Jokaisessa ohjattavassa sähköisessä tai mekaanisessa koneessa on ihmisen koneen rajapinta (HMI) painikkeiden, vipujen tai kosketusnäyttöjen muodossa. Korkealla tasolla HMI: llä on kolme peruselementtiä: tuloja, lähtöjä ja jotain näiden kahden välisten siirtymien käsittelemiseksi.
Kun siirrymme teollisuuteen 4. 0 aikakausi, tästä mallista on tulossa hieman monimutkaisempi. Suunnittelijat lisäävät graafisia käyttöliittymiä (GUI), siirtymällä fyysisistä virtuaalipainikkeista GUI: lla, lisäämällä HMI: n suorittamien tehtävien lukumäärää ja jopa esittämällä suorituskyvyn palautetta suljetun silmukan järjestelmissä.
Yleiset HMI-prosessorin vaatimukset HMIS: llä voi olla useita vaatimuksia sulautettuille prosessoreille, niiden tarkoitetusta loppukäyttösovelluksesta riippuen. HMI-suorituskyky on neljä tasoa: lähtötason, perus-, keskitason ja huippuluokan tasot.
Lähtötason HMI: llä on hyvin peruskäyttöliittymä. Lähtönäyttö on tyypillisesti neljännesvideografiikkajärjestelmä (QVGA), jopa 320 x 240, ja siinä on minimaalinen 2D -grafiikka. Nämä HMI: t on tarkoitettu kustannusherkkaille sovelluksille, jotka vaativat vain ohjausrajapinnan perusteet. Suunnittelijat voivat käyttää resistiivisiä kosketusnäyttöjä täällä, koska ne ovat taloudellisempia kuin kapasitiiviset kosketusnäytöt.
Resistiiviset kosketusnäytöt eivät ole vain halvempia kuin kapasitiiviset kosketusnäytöt, vaan myös BOM -kustannukset voivat olla alhaisemmat, koska jotkut prosessorit voivat alkuperäisesti tukea resistiivisiä kosketusnäyttöjä, kun taas kapasitiiviset kosketukset vaativat joskus ulkoisia komponentteja. Tämäntyyppinen HMI sopii parhaiten pienen suorituskyvyn prosessoreille (<300 MHz) or microcontrollers that support resistive touchscreens.
Perus HMIS ADD Parannettu näyttöresoluutio ja parempi käyttöliittymä kuin lähtötason HMI: t. Perus HMI: llä on kosketusnäyttötyyppisesti resistiivinen ja näyttöresoluutio pidennettyyn grafiikkajoukkoon (XGA) (1,024 x 768) parannetulle käyttökokemukselle. Vaadittavasta sovelluksen prosessointitehosta riippuen tällaiset prosessorit ovat alhaisella ja keskimmäisellä suorituskykyalueella (300 MHz-800 MHz) ja voivat hyötyä 2D-grafiikan kaasupolkimista.
Keskipitkän HMIS heijastaa tiiviimmin tyypillisiä graafisia käyttöliittymiä, joiden kanssa käyttäjät voivat olla vuorovaikutuksessa päivittäin. Keskipitkällä HMI: llä on 2D-grafiikkaa, näyttöresoluutiot XGA: iin saakka (1 024 x 768), sisältävät enemmän säätimiä kuin perusluokka, ja joissain tapauksissa jopa otetaan käyttöön kosketus- tai kuulopalaute. Nämä ominaisuudet parantavat huomattavasti käyttökokemusta. Keskipitkän HMIS: n kohdalla prosessorin on sisällettävä grafiikkaki
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), josta voi suuresti hyötyä siru-DSP: stä äänen ja videoiden käsittelyn kiihdyttämiseksi. Lisäksi huippuluokan HMI: t vaativat usein prosessoreita, jotka pystyvät käsittelemään useita korkearesoluutioisia näytön ulostuloja ja HTML5: tä. Yksi esimerkki on Sitara-prosessoriperhe, joka perustuu käsivarren Cortex-A-ytimeen, joka tarjoaa skaalautuvuuden, jota tarvitaan yhden alustan kehittämiseen lähtötason huippuluokan HMIS: lle ja tukee teollisuuden luotettavuutta.
