Come scegliere le HMI a schermo piatto per ottenere risultati ottimali in tutti gli ambienti industriali

Ottenere dei display a schermo piatto di interfaccia uomo-macchina (HMI) che rispondano ai requisiti delle applicazioni di rete in ambito industriale è molto complesso. I progettisti di rete devono prendere in considerazione numerosi fattori di carattere architetturale, operativo e ambientale.

L'applicazione necessita di un'interfaccia web? Sarebbe utile un controller a logica programmabile (PLC) integrato? Si prevede l'utilizzo in ambienti difficili o all'aperto? Queste sono tra le domande più semplici.

Le decisioni più complesse riguardano considerazioni quali la robustezza ambientale rispetto alle prestazioni di input tramite il touchscreen. La reattività e la precisione dell'input sono importanti per le attività di controllo complesse, soprattutto quando gli operatori indossano i guanti.

Altri fattori includono le capacità integrate di sicurezza informatica, i requisiti di robustezza meccanica, le opzioni di connettività, il supporto per l'integrazione dei sistemi e altro ancora.

Indipendentemente dalle esigenze e dalla complessità dell'applicazione, Pro-face di Schneider Electric supporta le esigenze in termini di HMI dei sistemi di produzione, automazione e controllo di processo di Impresa 4.0. La gamma inizia con modelli entry-level e di base in grado di soddisfare la maggior parte delle esigenze delle applicazioni di rete industriali e si estende fino a modelli adatti al funzionamento in ambienti esterni estremi, come le piattaforme petrolifere e gli impianti di lavorazione delle sostanze chimiche.

Modelli entry-level e di base

Le HMI della linea Pro-face si dividono in vari livelli di prestazioni, a partire dalla serie ET6000, un modello entry-level progettato per la visualizzazione semplice ed economica delle macchine. Il livello successivo è rappresentato dai modelli di base della serie ST6000, come PFXST6500WADE, con funzioni di visualizzazione, connettività e prestazioni più avanzate adatte ad applicazioni più complesse.

La serie ET6000 è destinata a piccole macchine, sistemi di trasporto, automazione degli edifici e applicazioni simili che richiedono solo un livello base di controllo e monitoraggio. La serie ST6000 offre una connettività integrata più avanzata, come un server OPC UA per supportare un flusso di dati standardizzato sicuro.

La serie ST6000 supporta anche Pro-face Connect, che fornisce monitoraggio, diagnosi e controllo dei macchinari sicuri e semplici basati su cloud, da qualsiasi luogo, tramite PC, tablet o smartphone. Mentre la connettività specifica varia a seconda del modello, la serie ET6000 è generalmente più limitata nel numero e nei tipi di interfacce, offrendo solo opzioni essenziali come Ethernet, porte seriali e USB.

Le HMI ST6000 offrono una gamma più ampia di opzioni di connettività ed espandibilità, come il supporto di vari protocolli industriali come MQTT, interfacce Ethernet multiple e unità di espansione, come il video.

La serie ST6000 comprende cinque modelli widescreen e due modelli con rapporto di aspetto 4:3 tradizionale, mentre ET6000 è disponibile in quattro modelli widescreen (Figura 1). Entrambe le serie sono dotate di LCD a colori TFT con 16 milioni di colori e pannelli tattili resistivi analogici.

Figura 1: La famiglia ET6000 è composta da quattro modelli widescreen. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Modelli modulari, avanzati e premium

STM6000 è un'HMI modulare di base che offre le stesse funzioni di visualizzazione avanzate della serie ST6000, ma è progettata per un'installazione rapida e senza attrezzi con pulsante in un foro circolare standard di 22 mm. Supporta il software GP-Pro EX per la migrazione e l'integrazione agevoli con gli asset esistenti e può utilizzare il software Pro-face BLUE per le caratteristiche e le funzionalità più recenti.

Per prestazioni più elevate, Pro-face offre modelli avanzati e premium. Le unità avanzate, come PFXSP5400WAD, offrono caratteristiche aggiuntive significative rispetto ai modelli di base, concentrandosi principalmente su connettività, prestazioni e flessibilità potenziate per la realizzazione di soluzioni Industrial IoT (IIoT) e l'accesso remoto sicuro.

