כיצד לבחור ממשקי HMI צג-פאנל-שטוח לקבלת תוצאות אופטימליות בכל הסביבות התעשייתיות

התאמת הביצועים של ממשקי אדם-מכונה (HMI) צג-פאנל-שטוח לדרישות ביישומי רשת תעשייתיים היא מורכבת. מתכנני רשתות חייבים לקחת בחשבון גורמים אדריכליים, תפעוליים וסביבתיים רבים.

האם האפליקציה צריכה ממשק אינטרנטי? האם בקרה לוגית ניתנת לתכנות (PLC) משולבת תהיה מועילה? האם צפוי שימוש בסביבה קשה או בסביבת חוץ? אלו הן בין השאלות הפשוטות יותר.

החלטות מורכבות יותר כרוכות בשיקולים כגון עמידות סביבתית לעומת ביצועי קלט מסך מגע. דיוק והענות קלט חשובים למשימות בקרה מורכבות, במיוחד כשעובדים עוטים כפפות.

גורמים נוספים כוללים יכולות אבטחת סייבר משולבות, דרישות עמידות מכנית, אפשרויות קישוריות, תמיכה באינטגרציית מערכות ועוד.

ללא קשר לדרישות ולמורכבות היישום, Pro-face של Schneider Electric תומכת בצורכי ה-HMI של מערכות ייצור, אוטומציה ובקרת תהליכים ברמת Industry 4.0. המערך מתחיל עם דגמים התחלתיים ובסיסיים שיכולים לענות על רוב צרכי היישומים של רשתות תעשייתיות, ומתרחב לדגמים המדורגים לעבוד בסביבות חיצוניות קיצוניות כמו אסדות קידוח ומפעלי עיבוד כימי.

רמת התחלתית ויסודות

ממשקי HMI בקו מוצרי Pro-face מסווגים למספר רמות ביצועים, שמתחילות בסדרת ET6000, דגם ברמה התחלתית המתוכנן לויזואליזציה פשוטה ומשתלמת של מכונה. הדגמים הבסיסיים מסדרת ST6000 עולים לשלב הבא, כגון ה-PFXST6500WADE, עם מאפייני ויזואליזציה מתקדמים יותר, קישוריות וביצועים המתאימים ליישומים מורכבים יותר.

סדרת ה-ET6000 מיועדת למכונות קטנות, מערכות מסוע, אוטומציה של מבנים ויישומים דומים הדורשים בקרה וניטור בסיסיים בלבד. סדרת ה-ST6000 מציעה קישוריות מובנית מתקדמת יותר, כגון שרת OPC UA לתמיכה בזרימת נתונים מאובטחת וסטנדרטית.

סדרת ה-ST6000 תומכת גם ב-Pro-face Connect, המספקת ניטור, אבחון ובקרה מרחוק, מאובטחים, פשוטים ומבוססי ענן, של מכונות מכל מקום באמצעות מחשבים אישיים, טאבלטים או סמארטפונים. בעוד שקישוריות ספציפית משתנה בהתאם לדגם, סדרת ה-ET6000 בדרך כלל מוגבלת יותר במספר ובסוגי הממשקים, ומציעה רק אפשרויות חיוניות כגון Ethernet, יציאות טוריות ו-USB.

ממשקי ה-ST6000 HMI מציעים מגוון רחב יותר של אפשרויות קישוריות ויכולות הרחבה, כולל תמיכה בפרוטוקולים תעשייתיים שונים כגון MQTT, ממשקי Ethernet מרובים ויחידות הרחבה, כמו וידאו.

סדרת ה-ST6000 כוללת חמישה דגמים בעלי מסך רחב ושני דגמים מסורתיים בעלי יחס רוחב-גובה של 4:3, בעוד ה-ET6000 זמין בארבעה דגמי מסך רחב (איור 1). שתי הסדרות כוללות מסכי LCD צבעוניים מסוג TFT עם 16 מיליון צבעים ולוחות מגע התנגדותיים אנלוגיים.

איור 1: ישנם ארבעה דגמי מסך-רחב במשפחת ה-ET6000. (מקור תמונה: Schneider Electric)

מודולרי, מתקדם ופרמיום

ה-STM6000 הוא HMI מודולרי בסיסי המציע את אותם מאפייני ויזואליזציה מתקדמים כמו סדרת ה-ST6000, אך מיועד להתקנה מהירה, ללא כלים, בלחיצת כפתור, בחור עגול סטנדרטי של 22 מ"מ. הוא תומך בתוכנת GP-Pro EX למעבר חלק ואינטגרציה עם נכסים קיימים, והוא יכול להשתמש בתוכנת Pro-face BLUE לקבלת התכונות והיכולות העדכניות ביותר.

עבור ביצועים גבוהים יותר, Pro-face מציעה דגמים מתקדמים ופרימיום. יחידות מתקדמות כמו ה-PFXSP5400WAD מציעות מאפיינים נוספים משמעותיים מעבר לדגמים הבסיסיים, תוך התמקדות בעיקר בקישוריות משופרת, ביצועים וגמישות כדי להקל על פתרונות IoT תעשייתיים (IIoT) וגישה מאובטחת מרחוק.

