Обзор различных видов операторских панелей и сферы их использования.

Операторская панель (также может называться «операторная панель» или «HMI-устройство») представляет собой специальный вычислительный прибор серийного или массового производства, который реализован в виде промышленного контроллера (но не компьютера), в коем используется человеко-машинный интерфейс в целях управления отдельными автоматизированными процессами или устройствами. Может применяться как на производстве, так и для бытовых нужд (например, управление «Умным домом»).

Содержание

• 1 Конструктивные особенности
• 2 Основной функционал
  • 2.1 Взаимодействие с управляемым оборудованием
• 3 Существующие типы HMI-устройств
• 4 Аппаратное обеспечение
• 5 Программное обеспечение
• 6 Основные хаpaктеристики
• 7 Общий обзор продукции популярных производителей
  • 7.1 SIEMENS
  • 7.2 ONI
  • 7.3 WIELAND
• 8 Рейтинг лучших операторских панелей на 2023 год
  • 8.1 5-ое место: OMRON NT2S
  • 8.2 4-ое место: OMRON NT31
  • 8.3 3-ье место: SIMATIC BASIC PANEL KTP700
  • 8.4 2-ое место: SIMATIC COMFORT PANEL KP700
  • 8.5 1-ое место: Weintek eMT3150A
• 9 Вместо эпилога

Конструктивные особенности

HMI-устройство, как правило, являет собой конструкцию, имеющую плоскую фронтальную часть с органами управления или дисплеем. Зачастую, данный элемент защищен от негативного воздействия внешней среды или механических повреждений (защитная пленка, ударопрочный фасад и т.п.). Сама панель не имеет большой глубины, что позволяет разместить ее как на большом производственном пульте оператора, так и на домашней стене либо некой поверхности контролируемого аппарата.

Внутреннее устройство панели, по большому счету, сходно с устройством промышленного компьютера, с разницей лишь в условиях эксплуатации и направленности специализации.

Типовая панель включает в себя:

• Средства визуального вывода информации: современные модели имеют сенсорный графический или текстовой экран; в прежние времена использовались всевозможные электронные табло и индикаторы, еще раньше эту функцию выполняли группы ламп или светодиодов. Пик популярности пришелся на модели с жидкокристаллическими дисплеями.
• Средства технического ввода и выбора данных, ответственные за навигацию по имеющимся функциям: отдельные кнопки, полноценная клавиатура, сенсорный экран. Также могут быть использованы джойстик или иной манипулятор (от мыши до трекбола).
• Связующие интерфейсы, служащие для приема/передачи введенных/получаемых данных между панелью и контролируемыми устройствами. Сюда относится любое сетевое оборудование – от проводной сети до модема (примерами могут послужить RS485, RS232, Ethernet, RS422).
• Дополнительные устройства: накопитель для хранения операционной системы, программного обеспечения, энергозависимое оперативно-запоминающее устройство, энергоНЕзависимое постоянное запоминающие устройство (жесткий диск или флеш-память).

Основной функционал

Панель для оператора предоставляет следующую функциональность:

• Визуальное представление контролируемого процесса (либо объекта) и его текущих параметров в виде текста или графики;
• Обработка и управление аварийными сообщениями/уведомлениями, при которых происходит регистрация времени и даты их возникновения;
• Ввод процессуальных параметров и непосредственное управление посредством сенсорного экрана или функциональных кнопок;
• Tрaнcферинг данных с периферическим оборудованием либо системой;
• Выбор загружаемых сценариев работы контролируемого оборудования и возможность их редактирования;
• Системное администрирование прав пользователя в виде наложения ограничений на действия неавторизованных лиц (например, запрет на показ имеющимися в «Умном доме» телевизионными приемниками «взрослых каналов» без ввода секретного пароля) ;
• Вывод трендов и статистических диаграмм, показ сводных отчетов о работе контролируемых приборов («история использования») ;
• Архивация накопленных данных (скорее больше необходимо для промышленных процессов) ;
• Выполнение ранее заданных комaнд по расписанию (например, включение автоматического подогрева пола в определенное время) ;
• Распечатка выбранной информации.

