อธิบายอินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร: คืออะไร และจะทำให้ถูกต้องได้อย่างไร

จริงๆ แล้วอินเทอร์เฟซของเครื่องจักรกับมนุษย์คืออะไร

อินเทอร์เฟซสำหรับเครื่องจักรของมนุษย์ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า HMI เป็นจุดติดต่อระหว่างผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์กับเครื่องจักรหรือระบบอัตโนมัติ โดยพื้นฐานที่สุด HMI คืออุปกรณ์หรือซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้บุคคลสามารถตรวจสอบ ควบคุม และโต้ตอบกับอุปกรณ์หรือกระบวนการทางอุตสาหกรรม คำจำกัดความดังกล่าวครอบคลุมรูปแบบทางกายภาพที่หลากหลาย: แผงหน้าจอสัมผัสที่ติดตั้งบนเครื่องจักรที่ตั้งพื้นในโรงงาน แดชบอร์ดแบบกราฟิกบนเวิร์กสเตชันของห้องควบคุม อินเทอร์เฟซบนเว็บที่เข้าถึงได้จากแท็บเล็ต หรือแม้แต่แผงปุ่มกดธรรมดาพร้อมไฟแสดงสถานะ สิ่งที่มีร่วมกันทั้งหมดนี้คือจุดประสงค์พื้นฐานของการแปลสถานะของเครื่องที่ซับซ้อนและประมวลผลข้อมูลให้อยู่ในรูปแบบที่มนุษย์สามารถอ่านและดำเนินการได้ และแปลคำสั่งของมนุษย์กลับเป็นสัญญาณที่เครื่องสามารถดำเนินการได้

ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ระบบ HMI เป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในการปฏิบัติงานในทุกโรงงาน หากไม่มีอินเทอร์เฟซผู้ควบคุมที่ออกแบบมาอย่างดี แม้แต่ตัวควบคุมลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้ (PLC) หรือระบบควบคุมแบบกระจาย (DCS) ที่ซับซ้อนที่สุดที่อยู่ด้านหลังก็กลายเป็นเรื่องยากที่จะใช้งาน ตรวจสอบ และแก้ไขปัญหาอย่างมีประสิทธิภาพ HMI เป็นที่ที่ผู้ปฏิบัติงานใช้เวลาทำงานของตน ที่ที่รับรู้สัญญาณเตือน ที่ที่ปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการ และที่ที่สามารถมองเห็นความสมบูรณ์ของสายการผลิตทั้งหมดได้ในพริบตา การได้รับสิทธิ์ HMI ในแง่ของการเลือกฮาร์ดแวร์ การออกแบบซอฟต์แวร์ และเค้าโครงหน้าจอ ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของผู้ปฏิบัติงาน เวลาตอบสนอง และท้ายที่สุดคือความปลอดภัยและประสิทธิผลของการปฏิบัติงาน

ระบบ HMI ทำงานอย่างไร: รากฐานทางเทคนิค

การทำความเข้าใจวิธีการทำงานของระบบ HMI ทางอุตสาหกรรมจำเป็นต้องเข้าใจชั้นของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่เชื่อมต่อผู้ปฏิบัติงานกับกระบวนการทางกายภาพ HMI ไม่ได้ควบคุมเครื่องจักรโดยตรง บทบาทนั้นเป็นของ PLC, DCS หรือฮาร์ดแวร์ควบคุมอื่นๆ ที่อยู่ข้างใต้ แต่ HMI จะอ่านข้อมูลจากระบบควบคุม แสดงข้อมูลดังกล่าวให้ผู้ปฏิบัติงานเห็น และส่งอินพุตของผู้ปฏิบัติงานกลับไปยังระบบควบคุมเมื่อคำสั่งหรือพารามิเตอร์เปลี่ยนแปลง

การสื่อสารกับ PLC และระบบควบคุม

HMI สื่อสารกับฮาร์ดแวร์ควบคุมพื้นฐาน — โดยทั่วไปคือ PLC หรือตัวควบคุม DCS — ผ่านโปรโตคอลการสื่อสารทางอุตสาหกรรม โปรโตคอลทั่วไป ได้แก่ Modbus RTU, Modbus TCP/IP, EtherNet/IP, PROFIBUS, PROFINET, DeviceNet และ OPC UA และอื่นๆ อีกมากมาย ซอฟต์แวร์ HMI จะจับคู่รีจิสเตอร์ แท็ก หรือที่อยู่ข้อมูลเฉพาะใน PLC กับองค์ประกอบกราฟิกบนหน้าจอ ดังนั้นเมื่อค่าเซ็นเซอร์อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงในหน่วยความจำ PLC เกจหรือการแสดงตัวเลขที่เกี่ยวข้องบนหน้าจอ HMI จะอัปเดตแบบเรียลไทม์ เมื่อผู้ปฏิบัติงานกดปุ่มเสมือนบนหน้าจอสัมผัส HMI HMI จะเขียนค่าไปยังรีจิสเตอร์ PLC ที่เกี่ยวข้อง ซึ่ง PLC จะดำเนินการตามลอจิกการควบคุม

