Her kontrollü elektrik veya mekanik makine, düğmeler, kollar veya dokunmatik ekranlar şeklinde bir insan-makine arayüzüne (HMI) sahiptir. Yüksek seviyede, HMI'nin üç temel öğesi vardır: girişler, çıkışlar ve ikisi arasındaki geçişleri ele alacak bir şey.
Endüstriye geçtikçe 4. 0 dönemi, bu model biraz daha karmaşık hale geliyor. Tasarımcılar grafik kullanıcı arayüzleri (GUI'ler) ekliyor, GUI'deki fizikselden sanal düğmelere geçiyor, HMI'nin gerçekleştirebileceği görevlerin sayısını artırıyor ve hatta kapalı döngü sistemlerinde performans geri bildirimleri gösteriyor.
Genel HMI işlemci gereksinimleri HMIS, amaçlanan son kullanım uygulamalarına bağlı olarak gömülü işlemciler için bir dizi gereksinim olabilir.
Giriş seviyesi HMI'lerin çok temel bir kullanıcı arayüzü vardır. Çıktı ekranı genellikle 320 x 240'a kadar çeyrek video grafik dizisi (QVGA) ve minimal 2D grafiklere sahiptir. Bu HMI'ler, yalnızca bir kontrol arayüzünün temellerini gerektiren maliyete duyarlı uygulamalar için tasarlanmıştır. Tasarımcılar burada dirençli dokunmatik ekranlar kullanabilirler çünkü kapasitif dokunmatik ekranlardan daha ekonomiktirler.
Dirençli dokunmatik ekranlar sadece kapasitif dokunmatik ekranlardan daha ucuz değildir, aynı zamanda bom maliyeti de daha düşük olabilir, çünkü bazı işlemciler dirençli dokunmatik ekranları doğal olarak destekleyebilirken, kapasitif dokunuşlar bazen harici bileşenler gerektirir. Bu tür HMI, düşük performanslı işlemciler için en uygun olanıdır (<300 MHz) or microcontrollers that support resistive touchscreens.
Temel HMIS, giriş seviyesi HMI'lerden daha iyi ekran çözünürlüğü ve daha iyi bir kullanıcı arayüzü ekler. Temel bir HMI, gelişmiş bir kullanıcı deneyimi için genişletilmiş grafik dizisi (XGA) (1.024 x 768) için bir dokunmatik ekran-tipik olarak dirençli olacak. Gerekli uygulama işleme gücüne bağlı olarak, bu tür işlemciler düşük-orta performans aralığında (300 MHz ila 800 MHz) olacak ve 2D grafik gaz pedallarından yararlanabilir.
Orta menzilli HMI'ler, kullanıcıların günlük olarak etkileşime girebileceği tipik GUI'leri daha yakından yansıtır. Orta menzilli HMI'ler 2D grafiklere sahiptir, XGA'ya kadar ekran çözünürlükleri (1.024 x 768), temel kategoriden daha fazla kontrol içerir ve bazı durumlarda bile dokunsal veya işitsel geri bildirim sunar. Bu özellikler kullanıcı deneyimini büyük ölçüde geliştirir. Orta menzilli HMI'lar için işlemci, grafik hızlanması, orta menzilli performans (600 MHz ila 1 GHz) ve GUI'nin oluşturulmasına yardımcı olmak için bir grafik kütüphanesi içermelidir.
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), ses ve video işlemeyi hızlandırmaya yardımcı olmak için çip üzerindeki DSP'lerden büyük ölçüde yararlanabilir. Ek olarak, üst düzey HMI'lar genellikle birden fazla yüksek çözünürlüklü ekran çıkışını ve HTML5'i işleyebilen işlemciler gerektirir. Bir örnek, üst düzey HMI'lara giriş seviyesi için tek bir platform geliştirmek için gereken ölçeklenebilirliği sağlayan ve endüstriyel güvenilirliği destekleyen ARM Cortex-A çekirdeğine dayanan Sitara işlemci ailesidir.
HMI'leri ev aletlerinde, otomatlarda, yangın kontrol panelleri veya asansörler gibi bina otomasyon sistemlerinde ve elektrikli araç şarj istasyonlarında bulabilirsiniz; Bununla birlikte, endüstriyel HMI'lerin en yaygın kullanımlarından biri fabrika otomasyonundadır.
Fabrika otomasyon sistemlerinde fabrika otomasyon sistemlerinde hmis, hmis fabrika tabanındaki sensörleri, aktüatörleri ve makineleri kontrol eden programlanabilir mantık denetleyicileri (PLC'ler) kontrol işlevlerini kontrol etmek için bağlantı makinesi operatörleri. kendileri ve bazı durumlarda HMI içindeki bazı kontrol işlevlerini yönetin. Bu uygulamalar, endüstriyel iletişim yetenekleri, endüstriyel sınıf güvenilirliği ve güvenlik özelliklerine ihtiyaç dahil olmak üzere HMI'daki işlemciye bir dizi talep vermektedir.
Endüstriyel iletişim standardı Ethernet, endüstriyel otomasyon için gerekli belirleyici özelliklere sahip değildir. Endüstriyel iletişim için tasarlanan protokoller devreye giriyor. Endüstriyel Ethernet protokolleri, bir kontrol sistemindeki farklı uç cihaz türleri arasında gereken gerçek zamanlı, deterministik iletişimi etkinleştirir.
Endüstriyel Ethernet için bir düzineden fazla farklı protokol oluşturulmuştur. Bu protokollerin bir HMI'da işlenmesi bir işlemci, FPGA veya ASIC gerektirir. Birçok durumda, HMI, tek bir protokol çalıştıran bir ana bilgisayar işlemcisi ve ayrı bir ASIC veya FPGA'ya sahip olacaktır.