Если панель работает в текстовом режиме, то все процессы отображаются в виде символьных данных. Для графического режима визуализация происходит посредством пиктограмм либо мнемосхем. Отсюда видно, что последний режим наиболее нагляден и удобен, поэтому первый (текстовой) обычно применяется в малых автоматизированных системах, кои не требуют перманентного и пристального контроля со стороны пользователя (к таковым можно отнести единую систему сигнализации и запора замков на всех дверях в частном доме).

Взаимодействие с управляемым оборудованием

Как правило, сами операторские панели в автоматизированных системах самостоятельно не осуществляют управление подконтрольными элементами, а лишь выполняют функцию выдачи комaнд. В целях получения данных о происходящих процессах, они производят обмен данными с контроллерами, которые установлены непосредственно на выполняющем некий процесс оборудовании посредством сети (к примеру, SCADA-системой).

Для наглядности стоит привести следующий пример: с общей панели управления «Умным домом» передается комaнда о включении подогрева пола в заданное время. Данную комaнду получает контроллер, установленный во внутрипольном конвекторе, и в нужное время ее выполняет, включая нагрев ТЭНов в «подведомственном» ему приборе.

Таким образом, операторская панель может быть одна, а подключенных контроллеров несколько. При этом, не обязательно, что все данное оборудование должно быть одной и той же модели или от одного и того же бренда. В итоге, HMI-устройство отвечает за запуск/остановку подконтрольных систем, выбора их режима работы, ввода новых сценариев функционирования, оперативного наблюдения за ходом процесса, отображением текущих данных о процессе и их протоколирование.

Также может применяться система «контроллер-панель», при которой контроллер наделен более широкими полномочиями, и подведомственное ему оборудование обходится без комaнд со стороны панели либо участия оператора. В промышленных системах могут применяться многоуровневные цепочки управления, когда несколько HMI-устройств могут подчиняться главному пульту управления, имеющему расширенные права доступа. Обычно для этого на производстве служит, так называемая, сеть Industrial Ethernet. На бытовом уровне многоступенчатые системы почти не встречаются.

Существующие типы HMI-устройств

Для бытового использования обычно применяется два вида подобного оборудования:

• Графическое, текстово-графическое и кнопочное – акцент в них делается на основных управленческих функциях, а не на визуализации процессов. Бюджетные модели зачастую оснащаются монохромным экраном. Ввод данных производится посредством клавиш (это удобно для опасных производств, когда оператор должен работать в перчатках. На бытовом уровне этот фактор явно излишний). Несмотря на кажущуюся простоту подобного типа оперпанелей, их удобно использовать в домах, где функционал управления невелик, а также для нужд складских хозяйств, водоочистных систем, систем управления котельными в многоквартирных домах, также это будет актуально и для насосных станций.
• Сенсорное – в данных приборах намного удобнее программировать элементы управления и графику под необходимые технологические задачи. Современные сенсорные панели способны выдавать реалистичное изображение в HD-разрешении.

Аппаратное обеспечение

Аппаратная архитектура HMI-устройства выполнена наподобие стандартных персональных компьютеров, только в большинстве случаев используется флеш-память вместо жесткого диска (по причине габаритов последнего). Стандартные аппаратные решения включают в себя:

• 32-битный РИСК-процессор;
• ОЗУ SDRAM (не сильного большого объема) ;
• Flash-EEPROM память (встроенная), где хранятся операционная система и накопленная пользовательская информация;
• Разные порты расширения и интерфейсы для подключения внешних устройств.

По аппаратной степени сложности HMI-устройства возможно расположить в следующей градации (от худшего к лучшему):

• Панель кнопочная – управляется с помощью физических кнопок, информация подается на индикаторах или жидкокристаллическом экране.
• Дисплей текстовый – представляет собой панель с визуальным отображением информации в виде мнемосхем или текста. Сама программа может выполняться непосредственно в панели либо просто сразу передаваться нужному контроллеру.
• Панель графическая – то же, что и предыдущая, только текст и мнемосхемы заменены на рисованные пиктограммы;
• Панель сенсорная – имеет чувствительный к нажатию дисплей, посредством которого одновременно и происходит ввод данных и отображение информации;
• Компьютер промышленный – больше всего походит на современный сервер, но, как правило, обладает специализированным интерфейсом и находится в перманентном подключении к промышленной сети. Корпус его обычно защищен от вредных воздействий.