ฐานข้อมูลแท็กและการแมปข้อมูล

ศูนย์กลางของระบบ HMI คือฐานข้อมูลแท็ก ซึ่งเป็นรายการที่มีโครงสร้างของจุดข้อมูล (แท็ก) ทั้งหมดที่ HMI อ่านและเขียนไปยังระบบควบคุมที่เชื่อมต่อ แต่ละแท็กจะมีชื่อ ประเภทข้อมูล ที่อยู่การสื่อสาร หน่วยทางวิศวกรรม และพารามิเตอร์การปรับขนาด ฐานข้อมูลแท็กที่มีการจัดระเบียบอย่างดีเป็นรากฐานของการกำหนดค่า HMI ที่เชื่อถือได้ แท็กที่มีชื่อไม่ดี มีโครงสร้างที่ไม่สอดคล้องกัน หรือระบุที่อยู่อย่างไม่ถูกต้อง เป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของปัญหา HMI ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม แพคเกจซอฟต์แวร์ HMI สมัยใหม่ช่วยให้สามารถนำเข้าแท็กได้โดยตรงจากสภาพแวดล้อมการเขียนโปรแกรม PLC ซึ่งช่วยลดข้อผิดพลาดในการป้อนข้อมูลด้วยตนเอง และช่วยให้ฐานข้อมูล HMI ซิงโครไนซ์กับการกำหนดค่าระบบควบคุม

กราฟิกหน้าจอและแผ่นปิดหน้า

ด้านการมองเห็นของ HMI ประกอบด้วยหน้าจอกราฟิก — เรียกว่าเพจ มุมมอง หรือจอแสดงผล ขึ้นอยู่กับแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ — ซึ่งแสดงถึงกระบวนการในลักษณะที่ผู้ปฏิบัติงานสามารถตีความได้อย่างรวดเร็ว แผนภาพการไหลของกระบวนการ การแสดงอุปกรณ์แบบเคลื่อนไหว (ปั๊มที่ดูเหมือนหมุนขณะทำงาน วาล์วที่เปลี่ยนสีเมื่อเปิดหรือปิด) กราฟแนวโน้ม รายการสัญญาณเตือน และแบบฟอร์มป้อนข้อมูล ล้วนเป็นองค์ประกอบมาตรฐานของการออกแบบหน้าจอ HMI อุตสาหกรรม แผงหน้าปัด — หน้าต่างป๊อปอัพมาตรฐานที่แสดงข้อมูลที่เกี่ยวข้องทั้งหมดสำหรับลูปควบคุมหรือชิ้นส่วนของอุปกรณ์ — ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถเจาะลึกข้อมูลโดยละเอียดได้โดยไม่เกะกะหน้าจอภาพรวมกระบวนการหลัก

ประเภทของฮาร์ดแวร์ HMI: จากแผง HMI ไปจนถึงระบบที่ใช้พีซี

ฮาร์ดแวร์ HMI มาในรูปแบบที่แตกต่างกันหลายรูปแบบ ซึ่งแต่ละรูปแบบเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมการใช้งานและข้อกำหนดในการดำเนินงานที่แตกต่างกัน ตัวเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของกระบวนการที่กำลังตรวจสอบ สภาพแวดล้อมของสถานที่ติดตั้ง และระดับการทำงานที่ต้องการ

แผง HMI แบบสแตนด์อโลน

แผง HMI แบบสแตนด์อโลน - บางครั้งเรียกว่าแผงผู้ปฏิบัติงานหรือเทอร์มินัลส่วนต่อประสานผู้ปฏิบัติงาน (OIT) - เป็นยูนิตแบบครบวงจรที่รวมจอแสดงผล หน้าจอสัมผัสหรืออินพุตปุ่มกด โปรเซสเซอร์ และฮาร์ดแวร์การสื่อสารไว้ในตู้เดียวที่ทนทานซึ่งออกแบบมาเพื่อการติดตั้งเครื่องจักรโดยตรง มีขนาดหน้าจอหลากหลาย โดยทั่วไปตั้งแต่ 4 นิ้วไปจนถึง 21 นิ้วในแนวทแยง และมีจำหน่ายในระดับการป้องกัน IP ที่แตกต่างกันสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่เต็มไปด้วยฝุ่น เปียก หรือรุนแรงทางเคมี แผงเหล่านี้ใช้เฟิร์มแวร์ HMI เฉพาะมากกว่าระบบปฏิบัติการทั่วไป ซึ่งทำให้กำหนดค่าได้ง่ายขึ้นและมีเสถียรภาพในระยะยาวมากกว่าโซลูชันบนพีซี ผู้ผลิตชั้นนำในพื้นที่นี้ ได้แก่ Siemens (SIMATIC HMI), Rockwell Automation (PanelView), Mitsubishi Electric (GOT series), Schneider Electric (Magelis) และ Weintek และอื่นๆ อีกมากมาย