Löydät HMI: t kodinkoneista, myyntiautomaatteista, rakennusautomaatiojärjestelmistä, kuten palontorjuntapaneeleista tai hisseistä ja sähköajoneuvojen latausasemista; Yksi teollisuuden HMI: ien yleisimmistä käytöistä on kuitenkin tehdasautomaatiossa.
HMI: t tehdasautomaatiojärjestelmissä tehtaan automaatiojärjestelmissä, HMIS Connect -konekoneoperaattorit ohjaustoimintoihin, yleensä ohjelmoitaviin logiikkaohjaimiin (PLC), jotka hallitsevat anturit, toimilaitteet ja koneet tehdaslattialla. itse ja joissakin tapauksissa hallita joitain HMI: n ohjaustoimintoja. Nämä sovellukset asettavat prosessorille useita HMI: n vaatimuksia, mukaan lukien teollisuuden viestintäominaisuuksien tarve, teollisuusluokan luotettavuus ja turvaominaisuudet.
Teollisuusviestinnän standardi Ethernetissä ei ole deterministisiä piirteitä, joita vaaditaan teollisuusautomaatioon. Täällä teollisuusviestinnästä suunnitellut protokollat tulevat peliin. Teollisuuden Ethernet-protokollat mahdollistavat reaaliaikaisen, deterministisen viestinnän, jota tarvitaan ohjausjärjestelmän erityyppisten päätylaitteiden välillä.
Industrial Ethernetille on luotu yli tusina erilaista protokollaa. Näiden protokollien käsittely HMI: ssä vaatii prosessorin, FPGA: n tai ASIC: n. Monissa tapauksissa HMI: llä on isäntäprosessori ja erillinen ASIC tai FPGA, joka käyttää yhtä protokollaa.
Vaihtoehtona FPGA: lle tai ASICS: lle on olemassa integroituja ratkaisuja, jotka voivat toimia teollisen Ethernet -sovellusprosessorina ja viestintämoottorina; Näitä ratkaisuja voidaan jopa laajentaa tukemaan useita protokollia.
HMIS: n moniprotokollatuki lisää kaivattua joustavuutta teollisuudelle 4. 0, koska älykehitysten ohjausjärjestelmät ovat usein eri ratkaisujen tilkkutäkin, jotka käyttävät erilaisia protokollia. Moniprotokollatuella HMI voi toimia porttina eri protokollien välillä.
Useimmissa tapauksissa teollisuuslaadun laitokset toimivat ympäri vuoden ympäri vuoden. Ja olosuhteet voivat vaihdella jäätymisen alapuolelta kiehuvaan lämpötilaan riippuen kasvin tuottamisesta. Kasvin HMI: n on kyettävä kestämään nämä olosuhteet, ja siten sen prosessorien on oltava. Se lisää teollisuusluokan prosessorien tarvetta tehdasautomaatiossa HMIS.
Teollisuusluokan prosessorien on kyettävä kestämään laaja lämpötila, tyypillisesti -40 aste 105 asteeseen. Lisäksi tehdaslaitteiden pitkät käyttötunnit vaativat laajan laitteen käyttökokeet. Yksi laitteen käyttöiän mittaamiseen käytetty mitta on sen teho-aika (POH), joka on tuntien lukumäärä, jonka se voidaan virtaa ja käyttää oikein. Prosessorit, joilla on laaja lämpötila -alue ja POH yli 88, 000, voivat käytännössä ajaa yli 10 vuotta. Useimpien teollisten HMI: ien on täytettävä vähintään 100, 000 Poh.
