Guida all'interfaccia uomo-macchina (HMI): tipi, criteri di selezione e applicazioni industriali

Un operatore si trova davanti alla linea di produzione di una fabbrica tessile. La macchina è in funzione, ma l'operatore non può vedere la velocità effettiva della linea, la temperatura all'interno della camera di essiccazione o quale degli otto possibili allarmi si è attivato cinque minuti fa. L'unico feedback proviene da una fila di indicatori luminosi e da una piccola tastiera. Questo è esattamente il problema a Interfaccia uomo-macchina (HMI) è progettato per risolvere.

Cos'è un'interfaccia uomo-macchina?

Un'HMI è la combinazione hardware e software che consente a una persona di interagire con una macchina, un sistema o un dispositivo. Può essere semplice come un pannello di controllo fisico con pulsanti e spie luminose o avanzato come un touchscreen a colori che visualizza dati di processo in tempo reale, grafici di tendenza e messaggi di allarme. Nell'automazione industriale, l'HMI si trova tra l'operatore e il controller, in genere un controller logico programmabile (PLC) o un convertitore di frequenza. Traduce i segnali grezzi della macchina in informazioni visive e invia i comandi dell'operatore all'attrezzatura.

Questa definizione è importante per una ragione pratica. Quando valuti un HMI, non stai solo confrontando le dimensioni dello schermo. Siete voi a decidere quanto dello stato della macchina può essere compreso a colpo d'occhio e quanto velocemente un operatore può reagire a un guasto. Il nostro Gamma di prodotti HMI copre esigenze sia semplici che avanzate, dai pannelli di testo ai touchscreen a colori.

Perché l'HMI è importante nelle operazioni industriali

Il vantaggio principale di un HMI è un processo decisionale più rapido. Invece di recarsi in un armadio e interpretare le luci lampeggianti, un operatore può vedere un grafico dell'intera linea, identificare la posizione del guasto e riconoscere l'allarme in un unico punto.

• Tempi di inattività ridotti: allarmi in linguaggio semplice e schermate intuitive aiutano i team di manutenzione a individuare i guasti più rapidamente.
• Funzionamento più coerente: la stessa visualizzazione e procedura operativa su più macchine impedisce variazioni dipendenti dall'operatore.
• Registrazione dati integrata: le tendenze e la registrazione degli eventi semplificano notevolmente l'analisi delle cause principali e la manutenzione preventiva.
• Tempi di addestramento più brevi: un'interfaccia grafica è più facile da apprendere rispetto ad una tastiera hardware con codici criptici.

Nella moderna automazione industriale, l’HMI è anche il luogo in cui inizia la trasformazione digitale. Anche un modesto aggiornamento da un pannello di testo a un HMI touchscreen può cambiare il modo in cui un'azienda raccoglie i dati operativi e forma il proprio personale.

Tipi di HMI e come si adattano alle diverse esigenze

Esistono tre grandi categorie di HMI industriali. La scelta giusta dipende dalla complessità della macchina, dall'ambiente e dal budget.

Gli HMI basati su testo rimangono preziosi in ambienti difficili o con limiti di budget. Sono robusti, facili da leggere alla luce diretta del sole e non richiedono calibrazione touch. I pannelli touchscreen dominano nelle apparecchiature moderne perché possono visualizzare più informazioni su uno schermo e ridurre l'ingombro dei pulsanti fisici. Gli HMI connessi all'IoT sono sempre più popolari laddove gli operatori hanno bisogno di vedere le macchine da più posizioni.

Criteri chiave di selezione per un HMI

La scelta dell'HMI giusta inizia con una visione chiara del compito quotidiano dell'operatore e dei requisiti di comunicazione della macchina. Ecco i criteri che contano nella pratica.

1. Dimensioni e risoluzione dello schermo: decidi quanti valori di processo devono essere visibili contemporaneamente e quanto dettagliata deve essere la grafica.
2. Protocollo di comunicazione: verificare il supporto per Modbus RTU/TCP, CANopen, Ethernet/IP o protocolli specifici dell'azionamento. Un protocollo mancante può forzare un gateway non necessario.
3. Classificazione ambientale: controllare la classificazione del pannello frontale, come IP65, e l'intervallo di temperatura operativa per la posizione della macchina.
4. Metodo di input: scegli tra tocco resistivo per l'uso dei guanti e tocco capacitivo per una sensazione simile a quella di uno smartphone.
5. Ambiente software: considerare la facilità con cui è possibile creare schermate, come è configurata la registrazione dei dati e se è supportato l'accesso remoto.

Per le attività di automazione di fascia media, un HMI touchscreen bilanciato con comunicazione affidabile è spesso il miglior punto di partenza. L'HMI Raynen UH400 offre un solido display touchscreen, più porte di comunicazione e un ambiente di configurazione facile da usare per molti tipi di macchine comuni.