ระบบ HMI บนพีซี

ระบบ HMI บนพีซีใช้งานซอฟต์แวร์ HMI บนแพลตฟอร์มพีซีอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นเดสก์ท็อปมาตรฐานหรือพีซีแบบติดตั้งบนชั้นวาง พีซีแบบแผง (พีซีที่ติดตั้งไว้ในกล่องหน้าจอสัมผัส) หรือไคลเอ็นต์แบบบางทางอุตสาหกรรม ระบบที่ใช้พีซีให้ความยืดหยุ่นและพลังการประมวลผลที่มากกว่าแผง HMI แบบสแตนด์อโลนอย่างมาก โดยสามารถรันกราฟิกที่ซับซ้อนมากขึ้น จัดการจำนวนแท็กที่มากขึ้น บูรณาการกับฐานข้อมูลและระบบองค์กร และรันแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์หลายตัวพร้อมกัน ข้อเสียได้แก่ ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงกว่า การจัดการด้านไอทีที่ซับซ้อนมากขึ้น (การอัปเดตระบบปฏิบัติการ โปรแกรมป้องกันไวรัส ความปลอดภัยทางไซเบอร์) และอาจวงจรชีวิตฮาร์ดแวร์สั้นกว่าแผง HMI เฉพาะ HMI บนพีซีเป็นแนวทางที่ต้องการสำหรับระบบการควบคุมดูแลขนาดใหญ่และซับซ้อนและเวิร์กสเตชันห้องควบคุม

HMI บนมือถือและบนเว็บ

แพลตฟอร์ม HMI สมัยใหม่ที่เพิ่มมากขึ้นรองรับการเข้าถึงระยะไกลผ่านเว็บเบราว์เซอร์หรือแอปมือถือโดยเฉพาะ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานและวิศวกรสามารถตรวจสอบข้อมูลการประมวลผลและรับการแจ้งเตือนบนสมาร์ทโฟนหรือแท็บเล็ตจากทุกที่ในเครือข่ายโรงงาน — หรือเพิ่มมากขึ้นผ่านการเชื่อมต่อระยะไกลที่ปลอดภัยจากนอกสถานที่ HMI บนเว็บช่วยลดความจำเป็นในการแสดงทางกายภาพที่แผงควบคุมสำหรับงานตรวจสอบตามปกติ และช่วยให้ตอบสนองต่อสัญญาณเตือนนอกเวลาได้เร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม การเข้าถึงระยะไกลทำให้เกิดข้อควรพิจารณาด้านความปลอดภัยทางไซเบอร์ที่ต้องได้รับการจัดการอย่างระมัดระวัง และโดยทั่วไปแล้วอินเทอร์เฟซมือถือจะเหมาะสมกับการตรวจสอบมากกว่าการดำเนินการควบคุมที่ซับซ้อนซึ่งได้รับประโยชน์จากความแม่นยำของการติดตั้งแผงเฉพาะ

HMI กับ SCADA: ทำความเข้าใจความแตกต่าง

คำว่า HMI และ SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) มักใช้ร่วมกัน และบางครั้งก็ใช้แทนกันได้ ซึ่งทำให้เกิดความสับสนอย่างมาก เป็นแนวคิดที่เกี่ยวข้องกันแต่แตกต่างกัน และการทำความเข้าใจความแตกต่างเป็นสิ่งสำคัญสำหรับทุกคนที่ระบุหรือทำงานกับระบบควบคุมอุตสาหกรรม

HMI ในแง่ที่เข้มงวดที่สุดคืออินเทอร์เฟซผู้ปฏิบัติงานในพื้นที่สำหรับเครื่องจักรหรือพื้นที่กระบวนการเดียว โดยจะแสดงข้อมูลเป็นภาพและรับอินพุตของผู้ปฏิบัติงานสำหรับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อโดยตรง SCADA เป็นสถาปัตยกรรมระบบระดับสูงกว่าที่รวบรวมข้อมูลจาก HMI, PLC, หน่วยเทอร์มินัลระยะไกล (RTU) และอุปกรณ์ภาคสนามอื่นๆ ทั่วทั้งสถานที่ โรงงาน หรือการดำเนินงานที่มีการกระจายทางภูมิศาสตร์ ทำให้มองเห็นและควบคุมการควบคุมดูแลแบบรวมศูนย์ โดยทั่วไประบบ SCADA จะรวมตัวบันทึกประวัติสำหรับการบันทึกข้อมูลในระยะยาว การจัดการสัญญาณเตือนขั้นสูง เครื่องมือการรายงาน และการผสานรวมกับระบบ IT ทั่วทั้งโรงงาน

