Programy i platformy sprzętowe interfejsów człowiek-maszyna HMI (Human Machine Interface) pozwalają na uzyskanie większej efektywności. Dla użytkownika wyposażenie w program HMI urządzeń podnosi ich wartość. Dlatego też rośnie zainteresowanie tego typu systemami zarówno ze strony użytkowników, jak i producentów urządzeń i maszyn.
Następują zmiany w stosowanych technologiach informatycznych. HMI w przemyśle związane są często z systemami SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), czyli nadzorującymi przebieg procesu technologicznego lub produkcyjnego, choć nie jest to jedyne ich zastosowanie. Na rynku jest dostępnych kilkadziesiąt systemów SCADA, by wymienić takie jak: Adroit (Adroit Technologies), AutoLink (ASCON), ANT Studio (ANT), Asix (ASKOM), BTC PRINS, CITECT, CoMeta (MetaSoft), COPA-DATA (ZenOn), EDS/ESS2 (Transition Technologies), EMAC (ENERGOTEST), GEMOS (ELA COMPIL), National Instruments LabVIEW, MicroSCADA (ABB), Movicon SCADA, OpenEye SCADA, Proficy HMI/SCADA CIMPLICITY, Pro Tool, PRO-2000, Promotic SCADA (Microsys), RSView (Rockwell Automation), SAURON (RNT), SCATEX (EFACEC), SMoK (Somar), Syndis (Mikronika), TELEXUS (Atrem), VERO System (Elektro-System), WinCC (Siemens), WindEx (ELKOMTECH), Wonderware. To oczywiście nie jest pełna lista.
W nowoczesnych systemach automatyki przemysłowej HMI korzystano jeszcze niedawno głównie ze zintegrowanych środowisk programistycznych IDE i narzędzi do szybkiego tworzenia programów typu run-time (RT) w systemach operacyjnych najczęściej Microsoftu (Win32, ActiveX i .NET) z elementami, takimi jak Forms, WinForms, WebForms. Aplikacje korzystają z wbudowanych języków skryptowych, takich jak Microsoft Visual Basic for Applications (VBA/VBS). Oczywiście można w tych technologiach budować zaawansowane aplikacje HMI, jednak pojawiają się problemy z efektywnym wsparciem i utrzymaniem, w całym cyklu życia, tak tworzonego oprogramowania. Nie wchodząc w szczegóły i specjalistyczne rozważania, użytkowników interesuje bardziej praktyczna strona użytkowania systemów HMI. Mamy tu do czynienia zarówno z jakością samego oprogramowania, jak też nowymi wymaganiami czy preferencjami użytkowników przyzwyczajonych do nowych sposobów komunikacji wizualnej, z których korzysta się na przykład w telefonach komórkowych, systemach GPS itp. z rynku konsumenckiego. Takie produkty, jak iPhone czy iPod wyznaczają trendy i oczekiwania również użytkowników systemów HMI w przemyśle.
Flash czy HTML5?
Rynek aplikacji po roku 2001 (pamiętny upadek firm Dot Com) zmienił się nie do poznania. W aplikacjach internetowych platformę Web 1.0 zastąpiła Web 2.0 z takimi serwisami, jak: Google, Amazon, Web Services, The Cloud. W przypadku urządzeń mobilnych pojawiły się takie produkty i technologie, jak: Apple iPhone/iPAD, Google Android, RIM Blackberry i Webkit. Jeśli chodzi o standardy sieci Web, to dziś są to: HTML5, Java Script, SVG, WebStorage, WebSockets, i Cloud (chmury). To dziś zupełnie inna jakość w technologiach informatycznych.