דגמי פרימיום כמו ה-PFXSP5800WCD כוללים מסך ברזולוציה גבוהה יותר עם 16 מיליון צבעים, בהשוואה ל-262 אלף עבור ממשקי HMI מתקדמים. דגמי הפרימיום מציעים גם מסכים גדולים יותר, עד 19 אינץ', בהשוואה לגודל מקסימלי של 12 אינץ' בדגמים מתקדמים. בנוסף, לממשקי ה-HMI פרימיום יש יציאות USB קדמיות, חיישן בהירות ושינוי קנה-מידה אוטומטי, מאפיינים שאינם מוצעים ביחידות מתקדמות.

גישור בין מערכות IT ו-OT

אספקת ממשק המגשר על התהום בין מערכות טכנולוגיה תפעולית (OT) ברצפת המפעל לבין מערכות טכנולוגיית מידע (IT) ארגוניות ברמה גבוהה יותר, והענן, יכולה להיות שיקול חשוב.

בנוסף להיותם כלים רבי עוצמה לוויזואליזציית נתונים, ממשקי HMI יכולים לאסוף נתוני ייצור בזמן אמת הניתנים לאחסון בבסיסי נתונים SQL או במערכות תכנון משאבי ארגון (ERP), ולתמוך בהחלטות מונחות נתונים.

תוכנות Pro-face Connect ו-Pro-face Remote יכולות לספק גישה מרחוק מאובטחת, שמאפשרת ניטור תפעול וביצועי ציוד ממחשבים אישיים, טאבלטים או סמארטפונים. זה יכול גם לשפר גמישות ולקצר זמני הענות תחזוקה.

תוכנת Pro-face Blue Open Studio תומכת ביותר מ-250 מנהלי התקנים לתקשורת עבור בקרי PLC והתקנים אחרים. תלוי בדגם, ממשקי Pro-face HMI תומכים ביותר מ-1,200 התקנים, כמו גם ברשתות תעשייתיות ופרוטוקולי IT. תמיכה נרחבת זו בתקשורת וקישוריות מאפשרת לממשקי Pro-face HMI לחבר רשתות IT ו-OT מרצפת הייצור לענן (איור 2).

איור 2: ממשקי Pro-face HMI יכולים לספק קישור יעיל ומאובטח בין רשתות IT ו-OT. (מקור תמונה: Schneider Electric)

לדוגמה, ממשק ה-STM6000 Edge Box HMI יכול להעלות נתונים בצורה מאובטחת למגוון שירותי ענן, כגון Amazon Web Services (AWS) ו-Microsoft Azure, ולהשתלב עם פלטפורמות כמו AVEVA Insight.

HMI + קישוריות אינטרנט

ממשקי HMI אינטרנטיים Pro-face STW6000 כוללים דפדפן הניתן לשימוש כלקוח אינטרנט כדי להתחבר עם בקרים לוגיים ניתנים לתכנות (PLCs), דוחפי מנוע והתקנים אחרים. ממשקי HMI אלה יכולים להחליף ממשקי HMI בסיסיים במכונות קטנות ולהציג בקלות נתוני HTML5.

הם יכולים גם לשמש כתצוגה משנית חסכונית לוויזואליזציה של מידע מוגבל עבור תחזוקה ואבחון, ישירות מבקרי PLC או מתצוגה ראשית אם יש לה שרת משובץ (איור 3).

איור 3: ניתן להשתמש בממשקי STW6000 HMI כתצוגה הראשית (שמאל) או כתצוגות משניות (ימין). (מקור תמונה: Schneider Electric)

HMI + PLC

יישומים מסוימים יכולים להפיק תועלת משילוב הפונקציות של HMI ו-PLC ליחידה קומפקטית אחת. כאן נכנסת לתמונה משפחת ממשקי המפעיל STC6000 . פתרון משולב זה יכול להפחית את מספר הרכיבים ולפשט תחזוקה במכונות קטנות. זה גם מונע את הצורך בבקרות PLC מותאמות במיוחד וחבילות תוכנה מרובות, ובכך מפשט עוד יותר את היישום ומזרז את הפריסה.

יחידות STC6000 כוללות ממשקים טוריים, Ethernet ו-USB. ניתן להרחיב את הקישוריות באמצעות מודולי CANOpen ו-TM3, ובקרים אלה מתחברים בקלות להתקנים של צד שלישי. הם כוללים I/O משולב שיכול לתמוך בחיישנים, מנורות, מנורות איתות תעשייתיות או שסתומים. עם אפשרויות הרחבה המיועדות עבור יישומי בקרת מנוע, יחידות אלו מתאימות עבור מכונות כביסה ומכונות אריזה תעשייתיות (איור 4).

