naar top
Menu
Logo Print

NIEUWE GENERATIE HMI'S KLAAR VOOR INDUSTRIE 4.0

Fabrikanten zetten in op standaardisatie, datamanagement en beveiliging

HMI's kunnen mobiel worden uitgevoerd,wat het gebruiksgemak verhoogt voor de operatorHuman Machine Interfaces of HMI's visualiseren productieprocessen en laten de operator toe om hierop in te grijpen. Met de komst van Industrie 4.0 ontstaan er nieuwe vereisten voor deze toestellen. In dit artikel bekijken we of fabrikanten erin slagen om die eisen in te lossen en wat de nieuwe functionaliteiten precies zijn op het vlak van communicatie, bediening en programmering.

INDUSTRIE 4.0

Begin jaren 70 kwamen elektronica en IT op, die een sterke automatisatie toelieten. Vandaag vervagen de grenzen tussen de digitale en reële wereld. Het continu monitoren van processen en machines zorgt voor een datastroom waaruit er automatisch beslissingen volgen, zonder tussenkomst van de mens. Dit leidt tot een verhoogde efficiëntie en een flexibelere productie.

De Duitse Industrie 4.0 Working Group identificeert acht pijlers waarrond er actie vereist is om deze befaamde vierde industriële revolutie tot een goed einde te brengen. Drie daarvan houden rechtstreeks verband met HMI's.

  • De eerste is standaardisatie en referentiearchitectuur. Dit is nodig omdat verschillende bedrijven of vestigingen die op bepaalde niveaus zullen integreren. Het moet m.a.w. mogelijk zijn voor een machine in de ene vestiging om te communiceren met een machine in een andere vestiging.
  • Een tweede pijler is het managen van complexe systemen. Om uit de grote hoeveelheid data de juiste beslissingen te nemen, moeten er goede tools en methodes (door)ontwikkeld worden die het leven van de gebruiker vereenvoudigen.
  • Ten derde is er safety en security. Fabrieken en wat ze produceren, mogen uiteraard geen gevaar vormen voor de werknemers en de omgeving. Andersom moet het bedrijf, en voornamelijk de data, beschermd worden tegen misbruik en aanvallen van buitenaf.

NIEUWE FEATURES

Een HMI maakt deel uit van een geautomatiseerd bedrijfsproces via een koppeling met de PLC. Op een hoger niveau vinden we SCADA, en daarboven MES en ERP.

Communicatie

De communicatie tussen HMI en PLC verloopt tegenwoordig via Industrial Ethernet. Een nieuw openstandaardnetwerk dat nu fel in opmars is, is OPC UA (Unified Architecture). Dat heeft het voordeel flexibel en leverancier- en platformonafhankelijk te zijn, en wordt daarom aanzien als het ideale communicatieprotocol voor Industrie 4.0.

Mobiel

Smartphones laten toe om processen vanop afstand te volgen en hierbij eventueel in te grijpenBinnen de consumentenelektronica is de mobiele trend al enkele jaren aan de gang. Dit wordt nu ook merkbaar bij de industriële toestellen.

Terwijl een bedieningspaneel vroeger vasthing aan de machine, kan dit nu draadloos. Bij dit systeem is een transponder aanwezig, waarmee een aantal interessante beveiligingen mogelijk zijn, zoals de instelling dat men enkel binnen een bepaalde afstand een parameter mag wijzigen. Een tweede optie is om te werken met een lange kabel, zodat de operator met de HMI in de hand rond de machine kan stappen. Hiermee is het dus mogelijk om het proces tegelijk te volgen op de HMI en dit met eigen ogen te zien.

Ook worden er tegenwoordig steeds meer devices uitgevoerd met een connectivity naar bedrijfseigen apps, die dan mee bijdragen aan het gebruiksgemak.

Remote

Mobiel krijgt tegenwoordig ook de betekenis 'remote' bij HMI's. Een smartphone of tablet maakt dan op basis van het IP-adres een verbinding met de fabriek via het internet. De weergave van de HMI kan in verschillende browsers gebeuren. Als programmeertalen worden hiervoor vaak HTML5 en JavaScript gebruikt.

