Czym jest, a czym nie jest panel operatorski HMI?

Panel HMI nie jest wyłącznie panelem dotykowym zamontowanym na drzwiach szafy sterowniczej. To interfejs łączący operatora z maszyną, obejmujący:

• wizualizację procesu,
• alarmy,
• komunikaty,
• przyciski ekranowe i fizyczne,
• sygnalizację,
• dostęp do parametrów,
• rejestrację danych oraz
• funkcje diagnostyczne.

Jego zadaniem nie jest pokazanie jak największej liczby danych, lecz przekazanie właściwej informacji we właściwym czasie.

Panel HMI jako centrum dostępu do informacji i sterowania innymi urządzeniami

W czasie normalnej pracy operator potrzebuje przede wszystkim prostego potwierdzenia, że maszyna poprawnie wykonuje cykl produkcji. Powinien bez zastanawiania wiedzieć, czy urządzenie pracuje w trybie automatycznym, manualnym, czy serwisowym. Równie ważna jest informacja o gotowości systemu do uruchomienia, aktywnych blokadach oraz stanie najważniejszych sekcji maszyny.

Dlatego na ekranie głównym nie warto umieszczać wszystkich sygnałów z PLC, parametrów napędów i stanów wejść, ponieważ zbyt duża ilość informacji sprawia, że będzie po prostu nieczytelny. Lepiej pokazać ogólny stan, bieżący etap procesu, najważniejsze wartości oraz aktywne ostrzeżenia i alarmy. Szczegółowe dane powinny być dostępne dopiero po przejściu do odpowiedniego widoku znajdującego się na intuicyjnym poziomie panelu.

Układ hierarchiczny

W praktyce najlepiej sprawdza się układ hierarchiczny. Operator zaczyna od widoku całej maszyny, następnie przechodzi do konkretnej sekcji, a dopiero potem do urządzenia lub sygnału związanego z problemem. Taka ścieżka może wyglądać następująco:

maszyna → podajnik → siłownik → czujniki krańcowe i zawór pneumatyczny.

Dzięki temu użytkownik nie musi pamiętać, w którym miejscu menu zostały ukryte niezbędne dane diagnostyczne.

Dobry panel operatorski służy nie tylko do informowania operatora, ale także do sterowania maszyną. Dlatego w przewidywalnych miejscach panelu HMI powinny znaleźć się przycisk Start, wybór trybu pracy, potwierdzenie alarmu oraz dostęp do sterowania ręcznego. Nie oznacza to jednak, że wszystkie funkcje muszą być widoczne i dostępne dla każdego użytkownika. Operator korzysta przecież z innych funkcji niż pracownik utrzymania ruchu lub automatyk odpowiedzialny za konfigurację i parametry procesu.

Jak zaplanować alarmy, aby ułatwiały operatorowi diagnozę problemu?

Alarm nie powinien być po prostu kolejną informacją z programu sterownika - jego pojawienie się ma zwrócić uwagę operatora na sytuację wymagającą reakcji. W przeciwnym razie lista alarmów może zamienić się w historię stanów maszyny, w której naprawdę ważne informacje giną wśród szeregu komunikatów o stanie oczekiwania, zmianie trybu pracy lub krótkotrwałym braku sygnału.

Dlatego warto odróżnić alarm od ostrzeżenia i informacji. Ostrzeżenie może np. sygnalizować niski poziom materiału w zasobniku, w czasie, gdy maszyna spokojnie pracuje, a alarm powinien pojawiać się, gdy materiału zabraknie i cykl zostanie przerwany. Informacją pozostanie natomiast komunikat o aktywnym trybie manualnym lub trwającym przezbrojeniu.

Przy planowaniu alarmów należy odpowiedzieć na kilka pytań:

• Czy zdarzenie rzeczywiście wymaga reakcji operatora?
• Jak szybko powinien zareagować użytkownik?
• Czy problem powoduje zatrzymanie maszyny, pogorszenie jakości procesu, czy wymaga jedynie uwagi ze strony operatora?
• Czy komunikat informuje o przyczynie, a nie tylko o skutku?
• Jakie dane będą potrzebne do dalszej diagnostyki?
• Czy po zatrzymaniu maszyny nie pojawiają się liczne alarmy wtórne?

Treść komunikatu powinna wyjaśniać, co się stało, gdzie wystąpił problem i co powinno zostać skontrolowane w pierwszej kolejności. Dlatego zamiast komunikatu "Błąd czujnika" lepiej użyć formy opisowej: "Stacja odkładania: czujnik B12 nie wykrył detalu w czasie 3 s. Sprawdź podawanie elementu oraz czystość i ustawienia czujnika". Taki tekst nie zastąpi wiedzy inżyniera utrzymania ruchu, ale będzie pomocnym punktem wyjścia.

Priorytety komunikatów

Ważne jest także odpowiednie określenie priorytetów. Tym bardziej, że zbyt rozbudowany podział komunikatów na liczne grupy utrudnia szybką ocenę sytuacji, a podobny priorytet wielu komunikatów powoduje, że ostrzeżenie o kończącym się materiale wygląda tak samo jak zatrzymanie wynikające np. z błędu napędu. W większości systemów wystarcza jasny (i dobrze znany) podział na alarmy krytyczne, alarmy dotyczące zatrzymania pracy, ostrzeżenia oraz informacje.

