Vsak nadzorovan električni ali mehanski stroj ima vmesnik za človeški stroj (HMI) v obliki gumbov, ročic ali zaslonov na dotik. Na visoki ravni ima HMI tri osnovne elemente: vhode, izhode in nekaj za obvladovanje prehodov med obema.
Ko se preselimo v industrijo 4. 0 ERA, je ta model nekoliko bolj zapleten. Oblikovalci dodajajo grafične uporabniške vmesnike (GUI), ki se premikajo iz fizičnih v virtualne gumbe na GUI, povečajo število nalog, ki jih lahko opravlja HMI, in celo prikazujejo povratne informacije o zmogljivosti v sistemih zaprte zanke.
Splošne zahteve ob procesorju HMI HMI imajo lahko številne zahteve za vdelane procesorje, odvisno od predvidene aplikacije za končno uporabo. Obstajajo štiri ravni uspešnosti HMI: začetni, osnovni, srednji in visoki ceni.
Vstopni HMI imajo zelo osnovni uporabniški vmesnik. Izhodni zaslon je običajno četrtinski video grafični niz (QVGA), do 320 x 240 in ima minimalno 2D grafiko. Ti HMI so namenjeni stroškovno občutljivim aplikacijam, ki zahtevajo samo osnove kontrolnega vmesnika. Oblikovalci lahko tukaj uporabljajo uporovne zaslone na dotik, ker so bolj ekonomični kot kapacitivni zasloni na dotik.
Ne samo, da so uporovni zasloni na dotik manj dragi kot kapacitivni zasloni na dotik, ampak so lahko tudi stroški BOM nižji, ker nekateri procesorji lahko nastajajo na izlivno uporovne zaslone na dotik, medtem ko kapacitivni dotiki včasih zahtevajo zunanje komponente. Ta vrsta HMI je najbolj primerna za procesorje z nizko zmogljivostjo (<300 MHz) or microcontrollers that support resistive touchscreens.
Osnovni HMI dodajo izboljšano ločljivost zaslona in boljši uporabniški vmesnik kot HMI vhod. Osnovni HMI bo imel na dotik zaslona-in ločljivost zaslona do razširjenega grafičnega niza (XGA) (1.024 x 768) za izboljšano uporabniško izkušnjo. Takšni procesorji bodo odvisno od potrebne moči za obdelavo aplikacij v območju z nizko do srednjim delom (300 MHz do 800 MHz) in lahko koristijo 2D grafični pedali za plin.
Hmis srednjega dosega bolj zrcali tipične GUI, s katerimi lahko uporabniki vsakodnevno komunicirajo. HMI srednjega dosega imajo 2D grafiko, prikazano ločljivost do XGA (1.024 x 768), vključujejo več kontrol kot osnovna kategorija, v nekaterih primerih pa celo uvedejo taktilne ali slušne povratne informacije. Te funkcije močno izboljšajo uporabniško izkušnjo. Za HMI srednjega razreda mora procesor vključevati grafični pospešek, zmogljivost srednjega razreda (600 MHz do 1 GHz) in grafično knjižnico, ki pomaga graditi 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), kar lahko ima veliko koristi od DSP na čipu za pospešitev zvočne in video obdelave. Poleg tega visokokakovostni HMI pogosto potrebujejo procesorje, ki lahko upravljajo z več zaslonskimi izhodi z visoko ločljivostjo in HTML5. En primer je družina procesorjev Sitara, ki temelji na jedru ARM Cortex-A, ki zagotavlja razširljivost, potrebno za razvoj ene same platforme za vstopno do višjega cenovnega razreda in podpira industrijsko zanesljivost.
HMIS najdete v domačih aparatih, prodajnih avtomatih, sistemih za avtomatizacijo stavb, kot so požarni krmilni paneli ali dvigala, in postaje za polnjenje električnih vozil; Vendar je ena najpogostejših uporabe industrijskih HMI v tovarniški avtomatizaciji.
HMI v tovarniških sistemih za avtomatizacijo v tovarniških sistemih za avtomatizacijo, HMIS Connect operaterji strojev za nadzor funkcij, običajno programirljive logične krmilnike (PLC), ki nadzorujejo senzorje, aktuatorji in stroji na tovarniškem nadstropju. HMIS so tudi pogosteje vključeni tudi na stroje in robote sami in v nekaterih primerih upravljajo z nekaterimi kontrolnimi funkcijami znotraj HMI. Te aplikacije postavljajo številne zahteve za procesor v HMI, vključno s potrebami po industrijskih komunikacijskih zmogljivostih, zanesljivosti industrijske stopnje in varnostnimi značilnostmi.
Standard industrijske komunikacije Ethernet nima determiniranih funkcij, potrebnih za industrijsko avtomatizacijo. Tu se začnejo igrati protokoli, zasnovani za industrijske komunikacije. Industrijski Ethernet protokoli omogočajo deterministično komunikacijo v realnem času med različnimi vrstami končnih naprav v kontrolnem sistemu.
Za industrijski Ethernet je bilo ustvarjenih več kot ducat različnih protokolov. Obdelava teh protokolov v HMI zahteva procesor, FPGA ali ASIC. V mnogih primerih bo HMI imel gostiteljski procesor in ločen ASIC ali FPGA, ki vodi en sam protokol.