'Remote access' houdt in dat men niet fysiek in de fabriek aanwezig hoeft te zijn om het proces te volgen of zelfs te wijzigen. Bij een storing hoeft de specialist dan dus geen dure verplaatsing te maken. Uit veiligheidsoverwegingen is het soms wel wenselijk dat er geen machines gewijzigd kunnen worden vanop afstand, 'read-only' dus. De specialist zegt dan bijvoorbeeld telefonisch aan de operator wat hij moet doen. Verder is er minstens een HTTPS-verbinding vereist om misbruik te voorkomen.

Ook een inlognaam met paswoord is vereist. Het instellen van een MAC-filter is aan te bevelen, hoewel die volgens sommigen eenvoudig te omzeilen is. Het beveiligen van de HMI, en meer in het algemeen de cruciale bedrijfsprocessen, valt te bekijken als het schillen van een ui. Hoe meer beveiligingslagen er zijn tot men aan de kern raakt, hoe beter. Vanwege zowel safety als security zullen remote HMI's de lokale bedieningspanelen waarschijnlijk nooit helemaal vervangen. Denk bijvoorbeeld ook aan een internetverbinding die even hapert.

Drukknop, touch en multitouch

Vaak denken we bij HMI's aan bedieningsschermen, terwijl één enkele drukknop ook een laag vormt tussen mens en machine, en de stand ervan een visuele feedback geeft over de werking van de machine. Vroeger verbond men een drukknop direct met de I/O, wat het leggen van lange draden tot aan de PLC impliceerde. Nu bestaan er echter drukknoppen met ethernetaansluiting, wat een stuk gebruiksvriendelijker is.

De multitouchtechnologie laat handelingen als zoomen en swipen toe, net als bij een tabletBij touchuitvoeringen onderscheiden we de capacitieve en resistieve werking. In het laatste geval moet de gebruiker wat harder op het scherm drukken om twee lagen tegen elkaar te drukken, waarop dan de positie van de vinger bepaald wordt. Capacitieve schermen meten die positie door een variatie in het elektrostatische veld. Deze schermen zijn aangenamer te bedienen, maar werken niet als een operator dikkere handschoenen draagt. Daarnaast zijn ze iets duurder dan de resistieve variant.

Een groot voordeel is echter dat multitouch hiermee mogelijk is. Bij multitouch worden verschillende vingers op een scherm tegelijk gedetecteerd. Het wordt dan mogelijk om uit te zoomen door twee vingers te spreiden, een object te draaien of te swipen door een menu; net als bij een smartphone of tablet. Bij kritische bedieningsfuncties worden foutieve ingaven vermeden wanneer een operator gedwongen wordt om twee knoppen tegelijkertijd in te drukken. Denk hierbij aan het activeren van functies of het onbedoeld wijzigen van waarden. Het belang in de markt van de machinebouw is navenant hoog.

Op basis van de multitouchtechnologie kunnen er immers compleet nieuwe operationele concepten en elementen ontwikkeld worden die voor een positieve bedieningsbeleving zorgen. Daarbij is belangrijk dat zowel de hardware en de software als het besturingssysteem daarvoor zijn ontworpen.

Programmeren

De HMI-software is vaak ontwikkeld door de leverancier van het HMI-paneel en de PLC. De HMI-programmaonderdelen zijn vaak modulair en scaleerbaar, zodat ze geschikt zijn voor verschillende afmetingen en makkelijk in te stellen en uit te breiden zijn. Onderscheidende machinematen of -typen kunnen met een identieke look-and-feel gebruikmaken van deze consistente userinterface.

Er zijn nu echter fabrikanten die voor een meer algemene programmeerwijze kiezen, zoals Microsoft Visual Studio. Als verschillende grote spelers hiervoor opteren, biedt dit voordelen voor de gebruiker; denk maar aan een overstap van de ene naar een andere leverancier. Voor de fabrikanten biedt dit echter minder voordelen, dus is het nog maar de vraag of dit effectief zal gebeuren.