FPGA'lara veya ASIC'lere alternatif olarak, endüstriyel ethernet uygulama işlemcisi ve iletişim motoru olarak hizmet edebilecek entegre çözümler mevcuttur; Bu çözümler birden fazla protokolü desteklemek için genişletilebilir.
HMIS'teki Multi-Protokol Desteği, akıllı fabrikalardaki kontrol sistemleri genellikle farklı protokolleri çalıştıran farklı çözümlerden oluşan bir patchwork olduğundan, endüstri 4'e çok ihtiyaç duyulan esneklik katar. Çoklu protokol desteği ile HMI, farklı protokoller arasında bir ağ geçidi görevi görebilir.
Çoğu durumda, endüstriyel kaliteli bitkiler 7/24 yıl boyunca çalışır. Ve koşullar, bitkinin ürettiğine bağlı olarak dondurucu sıcaklıklara kadar değişebilir. Tesisteki HMI bu koşullara dayanabilmelidir ve içindeki işlemciler de olmalıdır. Fabrika otomasyonu HMI'lerinde endüstriyel sınıf işlemcilere olan ihtiyacı artırıyor.
Endüstriyel sınıf işlemciler, tipik olarak -40 derecesi 105 dereceye kadar çok çeşitli sıcaklıklara dayanabilmelidir. Buna ek olarak, uzun çalışma saatleri fabrika ekipmanı kapsamlı cihaz ömrü testi gerektirir. Bir cihazın ömrünü ölçmek için kullanılan bir metrik, güçlendirilebileceği ve düzgün çalıştırılabileceği saat sayısıdır. Geniş sıcaklık aralığına ve 88'den fazla POH'ye sahip işlemciler, 000 esasen 10 yıldan fazla çalışabilir. Çoğu endüstriyel HMI'nin en az 100, 000 poh'u karşılaması gerekir.
Güvenlik HMI ve kontrol ağının geri kalanı tipik olarak ana internetten izole edilmiş bir dahili Ethernet ağında yapılandırılmış olsa da, hala kötü niyetli bir parti, HMI ile sistemin geri kalanı arasında iletişim kurma veya değiştirme olasılığı vardır. İstenmeyen paraziti durdurmaya yardımcı olmak için, gömülü işlemciler genellikle verileri şifrelemek için kriptografik gaz pedallarını entegre eder. Secure Boot, HMI üreticisinin fikri mülkiyetini korumaya yardımcı olabilecek bir başka popüler güvenlik seçeneğidir.
Diğer HMI yönleri Bir HMI öncelikle bir kullanıcı arayüzü olduğundan, HMI'ler için yüksek seviyeli bir işletim sistemi (OS) popüler işletim sistemlerinin kullanılmasını gerektirir Windows CE, Android ve Linux Windows CE uzun yıllardır HMI'lar için popülerdir. Özellikle fabrika otomasyon alanında, ancak Android ve Linux birkaç nedenden dolayı dikkat çekiyor. Windows CE, özellikle fabrika otomasyonunda, uzun yıllardır HMIS'te popülerdir, ancak Android ve Linux birkaç nedenden dolayı dikkat çekmiştir.
İlk olarak, Android ve Linux açık kaynaklı işletim sistemleridir, yani uygulamakta özgür oldukları anlamına gelir. Buna ek olarak, açık kaynak oldukları için, yazılımı destekleyen ve her işletim sistemi için örnek kod sağlayan büyük bir topluluk vardır.
Android, otomatlarda veya cihazlarda olduğu gibi HMI ile etkileşime gireceği sistemlerde popülerdir. Android, el pazarında zaten popülerdir, bu nedenle yeni gelenler için öğrenme eğrisi, işletim sistemine zaten aşina olabilecek HMI'lara en aza indirilir.
Fabrika otomasyonunda, Linux muhtemel bir seçim haline geldi çünkü istikrarlı, güvenilir ve güvenli olarak yaygın olarak kabul ediliyor. Birçok endüstriyel HMI, Android ile birlikte gelen tüm özelliklere ihtiyaç duymaz. Öte yandan Linux, etkili GUI'lerin oluşturulmasına yardımcı olan QT ve Açık Grafik Kütüphanesi (OpenGL) gibi çerçeveleri de destekler.
HMIS'te popülerlik kazanan bir diğer özellik de sanallaştırmadır. Daha önce de belirtildiği gibi, HMI'ler genellikle PLC'ler, endüstriyel robotlar ve CNC makineleri gibi diğer uç cihazlarla entegre edilir. Entegrasyon yöntemi HMI ve diğer uygulamalar için ayrı işlemcilere sahip olmaktır, ancak bu pahalı olabilir ve ek kart alanı gerektirebilir.
Başka bir yaklaşım, bir çekirdek HMI'ya adanmış ve uygulamaya adanmış başka bir çekirdek olan tek bir çok çekirdekli işlemci kullanmaktır. Gerçek zamanlı operasyon gerekip gerekmediğine bağlı olarak, çekirdekler RTOS ve Linux gibi farklı işletim sistemlerini çalıştırabilir.
HMIS'i özetlemek gerekirse, tüm performans seviyelerinde çok çeşitli son kullanım uygulamalarını kapsar, ancak GUI'ler, kontrol sistemlerine bağlantı ve dokunmatik tabanlı kontrol gibi bazı ortak özelliklere sahiptir. İşlemci en azından bu giriş seviyesi HMI gereksinimlerini destekleyebilmelidir. Temel, orta menzilli ve üst düzey HMI'lar, yüksek tanımlı grafikler, web tarama, video ve çok ekran desteği dahil olmak üzere bu özellikleri daha da kullanabilir.