Varje kontrollerad elektrisk eller mekanisk maskin har ett human-maskingränssnitt (HMI) i form av knappar, spakar eller pekskärmar. På en hög nivå har HMI tre grundläggande element: ingångar, utgångar och något att hantera övergångarna mellan de två.
När vi flyttar in i branschen 4. 0 era blir denna modell lite mer komplex. Formgivare lägger till grafiska användargränssnitt (GUIS), flyttar från fysiska till virtuella knappar på GUI, ökar antalet uppgifter som HMI kan utföra och till och med visa prestationsåterkoppling i stängda sling-system.
Allmänna HMI-processorkrav HMIS kan ha ett antal krav för inbäddade processorer, beroende på deras avsedda applikation för slutanvändning. Det finns fyra nivåer av HMI-prestanda: startnivå, grundläggande, mellanklass och avancerad.
HMIS: s startnivå har ett mycket grundläggande användargränssnitt. Utgångsskärmen är vanligtvis en kvarts videodrafikgrupp (QVGA), upp till 320 x 240, och har minimal 2D -grafik. Dessa HMI: er är avsedda för kostnadskänsliga applikationer som endast kräver grunderna i ett kontrollgränssnitt. Formgivare kan använda resistiva pekskärmar här eftersom de är mer ekonomiska än kapacitiva pekskärmar.
Inte bara är resistiva pekskärmar billigare än kapacitiva pekskärmar, utan BOM -kostnaden kan också vara lägre eftersom vissa processorer kan naturligtvis stödja resistiva pekskärmar, medan kapacitiva beröringar ibland kräver externa komponenter. Denna typ av HMI passar bäst för låga prestandaprocessorer (<300 MHz) or microcontrollers that support resistive touchscreens.
Grundläggande HMIS lägger till förbättrad visningsupplösning och ett bättre användargränssnitt än HMIS på startnivå. En grundläggande HMI kommer att ha en pekskärm-typiskt resistiv och en visningsupplösning upp till utökad grafikuppsättning (XGA) (1 024 x 768) för en förbättrad användarupplevelse. Beroende på den erforderliga applikationsbehandlingskraften kommer sådana processorer att ligga i låg till mitten av prestandan (300 MHz till 800 MHz) och kan dra nytta av 2D-grafikgaspedaler.
Mid-range HMIS speglar närmare typiska GUIS som användare kan interagera med dagligen. Mid-range HMIS har 2D-grafik, visningsupplösningar upp till XGA (1 024 x 768), inkluderar fler kontroller än baskategorin och i vissa fall till och med introducerar taktil eller hörsel feedback. Dessa funktioner förbättrar användarupplevelsen kraftigt. För HMIS i mitten av Range måste processorn inkludera grafikacceleration, mellanklassprestanda (600 MHz till 1 GHz) och ett grafikbibliotek för att hjälpa till att bygga 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), vilket kan dra stor nytta av DSP: er på chip för att påskynda ljud- och videobearbetning. Dessutom kräver avancerade HMI: er ofta processorer som kan hantera flera högupplösta skärmutgångar och HTML5. Ett exempel är Sitara Processor-familjen baserat på ARM Cortex-A-kärnan, som ger den skalbarhet som behövs för att utveckla en enda plattform för startnivå till high-end HMIS och stöder industriell tillförlitlighet.
Du kan hitta HMIS i hushållsapparater, automater, bygga automatiseringssystem som brandkontrollpaneler eller hissar och laddningsstationer för elfordon; En av de vanligaste användningarna av industriell HMIS är emellertid i fabriksautomation.
HMIS i fabriksautomationssystem i fabriksautomationssystem, HMIS Connect -maskinoperatörer för att styra funktioner, vanligtvis programmerbara logikstyrenheter (PLC), som styr sensorer, ställdon och maskiner på fabriksgolvet. HMIS ingår också på maskinerna och robotarna själva och i vissa fall hanterar några av kontrollfunktionerna inom HMI. Dessa applikationer ställer ett antal krav på processorn i HMI, inklusive behovet av industriell kommunikationsfunktioner, industrikvalitet tillförlitlighet och säkerhetsfunktioner.
Industrial Communications Standard Ethernet har inte de deterministiska funktionerna som krävs för industriell automatisering. Det är här protokoll som är utformade för industrikommunikation spelar in. Industriella Ethernet-protokoll möjliggör den deterministiska kommunikation i realtid som behövs mellan olika typer av slutanordningar i ett kontrollsystem.
Mer än ett dussin olika protokoll har skapats för Industrial Ethernet. Att bearbeta dessa protokoll i en HMI kräver en processor, FPGA eller ASIC. I många fall kommer HMI att ha en värdprocessor och en separat ASIC eller FPGA som kör ett enda protokoll.