Data loggen en plotten

In plaats van bedrijfseigen systemen kiezen sommige fabrikanten voor ICT-standaarden zoals Visual Studio voor engineering, HTML5 voor het ontwerp en WebSockets en HTTPS voor veilige communicatieDe nieuwe generatie van HMI's logt en plot de gemeten data op een gebruiksvriendelijke wijze. Het is niet langer nodig om de data in een tekstbestand op te slaan en nadien in Excel of een ander programma te importeren en grafieken te maken. Dit gebeurt nu 'realtime' en automatisch. Op een eenvoudige wijze past men het tijdsbereik van de grafiek aan om veranderingen te zien of specifieke gebeurtenissen in detail te bekijken. Uiteraard behoort ook het exporteren van de data nog steeds tot de mogelijkheden. Terwijl er vroeger enkel tegenover de tijd geplot werd, kan de gebruiker nu zelf de x- en y-as bepalen. Een voorbeeld is een drukmeting in functie van het debiet of de temperatuur.

CONCLUSIE

Met het oog op Industrie 4.0 is een gehele en naadloos geïntegreerde automatisatie nodig, waarbij een vlotte communicatie met andere systemen gewenst is. Vanuit de leverancierszijde wordt er heel wat hard- en software aangeboden om dit te verwezenlijken. Zo maakt de overstap naar industrieel ethernet een snelle datatransmissie mogelijk. Terugkijkend naar de drie pijlers van de Duitse Industrie 4.0 Working Group, mogen we stellen dat HMI's klaar zijn voor de vierde industriële revolutie. En u? ?

CONTINUITEIT

Twee vragen die vaak terugkeren bij deze nieuwigheden, zijn 'Waarom moet ik veranderen als alles nog werkt?' en 'Zullen de huidige systemen wel samenwerken met de nieuwe?'.

Nieuwe systemen zijn als vuistregel compatibel met systemen tot tien jaar oud, binnen hetzelfde merk gezien. Tussen merken onderling verschilt dit enigszins. Soms is men verplicht om zowel de HMI als de PLC van eenzelfde leverancier te kopen, terwijl andere merken hierbij wel de vrijheid laten.

Als er tot tien jaar tijd is, waarom zou je dan al sneller iets vervangen? Bijkomend is het zo dat een productlijn tien jaar ondersteund wordt met wisselstukken en dergelijke. Hoewel het daarna uit de catalogus verdwijnt, krijgt men in de praktijk vaak nog wel tien tot twaalf jaar extra support, in de vorm van hardware, software en technische bijstand. Concreet lopen systemen van begin jaren 90 dus nu pas op hun laatste benen.

Enerzijds is het op zich eigenlijk niet nodig om sneller te vernieuwen, dankzij die langdurende ondersteuning. Anderzijds evolueren HMI's jaarlijks en verhogen nieuwe features de efficiëntie, de veiligheid en het gebruiksgemak. Het lijkt dus een historisch gegroeide situatie waarbij ofwel een mentaliteitswijzing, ofwel het inkorten van de ondersteuningsperiode zaken in beweging zal krijgen. Maar dit laatste zal wellicht op heel wat weerstand stuiten binnen de industrie.

Een gulden regel bij dit alles is om de migratie al voor te bereiden, terwijl de installaties nog goed werken, in plaats van pas bij een panne in actie te schieten. Programmeer dus al op voorhand enkele nieuwe panelen en zorg voor eenvoud door bijvoorbeeld slechts twee verschillende groottes van HMI-panelen te gebruiken in eenzelfde fabriek. Bedenk dat de afmetingen mogelijk gewijzigd zijn: vroeger was 4:3 de standaard, terwijl het nu 16:9- breedbeeldschermen zijn. De meeste leveranciers houden hier zelf rekening mee, maar dit is niet altijd zo.