ในทางปฏิบัติ แพคเกจซอฟต์แวร์ SCADA ที่ทันสมัยส่วนใหญ่มีสภาพแวดล้อมการพัฒนา HMI เต็มรูปแบบ และหน้าจอ HMI ที่ผู้ปฏิบัติงานใช้ในระบบ SCADA ได้รับการสร้างขึ้นโดยใช้เครื่องมือและหลักการเดียวกันกับ HMI ของเครื่องสแตนด์อโลน ความแตกต่างนั้นเกี่ยวกับขนาดและสถาปัตยกรรมมากกว่าเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซของผู้ปฏิบัติงานเอง เซลล์การผลิตขนาดเล็กอาจใช้เฉพาะแผง HMI แบบสแตนด์อโลนโดยไม่มีชั้น SCADA อยู่เหนือแผงนั้น โรงงานแปรรูปขนาดใหญ่จะใช้ซอฟต์แวร์ SCADA ที่ทำงานบนเวิร์กสเตชันที่ใช้พีซี โดยมี HMI ของเครื่องหลายสิบเครื่องที่ส่งข้อมูลไปยังระบบ SCADA ส่วนกลาง

เปรียบเทียบคุณสมบัติและความสามารถที่สำคัญของ HMI

เมื่อประเมินระบบ HMI ไม่ว่าจะเป็นแผงฮาร์ดแวร์หรือแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ พื้นที่คุณลักษณะต่อไปนี้มีความสำคัญที่สุดในการเปรียบเทียบสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมใดๆ:

การใช้งานทางอุตสาหกรรมทั่วไปของระบบ HMI

เทคโนโลยี HMI ถูกนำไปใช้กับแทบทุกภาคส่วนของการดำเนินงานอุตสาหกรรมและโครงสร้างพื้นฐาน การทำความเข้าใจขอบเขตการใช้งานต่างๆ ช่วยชี้แจงว่าการกำหนดค่า HMI ต่างๆ ใดบ้างที่จำเป็นต่อการดำเนินการในทางปฏิบัติ

• สายการผลิตและการประกอบ: แผง HMI ที่ติดตั้งในแต่ละเซลล์ทำงานและสถานีเครื่องจักรช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานตรวจสอบจำนวนการผลิต ปรับพารามิเตอร์ของเครื่องจักร แก้ไขข้อบกพร่อง และเรียกการบำรุงรักษาโดยไม่ต้องออกจากสถานี หน้าจอภาพรวมระดับสายการผลิตในพื้นที่หัวหน้างานจะแสดงสถานะของสายการผลิตทั้งหมดพร้อมกัน
• การบำบัดน้ำและน้ำเสีย: ระบบ HMI ที่ใช้ SCADA ถูกนำมาใช้ตลอดการปฏิบัติงานด้านสาธารณูปโภคด้านน้ำเพื่อตรวจสอบสถานีสูบน้ำ กระบวนการบำบัด ระดับถัง อัตราการไหล และพารามิเตอร์คุณภาพน้ำทั่วทั้งโครงสร้างพื้นฐานที่กระจายตามภูมิศาสตร์จากห้องควบคุมส่วนกลาง
• การแปรรูปน้ำมัน ก๊าซ และเคมี: ระบบ HMI และ SCADA ของโรงงานในกระบวนการผลิตจะตรวจสอบและควบคุมกระบวนการต่อเนื่องที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับความดัน อุณหภูมิ อัตราการไหล และองค์ประกอบทางเคมีที่ต้องอยู่ภายในขีดจำกัดการปฏิบัติงานที่เข้มงวดเพื่อความปลอดภัยและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ การจัดการสัญญาณเตือนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานเหล่านี้
• การผลิตอาหารและเครื่องดื่ม: ระบบ HMI ในการแปรรูปอาหารต้องสนับสนุนปฏิสัมพันธ์ของผู้ปฏิบัติงานกับสายการบรรจุ เครื่องพาสเจอร์ไรส์ ระบบ CIP (ทำความสะอาดในสถานที่) และอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์ โดยมักเป็นไปตามข้อกำหนดเส้นทางการตรวจสอบและบันทึกแบทช์ที่ขับเคลื่อนโดยกฎระเบียบด้านความปลอดภัยของอาหาร
• ระบบอัตโนมัติในอาคารและระบบ HVAC: ระบบการจัดการอาคาร (BMS) ใช้อินเทอร์เฟซผู้ปฏิบัติงานสไตล์ HMI เพื่อแสดงสถานะของระบบ HVAC แสงสว่าง การควบคุมการเข้าถึง และการจัดการพลังงานในอาคารพาณิชย์และอุตสาหกรรม ซึ่งโดยทั่วไปจะเข้าถึงได้ผ่านเวิร์กสเตชันพีซีหรือเว็บเบราว์เซอร์
• พลังงานและการผลิตไฟฟ้า: โรงไฟฟ้า สถานีไฟฟ้าย่อย และการติดตั้งพลังงานหมุนเวียนใช้ระบบ HMI และ SCADA เพื่อตรวจสอบผลผลิต การเชื่อมต่อโครงข่าย ความสมบูรณ์ของอุปกรณ์ และสถานะระบบการป้องกัน ซึ่งมักมีข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือและเวลาตอบสนองที่สูงมาก

