คู่มือระบบเชื่อมต่อระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI): ประเภท เกณฑ์การคัดเลือก และการใช้งานทางอุตสาหกรรม

ผู้ปฏิบัติงานยืนอยู่หน้าสายการผลิตในโรงงานทอผ้า เครื่องจักรกำลังทำงาน แต่ผู้ปฏิบัติงานไม่สามารถมองเห็นความเร็วของสายการผลิตจริง อุณหภูมิภายในห้องอบแห้ง หรือสัญญาณเตือนใดที่เป็นไปได้จากทั้งหมดแปดรายการที่เกิดขึ้นเมื่อห้านาทีที่แล้ว การตอบสนองเพียงอย่างเดียวนั้นมาจากแถวไฟแสดงสถานะและแผงปุ่มกดขนาดเล็ก นี่คือปัญหาที่แท้จริง ส่วนต่อประสานกับเครื่องจักรของมนุษย์ (HMI) ได้รับการออกแบบมาเพื่อแก้ปัญหา

Human Machine Interface คืออะไร?

HMI คือการผสมผสานระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ช่วยให้บุคคลสามารถโต้ตอบกับเครื่องจักร ระบบ หรืออุปกรณ์ได้ สามารถทำได้ง่ายๆ เช่น แผงควบคุมทางกายภาพที่มีปุ่มและไฟแสดงสถานะ หรือขั้นสูงเหมือนกับหน้าจอสัมผัสสีเต็มรูปแบบที่แสดงข้อมูลกระบวนการแบบเรียลไทม์ แผนภูมิแนวโน้ม และข้อความแจ้งเตือน ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม HMI จะอยู่ระหว่างผู้ปฏิบัติงานและตัวควบคุม ซึ่งโดยทั่วไปคือ Programmable Logic Controller (PLC) หรือไดรฟ์ความถี่แบบแปรผัน โดยจะแปลสัญญาณเครื่องจักรดิบเป็นข้อมูลภาพ และส่งคำสั่งของผู้ปฏิบัติงานกลับไปยังอุปกรณ์

คำจำกัดความนี้มีความสำคัญด้วยเหตุผลเชิงปฏิบัติ เมื่อคุณประเมิน HMI คุณไม่ใช่แค่การเปรียบเทียบขนาดหน้าจอเท่านั้น คุณกำลังตัดสินใจว่าจะสามารถเข้าใจสถานะของเครื่องจักรได้มากเพียงใดโดยสรุป และผู้ปฏิบัติงานจะตอบสนองต่อข้อผิดพลาดได้เร็วเพียงใด ของเรา กลุ่มผลิตภัณฑ์ HMI ครอบคลุมความต้องการทั้งแบบเรียบง่ายและขั้นสูง ตั้งแต่แผงข้อความไปจนถึงหน้าจอสัมผัสแบบสีเต็มรูปแบบ

เหตุใด HMI จึงมีความสำคัญในการปฏิบัติการทางอุตสาหกรรม

ประโยชน์หลักของ HMI คือการตัดสินใจที่รวดเร็วยิ่งขึ้น แทนที่จะเดินไปที่ตู้และแปลสัญญาณไฟกะพริบ ผู้ปฏิบัติงานสามารถเห็นภาพของทั้งสาย ระบุตำแหน่งที่เกิดข้อผิดพลาด และรับทราบสัญญาณเตือนได้ในที่เดียว

• ลดเวลาหยุดทำงาน: การแจ้งเตือนด้วยภาษาธรรมดาและหน้าจอที่ใช้งานง่ายช่วยให้ทีมบำรุงรักษาพบข้อผิดพลาดได้เร็วยิ่งขึ้น
• การทำงานที่สม่ำเสมอมากขึ้น: การแสดงภาพและขั้นตอนการทำงานเดียวกันในเครื่องจักรหลายเครื่อง ช่วยป้องกันการเปลี่ยนแปลงที่ขึ้นอยู่กับผู้ปฏิบัติงาน
• การบันทึกข้อมูลในตัว: บันทึกแนวโน้มและเหตุการณ์ทำให้การวิเคราะห์สาเหตุที่แท้จริงและการบำรุงรักษาเชิงป้องกันง่ายขึ้นมาก
• เวลาการฝึกอบรมสั้นกว่า: อินเทอร์เฟซแบบกราฟิกเรียนรู้ได้ง่ายกว่าแผงปุ่มกดฮาร์ดแวร์ที่มีรหัสลับ

ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมสมัยใหม่ HMI ยังเป็นจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงทางดิจิทัลอีกด้วย แม้แต่การอัพเกรดเล็กน้อยจากแผงข้อความไปเป็นหน้าจอสัมผัส HMI ก็สามารถเปลี่ยนวิธีที่บริษัทรวบรวมข้อมูลการปฏิบัติงานและฝึกอบรมพนักงานได้

ประเภทของ HMI และวิธีที่เหมาะสมกับความต้องการที่แตกต่างกัน

HMI อุตสาหกรรมมีสามประเภทกว้างๆ ตัวเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของเครื่องจักร สภาพแวดล้อม และงบประมาณ

HMI แบบข้อความยังคงมีคุณค่าในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงหรือมีงบประมาณจำกัด มีความทนทาน อ่านง่ายในแสงแดดโดยตรง และไม่จำเป็นต้องปรับเทียบแบบสัมผัส แผงหน้าจอสัมผัสมีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์สมัยใหม่เนื่องจากสามารถแสดงข้อมูลเพิ่มเติมบนหน้าจอเดียว และลดความยุ่งเหยิงของปุ่ม HMI ที่เชื่อมต่อกับ IoT ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น โดยที่ผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องดูเครื่องจักรจากหลายแห่ง

เกณฑ์การคัดเลือกที่สำคัญสำหรับ HMI

การเลือก HMI ที่เหมาะสมจะเริ่มต้นด้วยการมองเห็นงานประจำวันของผู้ปฏิบัติงานและข้อกำหนดในการสื่อสารของเครื่องอย่างชัดเจน ต่อไปนี้เป็นเกณฑ์ที่สำคัญในทางปฏิบัติ

1. ขนาดหน้าจอและความละเอียด: ตัดสินใจว่าจะต้องมองเห็นค่ากระบวนการจำนวนเท่าใดในคราวเดียว และกราฟิกจะต้องมีรายละเอียดมากน้อยเพียงใด
2. โปรโตคอลการสื่อสาร: ตรวจสอบการรองรับ Modbus RTU/TCP, CANopen, Ethernet/IP หรือโปรโตคอลเฉพาะไดรฟ์ โปรโตคอลที่ขาดหายไปสามารถบังคับเกตเวย์ที่ไม่จำเป็นได้
3. ระดับสิ่งแวดล้อม: ตรวจสอบระดับแผงด้านหน้า เช่น IP65 และช่วงอุณหภูมิการทำงานของตำแหน่งของเครื่อง
4. วิธีการป้อนข้อมูล: เลือกระหว่างการสัมผัสแบบต้านทานสำหรับการใช้ถุงมือและการสัมผัสแบบคาปาซิทีฟเพื่อให้สัมผัสเหมือนสมาร์ทโฟน
5. สภาพแวดล้อมของซอฟต์แวร์: พิจารณาว่าสามารถสร้างหน้าจอได้ง่ายเพียงใด กำหนดค่าการบันทึกข้อมูลอย่างไร และรองรับการเข้าถึงระยะไกลหรือไม่

สำหรับงานระบบอัตโนมัติระดับกลาง HMI หน้าจอสัมผัสที่สมดุลพร้อมการสื่อสารที่เชื่อถือได้มักเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีที่สุด Raynen UH400 HMI นำเสนอหน้าจอสัมผัสที่แข็งแกร่ง พอร์ตการสื่อสารหลายพอร์ต และสภาพแวดล้อมการกำหนดค่าที่ใช้งานง่ายสำหรับเครื่องทั่วไปหลายประเภท

