych stają się coraz bardziej złożone ze względu na wyższe wymagania dotyczące szybkiego tempa produkcji przy zachowaniu wysokiej jakości. Oprócz tych podstawowych funkcji, dzisiejsze fabryki muszą pozwalać na wyższy poziom personalizacji i zmiennych wymagań produktu. W tym celu wdrażane są zaawansowane funkcje, takie jak diagnostyka usterek i ich szybkie usuwanie, precyzyjne dostrajanie parametrów procesu w celu optymalizacji zasobów środowiskowych, szybka rekonfiguracja parametrów maszyny i robota w celu jego przezbrojenia. Wszystkie te czynności są wykonywane za pomocą skomputeryzowanych interfejsów człowiek-maszyna czyli HMI, które nieuchronnie stają się coraz bardziej złożone w miarę dodawania nowych funkcji do systemu produkcyjnego.

Pomimo wysokiego poziomu automatyzacji maszyn i robotów, ludzie pozostają w centrum operacji produkcyjnych, zapewniając kontrolę i nadzór nad działaniami produkcyjnymi. Operatorzy wchodzą w interakcje z maszynami i robotami za pośrednictwem interfejsów użytkownika, które stanowią nowoczesny kokpit każdego zakładu produkcyjnego. Na przykład, ustawiają parametry produkcyjne maszyn, identyfikują i usuwają usterki oraz koordynują rekonfigurację maszyn i robotów w celu dostosowania zmian do produktu. HMI to z pewnością element obecnego przemysłu 4.0, który powoli ewoluuje do przemysłu 5.0.

Funkcje systemu HMI

Pogłębiająca się przepaść między złożonością maszyn a umiejętnościami użytkowników wymaga inteligentnego i innowacyjnego podejścia do automatyzacji skoncentrowanego na człowieku, które prowadzi do określenia odpowiedniego poziomu automatyzacji dla optymalnej elastyczności, zwinności i konkurencyjności wysoce zaawansowanej produkcji. W związku z tym nowe systemy automatyzacji powinny zawierać interfejsy HMI, które uwzględniają umiejętności i wymagania pracowników w zakresie elastyczności, i w pełni wykorzystują ich doświadczenie.

HMI to nic innego jak dostarczanie operatorowi aktualnych i realistycznych danych w taki sposób, aby umożliwić mu podejmowanie najbardziej decyzji w danej jednostce czasu. W zależności od specyfiki produkcji i dziedziny, HMI może obejmować różnorodne funkcje, takie jak dostosowanie parametrów spawania, przywrócenie pracy maszyny lub przekazanie informacji o awarii do systemu nadrzędnego. HMI to nic innego jak centralny punkt komunikacji, umożliwiający operatorowi biegłe sterowanie i nadzorowanie procesów, co przyczynia się do sprawnego działania systemu.

Różnice między systemem SCADA a panelem HMI

W dziedzinie automatyki przemysłowej i sterowania panel HMI (Human-Machine Interface) i system SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) to dwa różne, ale często powiązane ze sobą komponenty. Oto główne różnice między nimi:

Zakres funkcji:

• HMI: Jest to fizyczny lub wirtualny interfejs, który umożliwia operatorowi monitorowanie i kontrolowanie określonej maszyny lub procesu. HMI koncentruje się na prezentacji lokalnych danych i umożliwia bezpośrednią interakcję z maszyną lub procesem.
• System SCADA: Jest to bardziej kompleksowy system, który obejmuje wiele paneli HMI i dodatkowe funkcje. SCADA umożliwia gromadzenie, analizę i wizualizację danych z różnych źródeł oraz koordynuje działanie wielu maszyn lub procesów produkcyjnych w całym systemie.

Zakres zastosowania:

• Panel HMI: zwykle używany do sterowania i monitorowania pojedynczej maszyny lub małego procesu. Może zawierać przyciski, wyświetlacze, alarmy i proste interfejsy graficzne.
• System SCADA: Używany do zarządzania złożonymi systemami produkcyjnymi lub infrastrukturą, taką jak elektrownie, oczyszczalnie ścieków lub sieci elektryczne. Obejmuje zarówno elementy sterowania, jak i analizy danych.