HMI Raynen serie UH400 con touchscreen e porte di comunicazione multiple HMI touchscreen bilanciato per attività di automazione di fascia media, con opzioni da 4,3 a 10 pollici, connettività seriale ed Ethernet e facile integrazione con i sistemi esistenti. Visualizza il prodotto →

Quando il processo è più complesso, come nel caso del controllo del movimento multiasse o della gestione estesa delle ricette, un display più grande e una maggiore capacità di elaborazione fanno la differenza. L'HMI UH500A è posizionato per queste applicazioni esigenti, fornendo più spazio sullo schermo e prestazioni reattive.

HMI UH500A con piattaforma A8 per il controllo del movimento complesso e la gestione delle ricette HMI avanzata con display più ampio, flash da 256 MB e DDR3 da 128 MB, adatta per applicazioni esigenti che richiedono prestazioni reattive e gestione completa delle ricette. Visualizza il prodotto →

Per gli utenti che necessitano di visibilità remota e gestione della flotta, un'HMI connessa all'IoT aggiunge valore oltre il pannello di controllo. Gli operatori possono ricevere allarmi su un telefono cellulare, confrontare i dati di produzione di diversi stabilimenti e aggiornare i layout degli schermi da remoto. La linea di prodotti Internet of Things di Raynen risponde a questa esigenza e si integra con la famiglia HMI esistente.

Linea di prodotti Raynen IoT per il monitoraggio remoto e la gestione della flotta Gateway IoT e HMI che consentono visibilità remota, allarmi, confronto dei dati e aggiornamenti dello schermo tramite banda larga, WiFi o 4G, integrandosi perfettamente con la famiglia HMI esistente. Visualizza il prodotto →

Quando si confrontano le specifiche, prestare attenzione al costo totale di proprietà, comprese le licenze del software, gli accessori montati su pannello e il tempo necessario per la progettazione. Un costo hardware leggermente più elevato può essere rapidamente giustificato da un minore impegno per la messa in servizio.

HMI in un ecosistema di automazione completo

Il valore di un HMI aumenta notevolmente quando è collegato ad altri componenti di automazione. In un sistema tipico, il PLC gestisce la logica, gli azionamenti a frequenza variabile controllano la velocità del motore, i servoazionamenti forniscono un posizionamento preciso e l'HMI offre all'operatore un unico punto di comando e visibilità.

Questa stretta integrazione riduce i tempi di messa in servizio perché l'HMI può scambiare dati direttamente con il PLC e gli azionamenti senza hardware aggiuntivo. Semplifica inoltre la risoluzione dei problemi perché l'operatore vede sia lo stato della macchina che i parametri dell'azionamento in un unico ambiente.

Il portafoglio di prodotti Raynen comprende PLC, azionamenti a frequenza variabile, soft starter, servoazionamenti e servomotori. Ciò significa che un utente può acquistare il livello di controllo, il livello di unità e il livello di esecuzione da un fornitore e poi fare in modo che l'HMI li controlli tutti in modo coerente.

Applicazioni pratiche in tutti i settori

I sistemi HMI sono presenti in quasi tutti i settori industriali, ma il modo in cui vengono utilizzati è diverso. Nelle applicazioni con ventilatori e pompe, un HMI spesso visualizza i setpoint di flusso, pressione e frequenza, consentendo agli operatori di passare dalla modalità a pressione costante a quella a flusso costante. Nell'approvvigionamento idrico municipale e nel trattamento delle acque reflue, gli HMI monitorano più pompe e controllano l'intera stazione da un'unica posizione.

Nelle applicazioni delle macchine utensili, gli HMI mostrano i percorsi utensile, le velocità del mandrino e le posizioni degli assi e consentono agli operatori di caricare e selezionare programmi. Nel settore del sollevamento, gli HMI gestiscono il movimento della gru, i limiti di carico e la diagnostica dei guasti. Nei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria, riepilogano la temperatura, l'umidità e lo stato delle apparecchiature.

Molte di queste applicazioni richiedono impostazioni di comunicazione e strategie di allarme diverse. Ecco perché Raynen fornisce soluzioni specifiche del settore che combinano l'hardware, la logica di controllo e la configurazione HMI giusti per ciascun settore. L'impatto pratico è un tempo di configurazione più breve e un'esperienza dell'operatore più intuitiva.

Il futuro delle interfacce uomo-macchina

La tecnologia HMI si sta muovendo verso sistemi più connessi e intelligenti. La connettività IoT sta diventando standard, consentendo il monitoraggio remoto e l’accesso mobile. L'edge computing consente l'analisi dei dati di base vicino alla macchina, riducendo la dipendenza da server remoti e rendendo il sistema più reattivo.

Un'altra direzione sono le interfacce adattive. Invece di un layout fisso dello schermo, l'HMI può modificare la propria visualizzazione in base al ruolo dell'operatore, allo stato attuale del processo o allo stato della macchina. Anche la manutenzione predittiva farà molto affidamento sui dati HMI, utilizzando tendenze storiche e modelli di allarme per suggerire l'intervento prima che un guasto interrompa la produzione.

Queste tendenze non sostituiscono il lavoro fondamentale di un HMI. Rendono più efficace l'informazione degli operatori, l'affidabilità delle macchine e la facilità di gestione delle linee di produzione.