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการออกแบบหน้าจอ HMI ที่ช่วยปรับปรุงการปฏิบัติงานได้จริง

คุณภาพของการออกแบบหน้าจอของ HMI มีผลกระทบโดยตรงต่อประสิทธิภาพของผู้ปฏิบัติงานในการตรวจสอบและตอบสนองต่อกระบวนการ การออกแบบ HMI ที่ไม่ดี — หน้าจอรก การใช้สีที่ไม่สอดคล้องกัน ภาพเคลื่อนไหวมากเกินไป และรายการสัญญาณเตือนที่อ่านยาก — เป็นปัจจัยที่มีการบันทึกไว้อย่างดีในเหตุการณ์ทางอุตสาหกรรมและข้อผิดพลาดของผู้ปฏิบัติงาน การออกแบบ HMI ที่ดีไม่ได้เกี่ยวกับการทำให้หน้าจอดูน่าประทับใจ แต่เป็นการทำให้ข้อมูลที่ถูกต้องปรากฏอย่างรวดเร็ว ชัดเจน และไม่มีความกำกวม

ระเบียบวิธี HMI ประสิทธิภาพสูง

วิธีการ HMI (HPHMI) ประสิทธิภาพสูง ได้รับการพัฒนาและเผยแพร่โดย ASM Consortium และผู้ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรม เช่น Bill Holliday และ Ian Nimmo มอบแนวทางที่มีโครงสร้างในการออกแบบ HMI ทางอุตสาหกรรมที่ให้ความสำคัญกับการรับรู้สถานการณ์และการตรวจจับความผิดปกติที่รวดเร็วมากกว่าความซับซ้อนของการมองเห็น หลักการหลัก ได้แก่ การใช้จานสีที่เป็นกลางและเงียบสำหรับสถานะการทำงานปกติ (พื้นหลังสีเทา องค์ประกอบกระบวนการสีเทา) การสงวนสีที่สว่าง โดยเฉพาะสีแดงและสีเหลือง สำหรับสภาวะที่ผิดปกติและการเตือนโดยเฉพาะ ลดการใช้การเติมและการไล่ระดับสีที่ทำให้ยากต่อการตัดสินค่าอะนาล็อกอย่างรวดเร็ว และการจัดระเบียบหน้าจอรอบ ๆ การไหลของกระบวนการแทนที่จะใช้ภูมิศาสตร์ของอุปกรณ์ เมื่อผู้ปฏิบัติงานเห็นสีสดใสบนหน้าจอ HMI ประสิทธิภาพสูง พวกเขารู้ทันทีว่ามีบางสิ่งที่ต้องให้ความสนใจ ซึ่งเป็นไปไม่ได้เมื่อหน้าจอเต็มไปด้วยภาพเคลื่อนไหวและองค์ประกอบกราฟิกที่มีสีสันอยู่แล้วในการทำงานปกติ

ลำดับชั้นของหน้าจอและการนำทาง

ระบบ HMI ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีจะจัดหน้าจอให้เป็นลำดับชั้นที่ชัดเจน ระดับ 1 คือภาพรวมของโรงงานหรือพื้นที่ — หน้าจอเดียวที่แสดงสถานะของกระบวนการทั้งหมดในระดับสูง ออกแบบมาให้อ่านได้ง่ายในระยะไม่กี่ฟุต หน้าจอระดับ 2 จะแสดงแต่ละหน่วยกระบวนการหรือส่วนต่างๆ โดยละเอียดมากขึ้น หน้าจอระดับ 3 แสดงแผ่นปิดหน้าอุปกรณ์โดยละเอียด ลูปควบคุม และการอ่านค่าอุปกรณ์เฉพาะ ระดับ 4 ครอบคลุมหน้าจอการบำรุงรักษาและการวินิจฉัย การนำทางระหว่างระดับต่างๆ ควรรวดเร็วและสมเหตุสมผล โดยมีตำแหน่งการควบคุมการนำทางที่สอดคล้องกัน เพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถเคลื่อนที่ไปยังหน้าจอที่ต้องการได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องค้นหา การนำทางที่มีการจัดระเบียบไม่ดีซึ่งต้องมีการเปลี่ยนหน้าจอหลายครั้งเพื่อให้ได้ข้อมูลที่จำเป็นโดยทั่วไปถือเป็นข้อกังวลด้านประสิทธิภาพและความปลอดภัยที่สำคัญในสถานการณ์วิกฤติด้านเวลา

