Hver kontrollert elektrisk eller mekanisk maskin har et menneskemaskin-grensesnitt (HMI) i form av knapper, spaker eller berøringsskjerm. På et høyt nivå har HMI tre grunnleggende elementer: innganger, utganger og noe for å håndtere overgangene mellom de to.
Når vi beveger oss inn i bransjen 4. 0 -tiden, blir denne modellen litt mer sammensatt. Designere legger til grafiske brukergrensesnitt (GUIS), og går fra fysiske til virtuelle knapper på GUI, øker antall oppgaver HMI kan utføre, og til og med vise ytelses tilbakemelding i lukkede sløyfesystemer.
Generelle HMI-prosessorkrav HMI kan ha en rekke krav til innebygde prosessorer, avhengig av deres tiltenkte sluttbruksapplikasjon. Det er fire nivåer av HMI-ytelse: inngangsnivå, grunnleggende, mellomområde og high-end.
Inngangsnivå HMI har et veldig grunnleggende brukergrensesnitt. Utgangsskjermen er vanligvis en kvart videografikkarray (QVGA), opptil 320 x 240, og har minimal 2D -grafikk. Disse HMI-ene er beregnet på kostnadsfølsomme applikasjoner som bare krever det grunnleggende i et kontrollgrensesnitt. Designere kan bruke resistive berøringsskjermer her fordi de er mer økonomiske enn kapasitive berøringsskjermer.
Ikke bare er resistive berøringsskjermer rimeligere enn kapasitive berøringsskjermer, men BOM -kostnaden kan også være lavere fordi noen prosessorer kan støtte resistive berøringsskjerm, mens kapasitive berøringer noen ganger krever eksterne komponenter. Denne typen HMI er best egnet for lave ytelsesprosessorer (<300 MHz) or microcontrollers that support resistive touchscreens.
Grunnleggende HMI-er Legg til forbedret skjermoppløsning og et bedre brukergrensesnitt enn HMI-er på inngangsnivå. En grunnleggende HMI vil ha en berøringsskjerm-typisk resistiv-og en skjermoppløsning opp til utvidet grafikkarray (XGA) (1.024 x 768) for en forbedret brukeropplevelse. Avhengig av den nødvendige applikasjonsbehandlingskraften, vil slike prosessorer være i ytelsesområdet med lav til midten (300 MHz til 800 MHz) og kan dra nytte av 2D-grafikkgasspedaler.
Midt rekkevidde HMI-er speiler nærmere typiske GUI-er som brukerne kan samhandle med på daglig basis. Midt rekkevidde HMI-er har 2D-grafikk, visningsoppløsninger opp til XGA (1.024 x 768), inkluderer flere kontroller enn basekategorien, og i noen tilfeller til og med introduserer taktil eller auditiv tilbakemelding. Disse funksjonene forbedrer brukeropplevelsen. For mellom-rekkevidde HMI-er må prosessoren inkludere grafikkakselerasjon, mellomgående ytelse (600 MHz til 1 GHz) og et grafikkbibliotek for å bygge GUI.
High-end HMIs are naturally multimedia-rich. They require high-end SoCs with high-definition video support, 2D and 3D graphics gas pedals, and high-performance processors (multi-core and >1 GHz), som i stor grad kan dra nytte av DSP-er på brikken for å hjelpe til med å akselerere lyd- og videobehandling. I tillegg krever high-end HMI-er ofte prosessorer som kan håndtere flere skjermutganger med høy oppløsning og HTML5. Et eksempel er Sitara-prosessorfamilien basert på Arm Cortex-A-kjernen, som gir skalerbarheten som er nødvendig for å utvikle en enkelt plattform for inngangsnivå til high-end HMI-er og støtter industriell pålitelighet.
Du kan finne HMI -er i hvitevarer, salgsautomater, byggeautomatiseringssystemer som brannkontrollpaneler eller heiser og ladestasjoner for elektriske kjøretøy; En av de vanligste bruken av industriell HMI er imidlertid i fabrikkautomatisering.
HMI -er i fabrikkautomatiseringssystemer I fabrikkautomatiseringssystemer kobler HMIS maskinoperatører for å kontrollere funksjoner, vanligvis programmerbare logiske kontrollere (PLS), som kontrollerer sensorer, aktuatorer og maskiner på fabrikkgulvet. HMI er også mer vanlig inkludert på maskinene og robotene seg selv og i noen tilfeller administrere noen av kontrollfunksjonene i HMI. Disse applikasjonene stiller en rekke krav til prosessoren i HMI, inkludert behovet for industriell kommunikasjonsevne, pålitelighet av industriell kvalitet og sikkerhetsfunksjoner.
Industrial Communications Standard Ethernet har ikke de deterministiske funksjonene som kreves for industriell automatisering. Det er her protokoller designet for industriell kommunikasjon spiller inn. Industrielle Ethernet-protokoller muliggjør sanntids, deterministisk kommunikasjon som er nødvendig mellom forskjellige typer sluttenheter i et kontrollsystem.
