HMI w praktyce jest częścią maszyny, na którą człowiek oddziałuje. Dziś spotykamy się z nim na co dzień, bo obejmuje on również przedmioty codziennego użytku, jak na przykład ekspres do kawy. Najczęściej są one jednak wykorzystywane jako elementy maszyn, linii produkcyjnych, transporcie czy automatyce budynkowej. Nie można nie wspominać o tych panelach mówiąc o Internecie Rzeczy czy Przemyśle 4.0.

Szybciej i bezpieczniej
Interfejsy HMI w ostatnich latach znacznie się zmieniły. Najbardziej zaczęły zyskiwać na znaczeniu wraz z pojawieniem się elektryki w produkcji przemysłowej. Maszyny i systemy stały się bezpieczniejsze i bardziej wydajne. Przy pomocy przysłowiowego przyciśnięcia jednego guzika można było natychmiastowo uruchomić skomplikowany proces produkcyjny i wprawić w ruch urządzenia znajdujące się daleko od człowieka. Dziś ekrany paneli HMI często mają przekątną nawet 20 cali, choć zdarzają się znacznie mniejsze.

Kolejne zmiany pojawiły się w latach osiemdziesiątych. To właśnie wtedy do zakładów produkcyjnych zaczęły wkraczać rozwiązania IT. W wielu fabrykach korzystanie z klawiatury i ekranu stało się częścią codziennych obowiązków pracowników biurowych i tych z większymi kwalifikacjami. Programowalne interfejsy HMI okazały się znacznie bardziej użyteczne niż wcześniej stosowane sztywne systemy.

Podstawową zaletą paneli operatorskich jest możliwość zaprogramowania określonych działań maszyny i śledzenie na wyświetlaczu reakcji urządzenia na wprowadzone zmiany. Daje to operatorowi informację zwrotną o wpływie działania na cały proces. Obecnie stosuję się panele, które mogą zapamiętywać i analizować dane wpływające przez Internet do urządzenia.

TFT zmienił HMI
Panele operatorskie swój dzisiejszy wygląd zaczęły uzyskiwać pod koniec lat dziewięćdziesiątych, gdy rozpowszechniły się wyświetlacze TFT. Możliwe wtedy stało się zmniejszenie ich wielkości, zwiększyła się natomiast niezawodność. Zaczęły znikać przełączniki, przyciski, dźwignie itp., gdyż do sterowania wystarczała klawiatura.

Do niedawna panele HMI były wykorzystywane niemal wyłącznie do obsługi niewielkich, a co najwyżej średnich maszyn oraz małych linii produkcyjnych. Niewielki stopień skomplikowania technologicznego takich aplikacji sprawiał, że panele miały co najwyżej kilka opcji działania, a liczba gromadzonych i wyświetlanych danych nie była zbyt duża. Za zarządzanie bardziej skomplikowanymi procesami, w tym największymi urządzeniami w zakładach produkcyjnych, a także liniami technologicznymi odpowiadały już bardziej zaawansowane systemy SCADA, zastępujące w tej roli duże szafy kontrolno-sterownicze wykorzystywane w wielu fabrykach jeszcze na przełomie minionej i obecnej dekady.

Ten klasyczny podział na panele operatorskie, stacje komputerowe SCADA i spotykane jeszcze szafy sterownicze odchodzi jednak powoli do lamusa. Rolę dwóch ostatnich coraz częściej przejmują panele sterownicze, które stają się zaawansowanymi komputerami panelowymi z mocnymi procesorami, dużą ilością pamięci wewnętrznej oraz wbudowanymi dyskami SSD o dużej pojemności. Dedykowane są systemom operacyjnym czasu rzeczywistego, dzięki czemu z powodzeniem wykorzystuje się je do obsługi bardziej skomplikowanych procesów. Dziś niczym już właściwie nie ustępują pod względem funkcjonalności i możliwości technologicznych jednostanowiskowym stacjom SCADA.