การออกแบบการจัดการสัญญาณเตือน

สัญญาณเตือนน้ำท่วม — ซึ่งผู้ปฏิบัติงานต้องเผชิญกับการเปิดใช้งานสัญญาณเตือนพร้อมกันหลายร้อยครั้ง ซึ่งมักเกิดจากสาเหตุเดียว — เป็นหนึ่งในปัญหาด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับ HMI ที่ร้ายแรงที่สุดในการดำเนินงานทางอุตสาหกรรม แนวทาง EEMUA 191 สำหรับระบบสัญญาณเตือนและมาตรฐาน ISA-18.2 ให้คำแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับการหาเหตุผลเข้าข้างตนเอง การจัดลำดับความสำคัญ และการจัดการสัญญาณเตือน หลักการออกแบบที่สำคัญ ได้แก่ การจำกัดจำนวนการแจ้งเตือนเฉพาะที่ผู้ปฏิบัติงานต้องดำเนินการอย่างแท้จริง การกำหนดระดับความสำคัญที่ชัดเจน (สูง ปานกลาง ต่ำ) พร้อมเวลาตอบสนองที่กำหนดไว้ การระงับการแจ้งเตือนที่เป็นผลสืบเนื่องที่คาดการณ์ได้ของสถานะกระบวนการที่ทราบ และสร้างความมั่นใจว่าการนำเสนอรายการสัญญาณเตือนทำให้การแจ้งเตือนที่สำคัญที่สุดและดำเนินการได้มองเห็นได้ทันที แทนที่จะฝังไว้ในรายการเลื่อนของการแจ้งเตือนที่มีลำดับความสำคัญต่ำ

ความปลอดภัยทางไซเบอร์ของ HMI: ข้อพิจารณาที่สำคัญเพิ่มมากขึ้น

เนื่องจากระบบ HMI ได้ย้ายจากเครือข่ายที่เป็นกรรมสิทธิ์แบบแยกออกไปสู่แพลตฟอร์มที่เชื่อมต่ออีเธอร์เน็ตที่บูรณาการเข้ากับระบบ IT ของโรงงาน และในบางกรณี เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตเพื่อการเข้าถึงระยะไกล ความปลอดภัยทางไซเบอร์จึงกลายเป็นข้อกังวลที่สำคัญอย่างแท้จริง ระบบ HMI ระดับอุตสาหกรรมและเครือข่าย SCADA เป็นที่ทราบกันว่าเป็นเป้าหมายของการโจมตีทางไซเบอร์ รวมถึงแรนซัมแวร์ และเหตุการณ์สำคัญหลายประการในการบำบัดน้ำ พลังงาน และโรงงานผลิตได้แสดงให้เห็นถึงผลที่ตามมาในโลกแห่งความเป็นจริงจากความปลอดภัยทางไซเบอร์ทางอุตสาหกรรมที่ไม่เพียงพอ

มาตรการรักษาความปลอดภัยทางไซเบอร์ขั้นพื้นฐานสำหรับระบบ HMI ประกอบด้วยการแบ่งส่วนเครือข่ายระหว่างเครือข่าย HMI/SCADA และเครือข่ายไอทีขององค์กร (โดยทั่วไปจะดำเนินการโดยใช้โซนปลอดทหารหรือสถาปัตยกรรม DMZ), การตรวจสอบสิทธิ์ที่เข้มงวดสำหรับการเข้าถึง HMI รวมถึงการอนุญาตผู้ใช้ตามบทบาท, การแพตช์ซอฟต์แวร์ HMI และระบบปฏิบัติการเป็นประจำ, การปิดใช้งานพอร์ตการสื่อสารและบริการที่ไม่ได้ใช้, การลบข้อมูลรับรองเริ่มต้น และการควบคุมการเข้าถึงสื่อแบบถอดได้เพื่อป้องกันการแนะนำมัลแวร์ผ่านไดรฟ์ USB ชุดมาตรฐาน IEC 62443 มอบกรอบการทำงานที่ครอบคลุมที่สุดสำหรับความปลอดภัยทางไซเบอร์ในอุตสาหกรรม รวมถึงคำแนะนำเฉพาะสำหรับความปลอดภัยของระบบ HMI และ SCADA

สิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกระบบ HMI

การเลือกฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ HMI ที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันใหม่หรือแอปพลิเคชันดัดแปลงเกี่ยวข้องกับการรักษาสมดุลข้อกำหนดทางเทคนิค ข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อม การสนับสนุนของผู้จำหน่าย และการพิจารณาวงจรชีวิตในระยะยาว ปัจจัยต่อไปนี้สมควรได้รับการประเมินอย่างรอบคอบก่อนตัดสินใจใช้แพลตฟอร์มเฉพาะ

• ความเข้ากันได้ของ PLC และระบบควบคุม: HMI จะต้องรองรับไดรเวอร์การสื่อสารดั้งเดิมสำหรับแพลตฟอร์ม PLC ที่มีอยู่หรือที่วางแผนไว้ของคุณ แม้ว่า OPC UA จะมอบเส้นทางการบูรณาการที่เป็นสากลระหว่างระบบที่ทันสมัยที่สุด โดยทั่วไปแล้วไดรเวอร์แบบเนทีฟจะให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่า การกำหนดค่าที่ง่ายกว่า และการบูรณาการที่เข้มงวดยิ่งขึ้น ยืนยันว่าไดรเวอร์ของผู้จำหน่าย HMI สำหรับแบรนด์ PLC ของคุณได้รับการบำรุงรักษาและรองรับเวอร์ชันเฟิร์มแวร์ที่คุณใช้อยู่
• การให้คะแนนด้านสิ่งแวดล้อม: แผง HMI ที่ติดตั้งกับเครื่องจักรต้องได้รับการจัดอันดับตามสภาพแวดล้อมของสถานที่ติดตั้ง การจัดระดับ IP65 หรือ IP66 ช่วยป้องกันการฉีดน้ำและฝุ่นละออง ซึ่งโดยทั่วไปจำเป็นสำหรับการแปรรูปอาหาร กลางแจ้ง และสภาพแวดล้อมที่มีการชะล้าง พิกัดช่วงอุณหภูมิมีความสำคัญในการใช้งานที่มีสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง ทั้งร้อนและเย็น
• ขนาดหน้าจอและความละเอียด: จับคู่ขนาดหน้าจอกับจำนวนข้อมูลที่จำเป็นต้องแสดงและระยะการรับชมของผู้ปฏิบัติงาน แผงขนาด 7 นิ้วเพียงพอสำหรับอินเทอร์เฟซของเครื่องจักรเครื่องเดียวพร้อมพารามิเตอร์จำนวนหนึ่ง ภาพรวมกระบวนการที่ซับซ้อนจำเป็นต้องมีจอแสดงผลขนาด 15 นิ้วเป็นอย่างน้อย และโดยทั่วไปเวิร์กสเตชัน SCADA ของห้องควบคุมจะใช้จอภาพขนาด 24 นิ้วขึ้นไป จอแสดงผลไวด์สกรีนความละเอียดสูงช่วยให้ได้รับข้อมูลต่อหน้าจอมากขึ้นโดยไม่กระทบต่อความสามารถในการอ่าน
• สภาพแวดล้อมการพัฒนาซอฟต์แวร์: ประเมินซอฟต์แวร์การพัฒนา HMI เพื่อความสะดวกในการใช้งาน ไลบรารีกราฟิกที่มีอยู่ ความสามารถในการเขียนสคริปต์หรือการเขียนโปรแกรม เครื่องมือจำลองสำหรับการทดสอบโดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์ที่ใช้งานจริง และคุณภาพของเอกสารประกอบและการสนับสนุนด้านเทคนิค การกำหนดค่า HMI ดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องเพิ่มหน้าจอ เปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ และเพิ่มอุปกรณ์ใหม่ ดังนั้นทีมบำรุงรักษาจึงจำเป็นต้องเข้าถึงสภาพแวดล้อมการพัฒนาได้ ไม่ใช่แค่ผู้ประกอบระบบที่เชี่ยวชาญเท่านั้น
• วงจรการใช้งานฮาร์ดแวร์และความพร้อมใช้งานของอะไหล่: แผง HMI อุตสาหกรรมจำเป็นต้องได้รับการรองรับและมีอะไหล่ให้เลือกใช้งานได้อย่างน้อย 10-15 ปี ตรวจสอบข้อผูกพันเกี่ยวกับวงจรชีวิตผลิตภัณฑ์ที่เผยแพร่ของผู้จำหน่ายและความพร้อมใช้งานของหน่วยทดแทนสำหรับรุ่นเฉพาะที่คุณกำลังพิจารณาก่อนซื้อ การเลือกแพลตฟอร์มจากผู้ขายที่เลิกผลิตผลิตภัณฑ์บ่อยครั้งจะสร้างโครงการการย้ายถิ่นที่เจ็บปวดและมีราคาแพงในช่วงหลายปีต่อจากนี้
• ความสามารถในการขยายขนาด: พิจารณาว่าแพลตฟอร์ม HMI ที่คุณเลือกในปัจจุบันสามารถเติบโตไปพร้อมกับโรงงานของคุณหรือไม่ ระบบที่ตอบสนองความต้องการในปัจจุบันแต่มีจำนวนแท็กหรือขีดจำกัดหน้าจอภายในสองปีทำให้เกิดค่าใช้จ่ายในการอัปเกรดที่ไม่จำเป็น การเลือกแพลตฟอร์มที่มีเส้นทางการอัปเกรดที่ชัดเจน — จากแผงควบคุมแบบสแตนด์อโลนไปจนถึงแบบใช้พีซีไปจนถึง SCADA — ภายในระบบนิเวศของผู้จำหน่ายเดียวกันจะช่วยลดความพยายามในการโยกย้ายตามความต้องการที่เพิ่มขึ้น