Mer enn et dusin forskjellige protokoller er laget for industriell Ethernet. Behandling av disse protokollene i en HMI krever en prosessor, FPGA eller ASIC. I mange tilfeller vil HMI ha en vertsprosessor og en egen ASIC eller FPGA som kjører en enkelt protokoll.
Som et alternativ til FPGAer eller ASIC -er, eksisterer det integrerte løsninger som kan tjene som en industriell Ethernet -applikasjonsprosessor og kommunikasjonsmotor; Disse løsningene kan til og med utvides for å støtte flere protokoller.
Multi-protokollstøtte i HMIS tilfører industriens mye tiltrengt fleksibilitet. 0, da kontrollsystemer i smarte fabrikker ofte er et lappeteppe av forskjellige løsninger som kjører forskjellige protokoller. Med multiprotokollstøtte kan HMI fungere som en inngangsport mellom forskjellige protokoller.
I de fleste tilfeller opererer anlegg av industriell kvalitet 24/7 året rundt. Og forholdene kan variere fra under frysing til kokende temperaturer, avhengig av hva anlegget produserer. HMI i anlegget må kunne motstå disse forholdene, og det må også prosessorene i den. Det øker behovet for industrielle prosessorer i fabrikkautomatisering HMIS.
Prosessorer med industriell kvalitet må tåle et bredt temperaturområde, typisk -40 grad til 105 grad. I tillegg krever de lange driftstimene med fabrikkutstyr omfattende levetidstesting. En beregning som brukes til å måle levetiden til en enhet er dens Power-On Time (POH), som er antall timer den kan slås opp og kjører ordentlig. Prosessorer med et bredt temperaturområde og et POH på mer enn 88, 000 kan i hovedsak løpe i mer enn 10 år. De fleste industrielle HMI -er trenger å møte minimum 100, 000 poh.
Sikkerhet Selv om HMI og resten av kontrollnettverket vanligvis er konfigurert på et internt Ethernet -nettverk isolert fra hovedinternett, er det fortsatt muligheten for at en ondsinnet parti som avlytter eller endrer kommunikasjon mellom HMI og resten av systemet. For å stoppe uønsket interferens, integrerer innebygde prosessorer ofte kryptografiske gasspedaler for å kryptere data. Secure Boot er et annet populært sikkerhetsalternativ som kan bidra til å beskytte intellektuell eiendom til HMI -produsenten.
Andre HMI-aspekter fordi en HMI først og fremst er et brukergrensesnitt, krever det bruk av et høyt nivå operativsystem (OS) populære operativsystemer for HMI-er inkluderer Windows CE, Android og Linux Windows CE har vært populær for HMI-er i mange år, Spesielt på fabrikkautomatiseringsplassen, men Android og Linux får oppmerksomhet av flere grunner. Windows CE har vært populær i HMIS i mange år, spesielt i fabrikkautomatisering, men Android og Linux har fått oppmerksomhet av flere grunner.
For det første er Android og Linux operativsystemer for åpen kildekode, noe som betyr at de er fritt til å implementere. I tillegg, fordi de er åpen kildekode, er det et stort samfunn som støtter programvaren og gir prøvekode for hvert operativsystem.
Android er populær i systemer der et stort antall brukere vil samhandle med HMI, for eksempel i salgsautomater eller apparater. Android er allerede populær i det håndholdte markedet, så læringskurven minimeres for nykommere til HMI -er som allerede er kjent med operativsystemet.
I fabrikkautomatisering har Linux blitt det sannsynlige valget fordi det er anerkjent som stabil, pålitelig og sikkert. Mange industrielle HMI -er trenger ikke alle funksjonene som følger med Android. På den annen side støtter Linux også rammer som QT og Open Graphics Library (OpenGL), som hjelper til med å bygge effektive GUI -er.
En annen funksjon som får popularitet i HMIS er virtualisering. Som nevnt tidligere, er HMI -er ofte integrert med andre endeenheter som PLS, industriroboter og CNC -maskiner. En integrasjonsmetode er å ha separate prosessorer for HMI og andre applikasjoner, men dette kan være dyrt og kreve ekstra tavleplass.
En annen tilnærming er å bruke en enkelt flerkjerneprosessor, med en kjerne dedikert til HMI og en annen kjerne dedikert til applikasjonen. Avhengig av om sanntidsdrift er nødvendig, kan kjernene kjøre forskjellige operativsystemer som RTOS og Linux.
For å oppsummere HMI-er dekker et bredt spekter av sluttbruksapplikasjoner på alle ytelsesnivåer, men har noen vanlige funksjoner, inkludert GUI-er, tilkobling til kontrollsystemer og berøringsbasert kontroll. Prosessoren må kunne støtte minst disse HMI-kravene på inngangsnivå. Grunnleggende, mellomtoner og high-end HMI-er kan ytterligere bruke disse funksjonene, inkludert HD-grafikk, nettlesing, video og multiscreen-støtte.