Zakres dostępności danych:

• HMI: Zapewnia głównie lokalne dane związane z konkretnym urządzeniem lub procesem, na którym jest zainstalowany.
• System SCADA: Może zapewnić kompleksowy widok całego systemu poprzez agregację danych z różnych źródeł, w tym wielu urządzeń i procesów

Złożoność:

• HMI: Jest zazwyczaj prostszy i mniej skomplikowany w konfiguracji. Koncentruje się na prezentowaniu informacji w sposób zrozumiały dla operatora.
• System SCADA: Wymaga zaawansowanego oprogramowania i konfiguracji. Umożliwia analizę danych, raportowanie, śledzenie trendów i koordynację działań na większą skalę.

Poziom kontroli:

• HMI: Operator ma kontrolę nad pojedynczym urządzeniem lub małym procesem.
• System SCADA: Umożliwia globalne zarządzanie i koordynację wielu elementów w systemie.

HMI jest często fizycznym lub wirtualnym interfejsem, który pozwala operatorowi monitorować i kontrolować określony element sprzętu lub procesu. Z kolei systemy SCADA są bardziej zaawansowane, umożliwiając gromadzenie, analizę i wizualizację danych z różnych źródeł oraz koordynację większych działań.

Wpływ na produktywność procesów produkcyjnych

Zastosowanie metodyki tworzenia adaptacyjnych interfejsów HMI przyniesie znaczący wpływ na produktywność procesów produkcyjnych. Poprawa całego procesu jest niezaprzeczalna, zwłaszcza w kontekście operatorów pełniących swoją funkcję przez długie lata, mniej doświadczonych lub o ograniczonej zdolności manualnej. Dzięki HMI będą oni w stanie skutecznie obsługiwać zaawansowane maszyny i systemy produkcyjne. Równie ważne jest szybkie dostosowywanie zrobotyzowanych stacji roboczych oraz automatycznych maszyn do zmian w procesie produkcji. Skrócenie czasu wykonywania zadań oraz minimalizacja okresów przestojów stanowią kluczowe rezultaty proponowanego, zintegrowanego interfejsu HMI. Co istotne, spodziewana jest również ogólna poprawa wydajności linii produkcyjnej, przekładająca się na wyższą efektywność maszyn i sprzętu. Ostatecznie, wprowadzenie tej metodyki ma potencjał zrewolucjonizować produktywność procesów produkcyjnych poprzez zaawansowane interfejsy HMI.

Poprzez HMI można wpływać na wykonywanie zadań produkcyjnych, monitorować procesy oraz regulować przebieg produkcji. Ten rodzaj panelu umożliwia efektywne wykonywanie zadań oraz tworzenie programów zawierających zarówno tekst, jak i grafikę. Projekt opiera się na modelu wyposażonym w złącze umożliwiające połączenie z siecią MPI. Obsługuje się go za pomocą ekranu dotykowego, umożliwiającego tworzenie i uruchamianie różnorodnych aplikacji. Panel HMI współpracuje również z różnymi sterownikami dostępnych producentów.

Obsługa i kontrola procesu produkcyjnego przy wykorzystaniu sterownika PLC oraz panelu operatorskiego HMI jest zadaniem dosyć skomplikowanym. Obsługa i nadzór nad procesem przy użyciu obydwu narzędzi wymaga poprawnej konfiguracji. Istotnym zagadnieniem jest odpowiednie skonfigurowanie i połączenie zarówno sterownika PLC, jak i panelu HMI, wraz z innymi elementami aparatury potrzebnymi do zapewnienia bezpiecznego funkcjonowania procesu, zwłaszcza w przypadku ruchomych części maszyn i pił mechanicznych. Należy pamiętać, aby przy integracji tych dwóch środowisk zadbać prostotę interfejsu użytkownika.