Turvallisuus Vaikka HMI ja muu ohjausverkko on tyypillisesti konfiguroitu pää Internetistä eristettyyn sisäiseen Ethernet -verkkoon, on edelleen mahdollista, että haitallinen osapuolen salakuuntelu HMI: n ja muun järjestelmän välisen viestinnän välillä. Ei -toivottujen häiriöiden lopettamiseksi sulautetut prosessorit integroivat usein salaustekniikan kaasupolkimia salaamaan tietoja. Suojattu käynnistys on toinen suosittu turvallisuusvaihtoehto, joka voi auttaa suojaamaan HMI -valmistajan immateriaalioikeuksia.
Muut HMI-näkökohdat, koska HMI on ensisijaisesti käyttöliittymä, se vaatii korkean tason käyttöjärjestelmän (OS) suositun käyttöjärjestelmän käyttöä HMIS: lle. Varsinkin tehdasautomaatiotilassa, mutta Android ja Linux ovat kiinnittäneet huomiota useista syistä. Windows CE on ollut suosittu HMIS: ssä monien vuosien ajan, etenkin tehdasautomaatiossa, mutta Android ja Linux ovat saaneet huomiota useista syistä.
Ensinnäkin Android ja Linux ovat avoimen lähdekoodin käyttöjärjestelmiä, mikä tarkoittaa, että ne voivat vapaasti toteuttaa. Lisäksi, koska ne ovat avoimen lähdekoodin, on olemassa suuri yhteisö, joka tukee ohjelmistoa ja tarjoaa näytekoodin jokaiselle käyttöjärjestelmälle.
Android on suosittu järjestelmissä, joissa suuri joukko käyttäjiä on vuorovaikutuksessa HMI: n kanssa, kuten myyntiautomaatissa tai laitteissa. Android on jo suosittu kämmenmuotoilla, joten oppimiskäyrä on minimoitu uusille tulokkaille HMIS: lle, jotka saattavat jo tuntea käyttöjärjestelmän.
Tehdasautomaatiossa Linuxista on tullut todennäköinen valinta, koska se tunnustetaan laajasti vakaana, luotettavana ja turvallisena. Monet teolliset HMI: t eivät tarvitse kaikkia Androidin mukana tulevia ominaisuuksia. Toisaalta Linux tukee myös kehyksiä, kuten QT ja Open Graphics Library (OpenGL), mikä auttaa rakentamaan tehokkaita käyttöliittymiä.
Toinen ominaisuus, joka saa suosiota HMIS: ssä, on virtualisointi. Kuten aiemmin mainittiin, HMI: t integroituvat yleisesti muihin päätylaitteisiin, kuten PLC: iin, teollisuusroboteihin ja CNC -koneisiin. Yksi integraatiomenetelmä on, että HMI: n ja muiden sovellusten erilliset prosessorit ovat, mutta tämä voi olla kallista ja vaatii ylimääräistä levyn tilaa.
Toinen lähestymistapa on käyttää yhtä moniytimistä prosessoria, jossa yksi ydin on omistettu HMI: lle ja toinen sovellukselle omistettu ydin. Reaaliaikaisen toiminnan mukaan ytimet voivat käyttää erilaisia käyttöjärjestelmiä, kuten RTOS ja Linux.
Yhteenvetona voidaan todeta, että HMIS kattaa laajan valikoiman loppukäyttösovelluksia kaikilla suorituskykytasoilla, mutta sillä on joitain yhteisiä piirteitä, kuten GUI: t, yhteydet ohjausjärjestelmiin ja kosketuspohjainen ohjaus. Prosessorin on kyettävä tukemaan ainakin näitä lähtötason HMI-vaatimuksia. Perus-, keskitason ja huippuluokan HMI: t voivat edelleen hyödyntää näitä ominaisuuksia, mukaan lukien teräväpiirtografiikka, verkkoselaus, video ja moninäyttö.