I modelli premium, come PFXSP5800WCD, sono dotati di uno schermo a risoluzione superiore con 16 milioni di colori, rispetto ai 262.000 delle HMI avanzate. I modelli premium offrono anche schermi più grandi, fino a 19 pollici, rispetto alla dimensione massima di 12 pollici dei modelli avanzati. Inoltre, le HMI premium sono dotate di porte USB frontali, sensore di luminosità e ridimensionamento automatico, caratteristiche non presenti nelle unità avanzate.

Collegamento tra sistemi IT e OT

Una valutazione importante può essere quella di fornire un'interfaccia che colmi il divario tra i sistemi di tecnologia operativa (OT) in fabbrica e i sistemi enterprise informatici (IT) di livello superiore, e il cloud.

Oltre a essere potenti strumenti per la visualizzazione dei dati, le HMI possono raccogliere dati di produzione in tempo reale che possono essere memorizzati in database SQL o in sistemi di pianificazione delle risorse aziendali (ERP) per supportare decisioni basate sui dati.

I software Pro-face Connect e Pro-face Remote possono fornire un accesso remoto sicuro, consentendo di monitorare il funzionamento e le prestazioni delle apparecchiature tramite PC, tablet o smartphone. Questo può anche migliorare la flessibilità e ridurre i tempi di risposta della manutenzione.

Il software Pro-face Blue Open Studio supporta oltre 250 driver di comunicazione per i PLC e altri dispositivi. A seconda del modello, le HMI Pro-face supportano oltre 1.200 dispositivi, nonché protocolli di rete industriali e IT. Questo ampio supporto di comunicazione e connettività consente alle HMI Pro-face di collegare le reti IT e OT dalla fabbrica al cloud (Figura 2).

Figura 2: Le HMI Pro-face possono fornire un collegamento efficiente e sicuro tra le reti IT e OT. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Ad esempio, l'HMI STM6000 Edge Box consente di caricare in modo sicuro i dati su una serie di servizi cloud, come Amazon Web Services (AWS) e Microsoft Azure, e può essere integrata con piattaforme come AVEVA Insight.

HMI + connettività web

Le HMI web Pro-face STW6000 includono un browser che può essere utilizzato come client web per il collegamento a controller a logica programmabile (PLC), driver per motori e altri dispositivi. Queste HMI possono sostituire le HMI di base su macchine di piccole dimensioni e consentire l'agevole visualizzazione di dati HTML5.

Possono anche essere utilizzate come display secondario economico per la visualizzazione di informazioni limitate per la manutenzione e la diagnostica, direttamente dai PLC o da un display principale se dotato di un server embedded (Figura 3).

Figura 3: Le HMI STW6000 possono essere utilizzate come display principale (a sinistra) o come display secondari (a destra). (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

HMI + PLC

Alcune applicazioni possono trarre vantaggio dalla combinazione delle funzioni di una HMI e di un PLC in un'unica unità compatta. È qui che entra in gioco la famiglia di interfacce operatore STC6000. Questa soluzione integrata può ridurre il numero di componenti e semplificare la manutenzione delle macchine di piccole dimensioni. Inoltre, elimina la necessità di controlli PLC personalizzati e di pacchetti software multipli, semplificando ulteriormente l'implementazione e accelerando l'implementazione.

Le unità STC6000 includono interfacce seriali, Ethernet e USB. La connettività può essere estesa con i moduli CANOpen e TM3 e questi controller si collegano facilmente ai dispositivi di terze parti. Includono I/O integrati che possono supportare sensori, lampade, torrette luminose o valvole. Grazie alle opzioni di espansione progettate per le applicazioni di controllo motori, queste unità sono adatte per lavatrici industriali e macchine per l'imballaggio (Figura 4).

Figura 4: Le HMI STC6000 sono altamente flessibili e adatte a una varietà di progetti di macchine semplici. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Sicurezza informatica

Una sicurezza informatica robusta è una considerazione importante ai fini dell'integrità operativa. Le più recenti linee di HMI Pro-face, come le serie ST6000, STW6000, STC6000 e SP5000 descritte in questo articolo, sono progettate con ampie funzioni di sicurezza informatica per garantire l'integrazione OT/IT sicura.