Cały proces można podzielić na wyodrębnione etapy:

• Opracowanie koncepcji obsługi i nadzoru procesu produkcyjnego, sterowanego przez sterownik PLC i panel operatorski.
• Przygotowanie wykazu elementów oraz aparatury zapewniającej bezpieczeństwo w procesie produkcyjnym, szczególnie w przypadku ruchomych części maszyn i pił mechanicznych.
• Konfiguracja sterownika PLC i panelu HMI, aby zapewnić im płynną współpracę.
• Opracowanie kompleksowej dokumentacji technicznej, zawierającej tabele i schematy elektryczne.
• Stworzenie projektu w oprogramowaniu CAD oraz przeprowadzenie symulacji działania procesu produkcyjnego.

Zautomatyzowana praca

Wszystkie parametry można łatwo obsługiwać ręcznie lub automatycznie za pomocą jednego naciśnięcia na wyświetlaczu. Dobre hasło to podstawa dobrej ochrony, wszystkie ważne zabezpieczenia są aktualizowane w systemie, takie jak wykrywanie poziomu płynu, przegrzanie, prawidłowe mieszanie mieszanki, prawidłowe położenie napełniania przez czujnik. Przeprogramowanie jest głównym punktem, za pomocą którego można wykonywać liczne zadania. Schemat logiczny PLC i ekran HMI są częścią oprogramowania, ponieważ są one wymagane do przetwarzania funkcji po stronie programu. Projekt automatyzacji ma trzy tryby pracy:

– Tryb automatyczny

– Tryb ręczny

– Tryb bezpośredni

Tryb pracy automatyczny:

W trybie automatycznym, procedura projektu opiera się na kilku krokach. Po podłączeniu wtyczki PLC do płyty elektrycznej oraz włączeniu obu urządzeń, należy ustawić przełącznik trybu na pozycję automatyczną. W momencie rozpoczęcia pracy, sterownik PLC najpierw przeprowadza test pętli, a następnie na ekranie HMI można użyć przypisany przycisk aby przetestować komunikację między HMI a PLC. Po naciśnięciu przycisku automatycznego startu na ekranie HMI, cały proces się rozpoczyna.

Tryb pracy ręczny:

W trybie pracy ręcznym, sekwencja projektu obejmuje kilka kroków. Po podłączeniu wtyczki PLC do płyty elektrycznej i włączeniu obu urządzeń, należy przesunąć przełącznik trybu na pozycję manualną. Po uruchomieniu tablicy PLC, przeprowadzany jest test pętli, a następnie za pomocą przypisanego przycisku, na ekranie HMI przetestowana zostanie komunikacja między HMI a PLC. W trybie ręcznym możliwe jest aktywowanie każdego elementu projektu poprzez naciśnięcie odpowiedniego przycisku na ekranie HMI.

Tryb pracy bezpośredniej:

W tryb pracy bezpośredniej cały projekt jest uruchamiany bez wykorzystania komputera, interfejsu HMI lub innych urządzeń wejściowych. W tym trybie wystarczy podłączyć wtyczkę sterownika Fab PLC do płytki elektrycznej i ustawić przełącznik wyboru w tryb automatyczny. W ten sposób sterownik PLC działa w trybie automatycznym, a do pracy w trybie bezpośrednim nie jest potrzebny żaden kabel komunikacyjny, obwód ani klucz sprzętowy.

Zobacz także:

1. Automatyzacja produkcji
2. Automatyka przemysłowa
3. Prefabrykacja szaf sterowniczych – dlaczego warto stosować standardy?
4. Projektowanie instalacji elektrycznych – maszyny
5. Kim jest integrator automatyki przemysłowej?
6. Zastosowanie robotów przemysłowych w różnych branżach i gałęziach przemysłu
7. Projektowanie i budowa maszyn przemysłowych
8. Linie produkcyjne i technologiczne
9. Certyfikacja maszyn CE
10. Analiza ryzyka, jego ocena oraz redukcja
11. Produkcja farmaceutyczna
12. Przenośniki łańcuchowe
13. Taśmociąg producent
14. Maszyny przemysłowe produkcja
15. Relokacja maszyn i urządzeń
16. SCADA: Bezpieczny nadzór procesu produkcyjnego
17. Czym jest OEE? Korzyści z jego monitorowania
18. Dyrektywa Maszynowa – obowiązki producenta, odpowiedzialność pracodawcy
19. Zabezpieczenia nadprądowe
20. Robot spawalniczy