Kot alternativa FPGA ali ASICS obstajajo integrirane rešitve, ki lahko služijo kot industrijski Ethernet aplikacijski procesor in komunikacijski motor; Te rešitve je mogoče celo razširiti tako, da podpirajo več protokolov.
Podpora za več protokola v HMI dodaja prepotrebno prilagodljivost industriji 4. 0, saj so kontrolni sistemi v pametnih tovarnah pogosto obliž različnih rešitev, ki delujejo različne protokole. S podporo za več protokola lahko HMI deluje kot prehod med različnimi protokoli.
V večini primerov industrijsko kakovostne obrate delujejo 24/7 celo leto. In pogoji se lahko razlikujejo od spodaj zamrznitve do vrelišča, odvisno od tega, kaj rastlina proizvaja. HMI v rastlini mora biti sposoben prenesti te pogoje in tako mora tudi procesorji v njem. Postavlja potrebo po industrijskih procesorjih v tovarniški avtomatizaciji HMI.
Industrijski procesorji morajo biti sposobni prenesti široko paleto temperatur, običajno -40 do 105 stopinj. Poleg tega dolge delovne ure tovarniške opreme zahtevajo obsežno testiranje življenjske dobe naprave. Ena metrika, ki se uporablja za merjenje življenjske dobe naprave, je njegov čas vklopa (POH), kar je število ur, ki jih je mogoče pravilno vklopiti in zagnati. Procesorji s širokim temperaturnim območjem in POH več kot 88, 000 lahko v bistvu delujejo več kot 10 let. Večina industrijskih HMI mora izpolniti najmanj 100, 000 poh.
Varnost Čeprav sta HMI in preostali nadzorni omrežje običajno konfigurirana v notranjem omrežju Ethernet, izoliranega iz glavnega interneta, še vedno obstaja možnost, da zlonamerna stranka prisluškova ali spreminja komunikacije med HMI in preostalim sistemom. Da bi ustavili neželene motnje, vgrajeni procesorji pogosto integrirajo kriptografske pedale za plin, da bi šifrirali podatke. Secure Boot je še ena priljubljena varnostna možnost, ki lahko pomaga zaščititi intelektualno lastnino proizvajalca HMI.
Drugi vidiki HMI, ker je HMI predvsem uporabniški vmesnik, zahteva uporabo priljubljenih operacijskih sistemov operacijskega sistema na visoki ravni za HMI, vključujejo Windows CE, Android in Linux Windows CE že vrsto let priljubljeni za HMI, in Zlasti v tovarniškem prostoru za avtomatizacijo, vendar Android in Linux pridobivata pozornost iz več razlogov. Windows CE je v HMI priljubljen že vrsto let, zlasti pri tovarniški avtomatizaciji, vendar sta Android in Linux pridobila pozornost iz več razlogov.
Prvič, Android in Linux sta odprtokodni operacijski sistemi, kar pomeni, da jih je mogoče izvajati. Poleg tega, ker so odprtokodni, obstaja velika skupnost, ki podpira programsko opremo in zagotavlja vzorčno kodo za vsak operacijski sistem.
Android je priljubljen v sistemih, kjer bo veliko uporabnikov sodelovalo s HMI, na primer pri prodajnih avtomatih ali napravah. Android je že priljubljen na ročnem trgu, zato je krivulja učenja za novince čim manjša za HMI, ki morda že poznajo operacijski sistem.
Pri tovarniški avtomatizaciji je Linux postal verjetno izbira, saj je splošno prepoznan kot stabilen, zanesljiv in varen. Številni industrijski HMI ne potrebujejo vseh funkcij, ki so priložene Androidu. Po drugi strani Linux podpira tudi okvire, kot sta QT in Open Graphics Library (OpenGL), ki pomaga pri gradnji učinkovitih GUI.
Druga značilnost, ki v HMI pridobiva na priljubljenosti, je virtualizacija. Kot smo že omenili, so HMI običajno integrirani z drugimi končnimi napravami, kot so PLC, industrijski roboti in CNC stroji. Eden od načinov integracije je imeti ločene procesorje za HMI in druge aplikacije, vendar je to lahko drago in zahteva dodaten prostor na plošči.
Drug pristop je uporaba enega večjednega procesorja, pri čemer je eno jedro, namenjeno HMI, in drugo jedro, namenjeno aplikaciji. Glede na to, ali je potrebno delovanje v realnem času, lahko jedra izvajajo različne operacijske sisteme, kot sta RTOS in Linux.
Če povzamemo HMIS, pokrijete široko paleto aplikacij za končno uporabo na vseh ravneh uspešnosti, vendar imate nekaj skupnih funkcij, vključno z GUI, povezljivostjo na nadzorne sisteme in nadzor na dotik. Procesor mora biti sposoben podpirati vsaj te zahteve HMI na začetni ravni. Osnovni HMI srednjega razreda in visokega cenovnega razreda lahko te funkcije, vključno z grafiko z visoko ločljivostjo, brskanjem po spletu, video in več zaslonskimi podpora.