Queste HMI Pro-face supportano diverse misure di sicurezza informatica, come la crittografia TLS e l'accesso remoto sicuro senza richiedere complesse configurazioni di firewall. Sono compatibili con i sistemi di prevenzione delle intrusioni (IPS) esterni basati sulla rete, come EdgeIPS.

Come parte di Schneider Electric, Pro-face impiega un processo ciclo di vita di sviluppo sicuro (SDL) che comprende la modellazione delle minacce e i test di penetrazione, per garantire che i prodotti siano conformi agli standard del settore come IEC 62443.

Pro-face Connect fornisce una soluzione VPN crittografata embedded per un accesso remoto sicuro, che può essere gestito con livelli di accesso e certificati di sicurezza. Molte HMI Pro-face sono dotate di due porte Ethernet per consentire la separazione di rete semplice e sicura. Per maggiori dettagli e suggerimenti di implementazione, i progettisti possono consultare la Guida alla sicurezza informatica di HMI/IPC Pro-face.

Modalità guanti e altro ancora

Molte HMI Pro-face hanno una "modalità guanti" che consente all'operatore di utilizzare l'interfaccia mentre indossa i guanti. Gli utenti possono selezionare la modalità guanti nelle impostazioni del sistema, insieme ad altre opzioni come la modalità standard (per il funzionamento a dita nude) e la modalità di rilevamento acqua, che disabilita l'input tattile in presenza di liquidi sullo schermo per evitare input involontari.

La modalità guanti aumenta la sensibilità al tocco di uno schermo tattile capacitivo. Consente al software dello schermo di riconoscere l'input tattile proveniente da vari tipi di guanti, come quelli in nitrile, da lavoro o in pile, che spesso la modalità standard non riconosce.

Può essere particolarmente utile in ambienti in cui gli utenti devono indossare i guanti per sicurezza o per comodità in caso di freddo (Figura 5). La modalità guanti è inclusa anche nelle HMI della serie SP5000X Extreme.

Figura 5: La modalità guanti migliora la sicurezza, l'efficienza e il comfort dell'operatore. (Immagine per gentile concessione di Schneider Electric)

Prestazioni estreme

Applicazioni come le piattaforme di trivellazione e le raffinerie di gas e petrolio, gli impianti chimici, i veicoli pesanti per l'edilizia, i parcheggi e le stazioni di servizio possono essere esposte ad ambienti esterni estremi che richiedono HMI robuste e ad alta luminosità come la serie Pro-face SP5000X Extreme.

Ad esempio, il modello PFXSP5690WAD è progettato per funzionare da -30 a +70 °C, rispetto all'intervallo da 0 a +55 °C della maggior parte delle HMI Pro-face. Alcune delle altre specifiche di prestazioni estreme di questa serie includono:

• Luminosità di 1.000 cd/m² e schermo antiriflesso per una maggiore leggibilità alla luce diretta del sole
• Conformità ai livelli di protezione dalle infiltrazioni IEC IP66F e IP67F, dove il suffisso "F" indica la protezione contro gli spruzzi di olio o carburante, e classificazione NEMA tipo 4X/12/13
• Resistenza agli urti e alle vibrazioni migliorata fino a 2,7 volte rispetto alle HMI standard
• Resistenza ai raggi UV di almeno il 99%, per una protezione di alto livello

Conclusione

Esistono HMI Pro-face costruite per tutti i tipi di operazioni Impresa 4.0. L'offerta spazia dalle unità entry-level per macchine semplici ai modelli Extreme per l'uso in applicazioni impegnative e in ambienti esterni. Supportano la connettività, l'affidabilità, la compatibilità software e la sicurezza informatica necessarie per un'efficace visualizzazione in ambienti di fabbrica.

Letture consigliate:

1. Utilizzo di termoregolatori e micro PLC per velocizzare i progetti di automazione su piccola scala
2. Utilizzare IO-Link per aumentare la flessibilità, la disponibilità e l'efficienza nelle fabbriche dell'Impresa 4.0
3. Quali sono gli aspetti da considerare nella valutazione della sicurezza dei cobot?
4. Migliorare la sicurezza e aumentare la disponibilità nelle fabbriche Impresa 4.0
5. Utilizzo delle barriere fotoelettriche per migliorare la sicurezza e misurare gli oggetti