HMI ซีรีส์ Raynen UH400 พร้อมหน้าจอสัมผัสและพอร์ตการสื่อสารหลายพอร์ต HMI หน้าจอสัมผัสที่สมดุลสำหรับงานระบบอัตโนมัติระดับกลาง มีตัวเลือกตั้งแต่ 4.3 ถึง 10 นิ้ว การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและอีเทอร์เน็ต และการผสานรวมกับระบบที่มีอยู่ได้อย่างง่ายดาย ดูผลิตภัณฑ์ →

เมื่อกระบวนการมีความซับซ้อนมากขึ้น เช่น การควบคุมการเคลื่อนไหวแบบหลายแกนหรือการจัดการสูตรอาหารที่กว้างขวาง จอแสดงผลที่ใหญ่ขึ้นและความสามารถในการประมวลผลที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นจะสร้างความแตกต่าง UH500A HMI อยู่ในตำแหน่งสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความต้องการเหล่านี้ โดยให้พื้นที่หน้าจอมากขึ้นและประสิทธิภาพในการตอบสนอง

UH500A HMI พร้อมแพลตฟอร์ม A8 สำหรับการควบคุมการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนและการจัดการสูตรอาหาร HMI ขั้นสูงพร้อมจอแสดงผลขนาดใหญ่ แฟลช 256MB และ DDR3 128MB เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้องการประสิทธิภาพการตอบสนองและการจัดการสูตรที่ครอบคลุม ดูผลิตภัณฑ์ →

สำหรับผู้ใช้ที่ต้องการการมองเห็นจากระยะไกลและการจัดการกลุ่มยานพาหนะ HMI ที่เชื่อมต่อกับ IoT จะเพิ่มมูลค่านอกเหนือจากแผงควบคุม ผู้ปฏิบัติงานสามารถรับการแจ้งเตือนบนโทรศัพท์มือถือ เปรียบเทียบข้อมูลการผลิตจากโรงงานหลายแห่ง และอัปเดตเค้าโครงหน้าจอจากระยะไกล กลุ่มผลิตภัณฑ์ Internet of Things ของ Raynen ตอบสนองความต้องการนี้และผสานรวมกับกลุ่มผลิตภัณฑ์ HMI ที่มีอยู่

กลุ่มผลิตภัณฑ์ Raynen IoT สำหรับการตรวจสอบระยะไกลและการจัดการกลุ่มยานพาหนะ เกตเวย์ IoT และ HMI ที่ช่วยให้มองเห็นระยะไกล การแจ้งเตือน การเปรียบเทียบข้อมูล และการอัปเดตหน้าจอผ่านบรอดแบนด์ WiFi หรือ 4G ผสานรวมกับตระกูล HMI ที่มีอยู่ได้อย่างราบรื่น ดูผลิตภัณฑ์ →

เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลจำเพาะ ให้คำนึงถึงต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ รวมถึงสิทธิ์การใช้งานซอฟต์แวร์ อุปกรณ์เสริมที่ติดตั้งบนแผงควบคุม และเวลาที่จำเป็นสำหรับวิศวกรรม ต้นทุนฮาร์ดแวร์ที่สูงขึ้นเล็กน้อยสามารถพิสูจน์ได้อย่างรวดเร็วโดยความพยายามในการทดสอบระบบที่ลดลง

HMI ในระบบนิเวศอัตโนมัติที่สมบูรณ์

มูลค่าของ HMI จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อเชื่อมต่อกับส่วนประกอบระบบอัตโนมัติอื่นๆ ในระบบทั่วไป PLC จะจัดการตรรกะ ไดรฟ์ความถี่ตัวแปรควบคุมความเร็วมอเตอร์ เซอร์โวไดรฟ์ให้ตำแหน่งที่แม่นยำ และ HMI ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานมีจุดสั่งการและการมองเห็นในจุดเดียว

การผสานรวมที่แน่นหนานี้ช่วยลดเวลาในการทดสอบการใช้งาน เนื่องจาก HMI สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลโดยตรงกับ PLC และไดรฟ์โดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์เพิ่มเติม นอกจากนี้ยังช่วยลดความยุ่งยากในการแก้ไขปัญหาเนื่องจากผู้ปฏิบัติงานมองเห็นทั้งสถานะของเครื่องจักรและพารามิเตอร์ของไดรฟ์ในสภาพแวดล้อมเดียว

กลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Raynen ประกอบด้วย PLC, ไดรฟ์ความถี่แบบแปรผัน, ซอฟต์สตาร์ทเตอร์, เซอร์โวไดรฟ์ และเซอร์โวมอเตอร์ ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้สามารถซื้อเลเยอร์ควบคุม เลเยอร์ไดรฟ์ และเลเยอร์การดำเนินการจากซัพพลายเออร์รายเดียว จากนั้นให้ HMI ควบคุมเลเยอร์ทั้งหมดในลักษณะที่สอดคล้องกัน

การใช้งานจริงในอุตสาหกรรมต่างๆ

ระบบ HMI ปรากฏในเกือบทุกภาคอุตสาหกรรม แต่วิธีการใช้งานจะแตกต่างกัน ในการใช้งานพัดลมและปั๊ม HMI มักจะแสดงค่าการไหล ความดัน และความถี่ ซึ่งช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถสลับระหว่างโหมดแรงดันคงที่และโหมดการไหลคงที่ได้ ในการประปาและการบำบัดน้ำเสียของเทศบาล HMI จะตรวจสอบปั๊มหลายตัวและควบคุมสถานีทั้งหมดจากที่เดียว

ในการใช้งานเครื่องมือกล HMI จะแสดงเส้นทางของเครื่องมือ ความเร็วสปินเดิล และตำแหน่งแกน และช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานโหลดและเลือกโปรแกรมได้ ในอุตสาหกรรมการยก HMI จะจัดการการเคลื่อนที่ของเครน ขีดจำกัดน้ำหนักบรรทุก และการวินิจฉัยข้อผิดพลาด ในระบบทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ จะสรุปอุณหภูมิ ความชื้น และสถานะของอุปกรณ์

แอปพลิเคชั่นจำนวนมากเหล่านี้ต้องการการตั้งค่าการสื่อสารและกลยุทธ์การแจ้งเตือนที่แตกต่างกัน นั่นคือเหตุผลที่ Raynen มอบให้ โซลูชั่นเฉพาะอุตสาหกรรม ที่รวมฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสม ตรรกะการควบคุม และการกำหนดค่า HMI สำหรับแต่ละเซกเตอร์ ผลกระทบในทางปฏิบัติคือใช้เวลาในการตั้งค่าสั้นลงและประสบการณ์การใช้งานที่เป็นธรรมชาติมากขึ้น

อนาคตของการเชื่อมต่อระหว่างมนุษย์และเครื่องจักร

เทคโนโลยี HMI กำลังก้าวไปสู่ระบบที่เชื่อมต่อและชาญฉลาดมากขึ้น การเชื่อมต่อ IoT กำลังกลายเป็นมาตรฐาน ช่วยให้สามารถติดตามตรวจสอบระยะไกลและเข้าถึงอุปกรณ์เคลื่อนที่ได้ Edge Computing ช่วยให้การวิเคราะห์ข้อมูลพื้นฐานเกิดขึ้นใกล้กับเครื่อง ลดการพึ่งพาเซิร์ฟเวอร์ระยะไกล และทำให้ระบบตอบสนองได้ดีขึ้น

อีกทิศทางหนึ่งคืออินเทอร์เฟซแบบปรับได้ แทนที่จะใช้เค้าโครงหน้าจอแบบตายตัว HMI สามารถเปลี่ยนมุมมองตามบทบาทของผู้ปฏิบัติงาน สถานะกระบวนการปัจจุบัน หรือสถานภาพของเครื่องจักร การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ยังต้องอาศัยข้อมูล HMI เป็นอย่างมาก โดยใช้แนวโน้มในอดีตและรูปแบบการแจ้งเตือนเพื่อแนะนำบริการก่อนที่ความล้มเหลวจะหยุดการผลิต

แนวโน้มเหล่านี้ไม่ได้มาแทนที่งานพื้นฐานของ HMI ทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการแจ้งให้ผู้ปฏิบัติงานทราบ เครื่องจักรที่เชื่อถือได้ และจัดการสายการผลิตได้ง่าย