Na rynku HMI konkurują nowe technologie informatyczne. Na przykład QNX Software Systems buduje dynamiczne interfejsy HMI do kontroli przemysłowej z wykorzystaniem technologii Adobe Flash. Adobe Systems przewidywała, że do 2010 r. miliard mobilnych urządzeń będzie na świecie wyposażonych w interfejsy graficzne (GUI), wykorzystujące program Adobe Flash. Oczywiście HMI QNX Software Systems nie tylko korzysta z rozwiązań znanych z popularnych urządzeń konsumenckich, ale spełnia wymagania stawiane przez przemysł, takie jak czas rzeczywisty czy odporność. Oprogramowanie QNX wspiera, poza Adobe Flash, również HMTL5, aplikacje natywne OpenGL ES i 2D.
Standard HTML5 ma w założeniu poprawić standaryzację stron i umieszczania takich elementów, jak pliki audio i wideo. Nowości w HTML5 to: Client Side Graphics – 2D, WebGL – 3D, Inline SVG, technologia przeciągnij i upuść (Drag Drop), edycja w miejscu (Inplace Text Editing), geolokacja, HTML, JavaScript i DOM, WebSockets oraz obsługa baz danych Web SQL Database lub Indexed Database API. Przewiduje się, że w rozwoju systemów HMI przygotowanych w HTML5 będzie miało szczególne znaczenie natywne wsparcie dla standardów, takich jak Canvas i WebSockets.
W przypadku oprogramowania HMI ważne jest, by wbudowany system interfejsu graficznego GUI zapewniał krótkie czasy reakcji na wprowadzane przez użytkownika komendy i polecenia. Musi on sobie dać radę, nawet gdy wykonywanych jest równocześnie kilka zadań, które obciążają procesor. Stosowane obecnie wyświetlacze o dużych rozdzielczościach pozwalają wyświetlać wysokiej jakości grafikę. Poprawia to estetykę i czytelność wyświetlanych informacji, ale obciąża procesor. Jednak nawet gdy o moc obliczeniową konkuruje równocześnie kilka programów graficznych, nie powinno to wpływać na pojawienie się opóźnień. Stosuje się w tym celu na przykład centralny menedżer monitora i priorytety wątków, przydzielając w ten sposób dostęp programom do procesora.
Nowe podejście
Projektowanie interfejsów graficznych HMI wymaga obecnie od projektantów nowego podejścia. Dotychczas często odwzorowywano wygląd urządzeń z typowymi elementami sterującymi i zegarami wskaźników (na przykład analogowych) czy diod sygnalizacyjnych. Dziś wydaje się już to archaiczne. Młodsza generacja kadry inżynierskiej ma zupełnie inne oczekiwania związane z wizualizacją informacji i sposobu korzystania z nowoczesnych paneli dotykowych. Warto zwracać na takie elementy uwagę, bo intuicyjność obsługi wpływa nie tylko na szybkość szkolenia pracownika, ale i na ograniczenie błędów związanych z obsługą sprzętu i systemów w zakładzie. W życiu codziennym otacza nas coraz więcej nowych systemów informatycznych. W samochodach coraz większej liczby marek są montowane systemy Infotainment, łączące w jednym systemie centralnie sterowanym wiele różnorodnych funkcji i usług multimedialnych i nawigacji satelitarnej. Rozwiązania przyjmowane w takich systemach będą miały wpływ na wygląd paneli HMI w zakładach przemysłowych w najbliższej przyszłości. Potencjalnie dostępne dla tych systemów platformy programistyczne to: Android, Microsoft, HTML 5, Adobe Air / Flash.
LabVIEW
Przy okazji omawiania HMI trzeba wspomnieć o Lab-VIEW. Już prawie 25 lat graficzny język programowania LabVIEW firmy National Instruments to inne podejście do tworzenia aplikacji związanych z testowaniem, pomiarami i sterowaniem. LabVIEW 2010 to: programowanie graficzne, narzędzia programistyczne wysokiego poziomu, wbudowane funkcje pomiarowe i analityczne oraz wieloplatformowość i urządzenia wbudowane. Lab-VIEW Development Systems jest dostępne dla systemów operacyjnych Windows, Mac OS i Linux. Używany w LabVIEW graficzny język programowania nosi nazwę „G”. Sprawdza się zwłaszcza tam, gdzie wykonuje się pomiary i analizę pobieranych danych.