Należy także oszczędnie używać sygnałów wizualnych (kolor, miganie) oraz dźwiękowych. Ich zadaniem jest zwrócenie uwagi na stan wymagający natychmiastowego działania, a nie funkcje dekoracyjne. Ponadto, jeżeli niemal każdy element panelu HMI jest czerwony, żółty, animowany albo podświetlony, użytkownik szybko przestaje dostrzegać to, co naprawdę ważne.

Diagnostyka: od ogółu do szczegółu

Po pojawieniu się sytuacji alarmowej operator nie potrzebuje pełnej listy zmiennych PLC, ale chce po prostu wiedzieć, która część maszyny zatrzymała proces. Dopiero później potrzebne mogą być takie informacje, jak stan czujnika, pozycja siłownika, ciśnienie w instalacji, błąd falownika czy brak komunikacji z urządzeniem.

Dlatego ekran diagnostyki należy budować kaskadowo. Na ekranie głównym powinny znajdować się informacje o alarmie i sekcji maszyny. Widok sekcji powinien wskazywać funkcję, która nie została zrealizowana. Dopiero kolejny ekran powinien prowadzić do konkretnego urządzenia oraz związanych z nim sygnałów. Na przykład alarm dotyczący braku osiągnięcia położenia przez siłownik może powodować wyświetlenie ekranu z informacją o stanie czujników krańcowych, sygnale sterującym zaworem, czasie oczekiwania i ciśnieniu w obwodzie.

Przydatna warstwa diagnostyczna może obejmować:

• listę aktywnych alarmów wraz z ich priorytetami, czasami wystąpienia i stanami potwierdzenia,
• historię alarmów oraz zdarzeń pozwalającą odtworzyć kolejność pojawiania się problemów,
• widok stanu najważniejszych czujników, wejść, wyjść i blokad,
• odczyty wartości procesowych, takich jak temperatura pracy, ciśnienie, pozycja, prędkość lub poziom,
• status napędów, falowników, serwonapędów i urządzeń komunikujących się przez sieć,
• informacje o warunkach, które spowodowały zablokowanie startu lub przejście do kolejnego kroku cyklu,
• krótkie wskazówki dotyczące pierwszej bezpiecznej reakcji.

Taki układ skraca drogę od komunikatu "maszyna zatrzymana" do rzeczywistej przyczyny i nie zasypuje operatora danymi, które nie są mu do niczego potrzebne.

Warto też pamiętać, że potwierdzenie alarmu nie oznacza usunięcia usterki. Operator może potwierdzić, że zauważył komunikat, ale maszyna powinna wrócić do pracy dopiero po usunięciu przyczyny i spełnieniu określonych warunków bezpieczeństwa, w momencie gdy proces może zostać wznowiony w kontrolowany sposób.

Przy doborze sprzętu należy uwzględnić nie tylko rozdzielczość i przekątną ekranu, czy odporność na pracę w trudnych warunkach przemysłowych. Znaczenie mają również sposób montażu, czytelność przy oświetleniu dostępnym na stanowisku, możliwość obsługi w rękawicach, liczba i rodzaj przycisków funkcyjnych, odporność frontu i obudowy oraz funkcje komunikacyjne. W zależności od zastosowania można wykorzystać między innymi panele HMI Magelis lub używane do wizualizacji oraz komunikacji panele HMI do sterowników SIMATIC, pozwalające dobrać urządzenie odpowiednio do wymagań maszyny, sposobu sterowania i oczekiwanej funkcji diagnostycznej.

Patrz też: Predykcyjne utrzymanie ruchu: jak czujniki pomagają przewidywać awarie maszyn?

Najczęściej zadawane pytania

Co oznacza skrót HMI?

HMI to skrót od angielskiego Human Machine Interface, czyli interfejs człowiek–maszyna. W automatyce przemysłowej określenie to odnosi się do rozwiązania, które umożliwia operatorowi obserwowanie pracy maszyny i wydawanie jej poleceń. Interfejs HMI może być realizowany m.in. za pomocą panelu operatorskiego, komputera przemysłowego lub systemu SCADA.

Co to jest interfejs HMI?

Interfejs HMI to sposób komunikowania się użytkownika z maszyną lub procesem przemysłowym. Za jego pomocą można odczytywać stany elementów systemu, wartości procesowe, komunikaty alarmowe i informacje diagnostyczne, a także uruchamiać cykle, wybierać tryby pracy, zmieniać wartości parametrów i potwierdzać alarmy. Dobrze zaprojektowany interfejs nie pokazuje wszystkiego jednocześnie, lecz prowadzi użytkownika od najważniejszej informacji do szczegółowych danych potrzebnych w konkretnej sytuacji.

Co to jest HMI Siemens?

HMI Siemens to grupa paneli operatorskich i narzędzi wizualizacyjnych firmy Siemens, wykorzystywanych w systemach automatyki przemysłowej. Panele SIMATIC HMI mogą współpracować między innymi ze sterownikami SIMATIC S7-1200 i S7-1500 i umożliwiają wizualizację pracy maszyny, obsługę alarmów, zmianę wartości parametrów oraz diagnostykę. W zależności od zastosowania dostępne są proste panele Basic, bardziej rozbudowane panele Comfort oraz rozwiązania mobilne Mobile.