Som ett alternativ till FPGA eller ASICS finns integrerade lösningar som kan fungera som en industriell Ethernet -applikationsprocessor och kommunikationsmotor; Dessa lösningar kan till och med utvidgas till att stödja flera protokoll.
Multi-protokollstöd i HMIS lägger välbehövlig flexibilitet i industrin 4. 0, eftersom kontrollsystem i smarta fabriker ofta är ett lapptäcke av olika lösningar som kör olika protokoll. Med multi-protokollstöd kan HMI fungera som en gateway mellan olika protokoll.
I de flesta fall driver anläggningar i industrikvalitet dygnet runt året runt. Och förhållandena kan variera under frysning till kokande temperaturer, beroende på vad växten producerar. HMI i anläggningen måste kunna motstå dessa förhållanden, och därför måste processorerna i den. Det väcker behovet av processorer i industriklass i Factory Automation HMIS.
Processorer för industriklass måste kunna motstå ett brett spektrum av temperaturer, vanligtvis -40 examen till 105 grader. Dessutom kräver de långa driftstimmarna för fabriksutrustning omfattande livstestning av enheter. En metrisk som används för att mäta en enhets livslängd är dess power-on-tid (POH), vilket är antalet timmar det kan drivas upp och köra ordentligt. Processorer med ett brett temperaturområde och en POH på mer än 88, 000 kan i huvudsak köras i mer än 10 år. De flesta industriella HMI: er måste möta minst 100, 000 POH.
Säkerhet Även om HMI och resten av kontrollnätverket vanligtvis är konfigurerade på ett internt Ethernet -nätverk som isoleras från huvudinternet, finns det fortfarande möjligheten att en skadlig part som avlyssnar eller förändrar kommunikation mellan HMI och resten av systemet. För att hjälpa till att stoppa oönskad störningar integrerar inbäddade processorer ofta kryptografiska gaspedaler för att kryptera data. Secure Boot är ett annat populärt säkerhetsalternativ som kan hjälpa till att skydda HMI -tillverkarens immateriella rättigheter.
Andra HMI-aspekter eftersom en HMI främst är ett användargränssnitt, det kräver användning av ett operativsystem på hög nivå (OS) populära operativsystem för HMIS inkluderar Windows CE, Android och Linux Windows CE har varit populärt i HMIS i många år, Särskilt i fabriksautomationutrymmet, men Android och Linux får uppmärksamhet av flera skäl. Windows CE har varit populärt i HMIS i många år, särskilt inom fabriksautomation, men Android och Linux har fått uppmärksamhet av flera skäl.
För det första är Android och Linux open source -operativsystem, vilket innebär att de är fria att implementera. Eftersom de är öppen källkod finns det dessutom ett stort samhälle som stöder programvaran och tillhandahåller provkod för varje operativsystem.
Android är populärt i system där ett stort antal användare kommer att interagera med HMI, till exempel i automater eller apparater. Android är redan populärt på den handhållna marknaden, så inlärningskurvan minimeras för nykomlingar till HMIS som kanske redan känner till operativsystemet.
I fabriksautomation har Linux blivit det troliga valet eftersom det är allmänt erkänt som stabilt, pålitligt och säkert. Många industriella HMI: er behöver inte alla funktioner som följer med Android. Å andra sidan stöder Linux också ramverk som QT och Open Graphics Library (OpenGL), vilket hjälper till att bygga effektiva GUIS.
En annan funktion som ökar populariteten i HMIS är virtualisering. Som nämnts tidigare är HMIS vanligtvis integrerade med andra slutanordningar som PLC: er, industrirobotar och CNC -maskiner. En metod för integration är att ha separata processorer för HMI och andra applikationer, men detta kan vara dyrt och kräva ytterligare kortutrymme.
Ett annat tillvägagångssätt är att använda en enda multikärnig processor, med en kärna tillägnad HMI och en annan kärna tillägnad applikationen. Beroende på om verksamhet i realtid krävs kan kärnorna köra olika operativsystem som RTO och Linux.
För att sammanfatta HMIS täcker ett brett utbud av applikationer för slutanvändning på alla prestandanivåer, men har några vanliga funktioner inklusive GUIS, anslutning till kontrollsystem och beröringsbaserad kontroll. Processorn måste kunna stödja åtminstone dessa HMI-krav på startnivå. Grundläggande, mellanklass och avancerade HMI: er kan ytterligare använda dessa funktioner, inklusive högupplösta grafik, webbläsning, video och multi-skärmstöd.