Jak mówi Paweł Czepiel z firmy VIX Automation, w której ofercie znajduje się oprogramowanie przemysłowe firmy GE Intelligent Platforms, z nowości warto zwrócić uwagę na Proficy HMI/SCADA iFIX WebSpace. Pozwala on łatwo przenieść istniejące aplikacje SCADA z systemu iFIX do przeglądarki internetowej, dzięki czemu można udostępniać dowolne ekrany synoptyczne dla autoryzowanych osób z dowolnego miejsca. Znaczące jest tu to, że nie trzeba „pisać” aplikacji HMI/SCADA od początku.
Wystarczy kilka „kliknięć” i aplikacja jest udostępniona w przeglądarce. W Polsce jest już kilka wdrożeń tego produktu – między innymi w branży wod.-kan., górnictwie, branży spożywczej. Niedawno na rynku pojawił się też Proficy HMI/SCADA iFIX Embedded – produkt z rodziny HMI/SCADA iFIX przeznaczony do paneli operatorskich z systemem Windows XP Embedded. Patrząc na trendy na rynku, Paweł Czepiel wnioskuje, że właśnie tego typu rozwiązania stanowią przyszłość dla systemów SCADA. Użytkownicy oczekują mobilnego, zdalnego dostępu – wglądu w proces również spoza zakładu. iFIX WebSpace jest tutaj rozwiązaniem.
Ekrany
Na rozwój interfejsów HMI mają wpływ coraz tańsze i doskonalsze ekrany wielodotykowe o dużych przekątnych. Dzięki nim można zrezygnować z wydzielonych paneli z przyciskami sterującymi. Pozwalają one łatwo przewijać treść na ekranie oraz równocześnie wyświetlać znacznie więcej informacji. Oczywiście wyświetlacz o dużych możliwościach nie będzie wykorzystany tam, gdzie wystarczająca jest tekstowa prezentacja wyniku. Tu ważnym czynnikiem jest niska cena takiego rozwiązania. Na rynku jest dostępna szeroka gama wyświetlaczy panelowych przeznaczonych do zastosowań przemysłowych. Choćby chińskie Kinco Automation: tekstowe oraz serii MT4000, MT5020 i MT6000. Te ostatnie są wyposażone w procesor PXA270 oraz interfejs przygotowany w Windows CE i wyświetlacz TFT LCD o rozmiarze 5,7”, 8” i 10,4”. Duży wybór paneli ma w ofercie Beijer Electronics z ponad 20-letnim doświadczeniem w rozwoju produktów HMI. Firma Advantech oferuje różne rozwiązania wyświetlaczy dla przemysłu, w tym model przeznaczony do użytkowania przy bezpośrednim oświetleniu zewnętrznym oraz modele do pracy w trudnych warunkach, na przykład w podwyższonej temperaturze. Panele operatorskie, terminale, monitory oraz wyświetlacze o zwiększonej jaskrawości ma też Computer Dynamics (model Ultra HiBrite). Panele o dobrych parametrach oferuje też firma OSD Displays. Z kolei panele operatorskie Visa wyposażone są w protokoły komunikacyjne do większości sterowników PLC, a standardem jest zegar czasu rzeczywistego, podtrzymanie pamięci receptur i rejestrów wewnętrznych, a także komunikacja transparentna z podłączonym PLC.
Podsumowując, panele operatorskie są dziś popularne w bardzo wielu zastosowaniach, a nie jak kiedyś, tylko w dużych systemach kontroli procesów produkcyjnych. Obecnie nowoczesne systemy HMI współpracują z większością systemów operacyjnych, dzięki czemu stosunkowo proste jest przeniesienie aplikacji ze starszych systemów.
Również coraz powszechniej stosowane wielordzeniowe procesory integrują w jednym urządzeniu sterowniki programowalne z rozwiązaniami HMI. Duża wydajność pozwala oferować również w rozwiązaniach przemysłowych znakomitą jakość wyświetlanego obrazu.
Autor: Bohdan Szafrański