อนาคตของเทคโนโลยีการเชื่อมต่อระหว่างเครื่องจักรกับมนุษย์

เทคโนโลยี HMI กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว ขับเคลื่อนโดยความก้าวหน้าในการเชื่อมต่อ พลังการประมวลผล และการออกแบบอินเทอร์เฟซ แนวโน้มต่างๆ กำลังปรับเปลี่ยนรูปลักษณ์และการทำงานของอินเทอร์เฟซของผู้ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมอย่างจริงจัง และการทำความเข้าใจสิ่งเหล่านี้จะช่วยให้องค์กรต่างๆ ตัดสินใจเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่มองไปข้างหน้าได้ แทนที่จะลงทุนในแพลตฟอร์มที่จะล้าสมัยภายในไม่กี่ปี

แพลตฟอร์ม HMI และ SCADA ที่เชื่อมต่อกับคลาวด์ช่วยให้สามารถจัดเก็บข้อมูลแบบรวมศูนย์ การตรวจสอบระยะไกล และการวิเคราะห์ในระดับที่ไม่สามารถทำได้ด้วยสถาปัตยกรรมภายในองค์กรแบบดั้งเดิม การบูรณาการ IoT เชิงอุตสาหกรรม (IIoT) ช่วยให้ระบบ HMI สามารถรวบรวมข้อมูลไม่เพียงแต่จาก PLC เท่านั้น แต่ยังจากเซ็นเซอร์อัจฉริยะ อุปกรณ์ Edge และระบบตรวจสอบสภาพ ทำให้ผู้ปฏิบัติงานเห็นภาพที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับความสมบูรณ์ของอุปกรณ์และประสิทธิภาพของกระบวนการ อินเทอร์เฟซ Augmented Reality (AR) ซึ่งผู้ปฏิบัติงานดูข้อมูล HMI ที่วางซ้อนบนอุปกรณ์จริงผ่านแว่นตาอัจฉริยะหรือกล้องแท็บเล็ต กำลังเริ่มปรากฏในขั้นตอนการบำรุงรักษาและการตรวจสอบ ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการพกพาขั้นตอนกระดาษหรือละสายตาจากอุปกรณ์เพื่อตรวจสอบการอ่าน ปัญญาประดิษฐ์และการเรียนรู้ของเครื่องจักรกำลังถูกรวมเข้ากับแพลตฟอร์ม SCADA และ HMI เพื่อให้การจัดการสัญญาณเตือนแบบคาดการณ์ การตรวจจับความผิดปกติ และคำแนะนำในการเพิ่มประสิทธิภาพการปฏิบัติงานที่สนับสนุนผู้ปฏิบัติงานมากกว่าการรายงานข้อมูลดิบเพียงอย่างเดียว

ผ่านการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดนี้ หน้าที่หลักของ ส่วนต่อประสานกับเครื่องจักรของมนุษย์ ยังคงเหมือนเดิม: เพื่อให้สิ่งที่มองไม่เห็นมองเห็นได้ เพื่อแปลความซับซ้อนของเครื่องจักรให้เป็นความเข้าใจของมนุษย์ และเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานได้รับข้อมูลและการควบคุมที่จำเป็นเพื่อให้กระบวนการทำงานอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ เทคโนโลยียังคงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง แต่หลักการออกแบบที่ทำให้ HMI มีประโยชน์อย่างแท้จริง — ความชัดเจน ความเร็ว ความสม่ำเสมอ และการมุ่งเน้นไปที่สิ่งที่ผู้ปฏิบัติงานต้องการจริงๆ — ยังคงมีความเกี่ยวข้องเช่นเคย