Rewolucyjny dotyk
Kolejna rewolucja przyszła pod koniec poprzedniej dekady, w momencie pojawienia się wyświetlaczy dotykowych. Są one wygodne w użyciu, łatwo można utrzymać czystość, nie ma problemów ze skalowaniem i przewijaniem. Ich wadą jest jednak skomplikowana naprawa, droga wymiana i podatność na skażenie. Wydaje się więc, że nie jest to ostateczne rozwiązanie i rynek poszukuje bardziej niezawodnych, tańszych i prostszych propozycji.

Obecnie do standardów HMI należy obsługa portów szeregowych, USB, Ethernetu. Coraz większą popularność zdobywają modułu Wi-Fi, ponieważ za ich pomocą znacznie zwiększyć można możliwości paneli. Nawet wtedy, gdy są one z tak zwanej niskiej półki i mają mocno okrojone możliwości.

Wi-Fi umożliwia łączność HMI z urządzeniami mobilnymi. Jeszcze niedawno tabletu i smartfony traktowano jako zabawki, dziś zyskują one uznanie nawet w profesjonalnych zastosowaniach. Ich popularność i użyteczność okazuje się tak wielka, że nie sposób lekceważyć noszonego przy sobie non stop telefonu komórkowego jako panelu sterującego. Powstaje też wiele aplikacji, które ułatwiają wykorzystanie urządzeń mobilnych jako pełnoprawnych HMI. To dzięki temu pracownicy, o odpowiednich uprawnieniach, może kontrolować maszyny czy systemy sterowania HVAC o dowolnej porze i z dowolnego miejsca. Takie możliwości przyczyniają się do bardziej ekonomicznej pracy, gdyż pozwala na pełną i błyskawiczną diagnostykę i niemal natychmiastową reakcję na występujące problemy.

Funkcja wizualizacji sprowadza się do prezentowania na ekranie panelu najważniejszych z punktu widzenia działania danego urządzenia lub procesu parametrów. Mogą być wyświetlane na różne sposoby: jako dane liczbowe, w postaci tekstu, ale również przy pomocy wykresów bądź innych znaków graficznych jednoznacznie charakteryzujących konkretną sytuację. Dzięki tym danym operator urządzenia bądź osoba nadzorująca dany proces technologiczny otrzymuje na bieżąco informację o wszelkich nieprawidłowościach, ale też np. zmieniających się warunkach otoczenia (ciśnienie, temperatura, wilgotność). Pozwala im to w odpowiednim momencie zareagować i zmienić parametry pracy.

Przy dużych maszynach i rozległych liniach produkcyjnych dużego znaczenia nabiera możliwość sterowania bieżącym ich działaniem za pomocą panelu operatorskiego. Operator może nie tylko je włączać i wyłączać, ale też np. zmieniać kierunki ruchu czy modyfikować niektóre czynności (np. przełączać z trybu automatycznego na manualny). Dzięki panelowi HMI na bieżąco otrzymuje informację o wszelkich niepożądanych sytuacjach, np. o zmianie tempa przesuwu linii produkcyjnej, braku określonych elementów czy zmianie parametrów powyżej lub poniżej dopuszczalnych norm.

Teoretycznie mniej ważną funkcją paneli HMI jest gromadzenie i archiwizacja danych procesowych. Teoretycznie – bo dane te mogą nie tylko być wykorzystane do tworzenia dokumentacji kontrolnej, ale też pomóc w ustaleniu przyczyn stanów awaryjnych. Pozwoli to na łatwiejsze zdiagnozowanie usterki i jej ewentualną naprawę, ale też na wyeliminowanie ewentualnych błędów obsługowych w przyszłości.