Программное обеспечение

Стандартное ПО для оперпанелей включает в себя:

• Операционную систему, которая открыта для внешнего перепрограммирования – как вариант это Linux, Windows CE, iOS либо Android;
• Возможной заменой вышеуказанным ОС может стать прошивка от фирмы-производителя (так называемая «фирменная ОС» или firmware) ;
• ПО для разработки визуализационных проектов, сценариев, расписаний задач.

Основные хаpaктеристики

Самыми важными хаpaктеристиками для панели оператора будут являться:

• Размер и вид дисплея – размер может варьироваться от скромного 128х128 точек на дюйм до внушительно 1024х768 (и даже больше). Количество отображаемых им цветов может исчисляться от 2-х (монохромные) до 16 миллионов (24 бита). Данные параметры заметно влияют на удобство пользования.
• Организация управления – может быть использован прозрачный сенсорный дисплей (емкостный или резисторный) вкупе с физическими кнопками или манипуляторами, кои размещаются на передней части. А также может быть использован и полностью сенсорный экран, с которого непосредственно и осуществляется управление. Однако, полностью сенсорных экранов не бывает – производитель всегда встраивает в корпус физическую кнопку аварийной остановки всех процессов.
• Число встроенных сетевых интерфейсов и используемых протоколов связи – их количество будет зависеть от возможностей установленной операционной системы. Стандартом здесь могут выступать Profibus DP, Industrial Ethernet либо Modbus RTU/TCP.
• Установленная степень защиты – для передней части это европейский стандарт IP65, для остальных частей — IP20. Однако, существуют образцы, в которых все части защищены по стандарту IP67 – это может быть связано со сложностями монтажа.
• Быстрота отклика интегрированной флеш-памяти и быстродействие процессора – эти хаpaктеристики влияют на скорость обработки и передачи данных.
• Использованный тип матрицы в сенсоре – от этого параметра будет зависеть точность установки курсора на экране, чувствительность нажатия и время отклика на него.

Общий обзор продукции популярных производителей

SIEMENS

Бренд предлагает широкий модельный ряд. Как ни странно, компания специализируется на выпуске простейших бюджетных приборов серии «Бейсик», предназначенных для несложной визуализации. К более сложным образцам относится линейка «Комфорт».

Простые кнопочные устройства экономят около 60% времени на монтаж и подключение. В то же время они сертифицированы не во всех странах, как вычислительные устройства управления. А вот линейка «Комфорт» полностью имеет везде признаваемый международный сертификат.

В каждом модельном ряде присутствуют как проводные, так и беспроводные образцы. Однако, SIEMENS больше ориентирована на производство устройств для использования в условиях жесткой производственной среды.

ONI

В продаже имеются образцы как с сенсорными, так и с текстовыми дисплеями. Все оборудование комплектуется собственным программным обеспечением – «ONI-VisualStudio». Оно легко визуализирует заданные процессы, применяя при этом качественную наглядную графику, элементы анимации. Также можно воспользоваться заранее созданными фирмой сценариями, макросами и расписаниями для наиболее распространенных процессов. Особенностью продукции данного бренда можно назвать то, что он выпускает и бескорпусные модели серии «ОЕМ», которые легко интегрировать напрямую в стену или панель контролируемого оборудования. Однако, и традиционный пластик и металл применяются наравне во всех линейках

WIELAND

Весьма авторитетный германский бренд с более чем 100-летней историей – начинал с производства реле, клемм, электрокоммутаторов. Отличился тем, что в 2018 году запустил линейку сенсорных оперпанелей, которые работали в расширенном диапазоне температур – от +60 до -10 градусов по Цельсию. Ранее считалось, что указанных пределов для сенсорных образцов достичь невозможно. Почти все его модели снабжены усиленным классом защиты по стандарту IP66. Любая панель может информировать о состоянии технологического процесса не только выводом информации на экран, но и по электронной почте и по СМС. Весь модельный ряд хаpaктеризуется «многоязычностью» – почти все панели совместимы с другими производителями. Это было достигнуто за счет заключения партнерских соглашений с более чем 40 другими брендами-изготовителями подобной продукции.