איור 4: ממשקי STC6000 HMI הם גמישים מאוד ומתאימים עבור מגוון תכני מכונה פשוטים. (מקור תמונה: Schneider Electric)

אבטחת סייבר

אבטחת סייבר איתנה היא שיקול חשוב להבטחת שלמות תפעולית. קווי ה-Pro-face HMI העדכניים ביותר, כגון סדרות ה-ST6000,‏ STW6000,‏ STC6000 ו-SP5000 המוצגות במאמר זה, מתוכננות עם מאפייני אבטחת סייבר נרחבים כדי להבטיח שילוב OT/IT בטוח.

ממשקי Pro-face HMI אלה תומכים במספר אמצעי אבטחת סייבר, כולל הצפנת TLS וגישה מרחוק מאובטחת ללא הגדרות חומת אש (firewall) מורכבות. הם תואמים עם מערכות מניעת חדירה (IPSs) חיצוניות מבוססות רשת, כגון EdgeIPS.

כחלק מ-Schneider Electric, חברת Pro-face משתמשת בתהליך Secure Development Lifecycle (SDL), כולל מידול איום ובדיקת חדירה, כדי להבטיח שמוצריה עומדים בתקני התעשייה כגון IEC 62443.

Pro-face Connect מספקת פתרון VPN מוצפן ומשובץ עבור גישה מרחוק מאובטחת, שניתן לניהול באמצעות רמות גישה ותעודות אבטחה. ממשקי Pro-face HMI רבים כוללים שתי יציאות Ethernet כדי לאפשר הפרדת רשתות פשוטה ומאובטחת. לפרטים נוספים והצעות פריסה, מתכננים יכולים לפנות למדריך אבטחת סייבר Pro-face HMI/IPC.

מצב כפפות ועוד

מספר ממשקי Pro-face HMI כוללים "מצב כפפות" המאפשר הפעלה כשהמשתמש עוטה כפפות. משתמשים יכולים לבחור במצב כפפות בהגדרות המערכת, לצד אפשרויות אחרות כגון מצב סטנדרטי (להפעלה באצבעות חשופות) ומצב זיהוי מים, שמבטל קלט מגע כשנוזלים נמצאים על המסך, כדי למנוע קלט לא מכוון.

מצב כפפות מגדיל את רגישות המגע של מסך מגע קיבולי. הוא מאפשר לתוכנת המסך לזהות קלט מגע מסוגי כפפות שונים, כגון כפפות ניטריל, שירות או פליז, מה שמצב סטנדרטי לעתים קרובות אינו מזהה.

זה יכול להיות שימושי במיוחד בסביבות בהן משתמשים חייבים לעטות כפפות עבור בטיחות או נוחות במזג אוויר קר (איור 5). מצב כפפות כלול גם בממשקי HMI מסדרת SP5000X Extreme.

איור 5: מצב כפפות משפר בטיחות, יעילות ונוחות מפעיל. (מקור תמונה: Schneider Electric)

ביצועים קיצוניים

יישומים כמו אסדות קידוח נפט וגז ובתי זיקוק, מפעלים כימיים, כלי-רכב כבדים לבנייה, חניונים ותחנות דלק עלולים להיחשף לסביבות חוץ קיצוניות הדורשות ממשקי HMI עמידים ובעלי בהירות גבוהה כמו סדרת ה-Pro-face SP5000X Extreme.

לדוגמה, דגם PFXSP5690WAD מדורג לעבוד מ-30°C- עד 70°C+, בהשוואה ל-0°C עד 55°C+ עבור מרבית ממשקי ה-Pro-face HMI. כמה ממפרטי הביצועים הקיצוניים האחרים של סדרה זו כוללים:

• בהירות של ‎1,000 cd/m² ומסך מט לקריאה באור שמש ישיר
• תאימות לרמות הגנה מפני חדירה IEC IP66F ו-IP67F, כשסיומת "F" מציינת הגנה מפני התזות שמן או דלק, והם מדורגים NEMA Type 4X/12/13
• עמידות מוגברת לזעזועים ורעידות עד פי 2.7 בהשוואה לממשקי HMI סטנדרטיים
• חיתוך עמידות ל-UV של לפחות 99%, להגנה ברמה גבוהה

סיכום

ישנם ממשקי Pro-face HMI בנוים עבור כל סוגי הפעולות של Industry 4.0. ההיצע נע בין יחידות ברמה התחלתית עבור מכונות פשוטות ועד לדגמי Extreme לשימוש ביישומים תובעניים ובסביבות חוץ. הם תומכים בקישוריות, אמינות, תאימות תוכנה ואבטחת סייבר הנדרשות עבור ויזואליזציית מפעל יעילה.

קריאה מומלצת:

1. שימוש בבקרי טמפרטורה ובקרי Micro PLC להאצת פרויקטים של אוטומציה בקנה-מידה קטן
2. שימוש ב-IO-Link עבור גמישות, זמינות ויעילות מוגברות במפעלי Industry 4.0
3. מהם השיקולים החשובים בעת הערכת בטיחות קובוט?
4. שפר בטיחות והגדל זמינות במפעלי Industry 4.0
5. שימוש בווילונות אור לשיפור הבטיחות ולמדידת עצמים