To wszystko to absolutna podstawa działalności paneli HMI. Z pewnością jednak będą one przejmować szereg funkcji zarezerwowanych do niedawna dla dużych komputerów przemysłowych. Absolutną koniecznością stanie się komunikacja z innymi urządzeniami działającymi w danym zakładzie produkcyjnym, a być może również z zewnętrznymi aplikacjami. Panele HMI, chcąc przejąć rolę pozostałych sterowników, będą musiały umożliwić podłączanie innych urządzeń, sterowników, drukarek itd.

Przyszłość
W związku z tym, że stosowane obecnie HMI nie są całkowicie zadowalające trwają poszukiwania nowego kierunku rozwoju paneli. Takim kierunkiem, który aktualnie zdaje się dominować jest koncentracja na tworzeniu interfejsów bezdotykowych. Ich zaletą ma być trwałość i bezpieczeństwo. Są trzy opcje sterowania bezdotykowego:

• sterowanie za pomocą wyrazów twarzy
• sterowanie za pomocą gestów
• sterowanie głosowe

Najmniej prawdopodobne jest wprowadzenie rozwiązania sterowania maszyną mimiką twarzy. To rozwiązanie jest jeszcze w fazie eksperymentalnej i do wdrożenia jako HMI droga jest jeszcze daleka.

Bardziej prawdopodobne jest to, że szansę na zdobycie największej popularności ma sterowanie gestem. Jak na razie słabym punktem tej propozycji jest słaba kontrola nad…. użytkownikiem. Istnieje duża potrzeba zapanowania nad bezpieczeństwem, gdyż jak na razie istnieje duża możliwość sterowania za pomocą przypadkowego gestu. Dzisiejszym aplikacjom brakuje jeszcze precyzji i szybkiej implementacji.

Jeśli chodzi o systemy sterowania głosowego to wykorzystują je już takie firmy jak Amazon czy Microsoft. Alexa i Cortana to najbardziej znane na świecie asystentki cyfrowe. Nie wydaje się jednak by szybko znalazły one zastosowanie w zakładach produkcyjnych, gdyż panuje tam znacznie większy hałas niż w cichych pokojach biurowych.

Gdybyśmy chcieli się zastanowić jak HMI będzie wyglądać nie za kilka a za kilkadziesiąt lat, to wchodzimy w pole przynależne science fiction. Trwają przecież badania na przykład nad pomiarem fal mózgowych. Kto wie, czy do sterowania maszynami nie będziemy wkrótce używać własnych myśli? Jak na razie ta technologia jest opracowywana dla osób korzystających z protez robotycznych, ale przecież może się także rozwinąć w całkiem innym kierunku.

Koncepcja Przemysłu 4.0 będzie wymagać od najnowszych paneli HMI jeszcze większego postępu technologicznego – i taki postęp cały czas obserwujemy. Producenci paneli operatorskich są na etapie wprowadzania rozwiązań pozwalających na zdalny dostęp do większości urządzeń w zakładach produkcyjnych. Internet i dane gromadzone w chmurze pozwalają na sterowanie aplikacjami przemysłowymi nawet z przeciwległej półkuli. Oczywiście nie tyle możliwość zdalnego sterowania ma tutaj znaczenie, ile możliwość monitorowania przebiegu pewnych procesów czy też nieograniczony praktycznie dostęp do wszelkich zgromadzonych danych. Kolejnym etapem rozwoju paneli HMI będzie funkcja łączenia z wieloma urządzeniami, sieciami komputerowymi i różnym oprogramowaniem, np. systemem księgowo-finansowym firmy czy programem zarządzającym procesami produkcyjnymi.

Trudno dziś dokładnie stwierdzić, w jakim kierunku podążą panele HMI w nieco dalszej perspektywie czasu. Zapewne wzrośnie liczba ich funkcjonalności, zwiększą się moce przerobowe, być może będziemy też świadkami dalszej miniaturyzacji rozwiązań. Jedno jest pewne – w dobie Przemysłu 4.0 panele HMI z pewnością odgrywać będą znaczącą rolę.