Рейтинг лучших операторских панелей на 2023 год

5-ое место: OMRON NT2S

Это одна из самых маленьких и простейших моделей HMI-устройств, имеющее возможность программирования. Оснащена ЖК-экраном на четыре строки и шестью функциональными клавишами. Корпус обладает защитой по стандарту IP65. Из дополнительных функций реализованы часы реального времени и возможность подключения принтера. В образце реализована небольшая монтажная глубина, что делает крайне легкой интеграцию оперпанели пpaктически на любую поверхность.

OMRON NT2S Преимущества:

• Экономичное решение;
• Компактные размеры;
• Усиленная защита корпуса.

Недостатки:

• Малая функциональность.

4-ое место: OMRON NT31

Программируемый терминал с цветным четырехстрочным дисплеем. Обладает параллельным портом для подключения принтера, и портом для подключения портативного компьютера предыдущих поколений (имеются ввиду наладонники от Macintosh). Для удобства чтения информации с сенсорного дисплея в прибор вмонтирована светодиодная подсветка, рассчитанная на минимум пятьдесят тысяч часов работы. В комплекте поставляется фирменное программное обеспечение для стандартных нужд.

OMRON NT31 Преимущества:

• Настраиваемые функциональные клавиши;
• Возможность подключения внешних устройств;
• Собственное программное обеспечение.

Недостатки:

• Большая монтажная глубина.

3-ье место: SIMATIC BASIC PANEL KTP700

Комбинированное устройство, сочетающие в себе как кнопочное, так и сенсорное управление. Обладает экраном на семь дюймов с повышенной цветопередачей (шестьдесят пять тысяч цветов). Работает на операционной системе Windows CE плюс содержит бесплатное собственное программное обеспечение с открытым кодом, которое позволяет запрограммировать устройство под управление пpaктически любыми процессами.

SIMATIC BASIC PANEL KTP700 Преимущества:

• Настраиваемое программное обеспечение;
• Расширенная гарантия;
• Увеличенная цветопередача.

Недостатки:

• Небольшой дисплей для экрана повышенной цветности.

2-ое место: SIMATIC COMFORT PANEL KP700

Многофункциональный прибор с широкоформатным полностью сенсорным дисплеем. Обеспечивает вывод шестнадцати миллионов цветов. Поставляется только с последними версиями Windows CE. В управлении использует стандартные интерфейсы PROFINET и MPI/PROFIBUS DP, которые совместимы со многими сторонними контроллерами. Программное обеспечение имеет открытый код. В прибор встроена собственная флеш-память на 12 Мб.

SIMATIC COMFORT PANEL KP700 Преимущества:

• Собственная флеш-память;
• Сенсорный экран высокого разрешения;
• Редактируемое программное обеспечение;
• Улучшенная аппаратная совместимость;
• Работает с последними версиями Windows CE;
• Актуальное соотношение цена/качество.

Недостатки:

• Не выявлено.

1-ое место: Weintek eMT3150A

Мощное HMI-устройство с большим дисплеем (пятнадцать дюймов) и отличной графической цветопередачей на двадцать четыре бита. Корпус защищен со всех сторон по классу IP66. Модель имеет несколько параллельных портов для подключения внешних устройств, а также USB-порт. Способно передавать данные по беспроводной связи. Функционал рабочих температур – от +60 до -20 градусов по Цельсию. Дополнительно встроен контроллер аварийной безопасности «Samos Pro Compact».

Weintek eMT3150A Преимущества:

• Изменяемое ПО под пользователя;
• Улучшенный сенсорный дисплей;
• Дополнительный контроллер безопасности.

Недостатки:

• Высокая цена.

Вместо эпилога

В связи с тем, что описываемые устройства являются технически сложными и дорогостоящими, то единственный выход сэкономить на цене – заказать их напрямую у производителя. Однако, в данном случае стоит помнить, что ввозимое на территорию РФ вычислительное устройство должно пройти обязательную сертификацию. К счастью, почти невозможно найти оперпанель (кроме азиатских образцов), не имеющую международного сертификата, признаваемого РФ. Таким образом, стоимость заказа через интернет существенно будет отличаться от розничной цены. В то же время пpaктика показывает, что цена того же устройства, включенная в смету российских фирм при обустройстве «Умного дома», будет завышена, как минимум, процентов на 25.

х