Современные интерфейсы «человек — машина» (HMI) стремительно развиваются на производственных площадках по всему миру. Традиционные резистивные сенсорные экраны позволяли операторам регистрировать только одну точку касания за раз. Сегодня многосенсорные панели HMI поддерживают интуитивные жесты несколькими пальцами и одновременный ввод от нескольких операторов в сложных системах промышленной автоматизации.

Преодоление ограничений односенсорных HMI в заводской автоматизации

Устаревшие промышленные HMI в значительной степени используют резистивные технологии с поддержкой одного касания. Такие системы обрабатывают только одну точку контакта и игнорируют последующие касания. В результате операторы вынуждены выполнять повторяющиеся последовательности навигации по многочисленным меню для управления сложными производственными задачами.

Кроме того, для односенсорных экранов часто требуются периферийные устройства ввода, такие как физические клавиатуры и мыши. Интеграция дополнительного оборудования увеличивает размеры вырезов в панелях, усложняет герметизацию корпуса и повышает долгосрочные затраты на техническое обслуживание. Современным производственным предприятиям нужны более универсальные интерфейсные решения для поддержания высокой производительности.

Принцип работы: проекционно-ёмкостный сенсор (PCT)

Многосенсорная функциональность в основном обеспечивается технологией сенсоров проекционно-ёмкостного сенсорного ввода (PCT или PCAP). Микротонкая сетка проводящих электродов из оксида индия и олова (ITO) покрывает дисплей по осям X и Y. Микроконтроллер непрерывно отслеживает электростатическое поле в этой сетке на фиксированных частотах.

Когда оператор касается экрана, палец искажает локальное электростатическое поле и изменяет взаимную ёмкость. Внутренний процессор мгновенно рассчитывает точные координаты нескольких точек касания в матрице. Поэтому система без задержек отслеживает сложные жесты несколькими пальцами, включая сведение пальцев, масштабирование, вращение и пролистывание.

Мнение эксперта: В отличие от потребительских смартфонов, промышленные панели PCAP оснащены утолщёнными крышками из химически закалённого стекла. Промышленные производители настраивают прошивку контроллера, чтобы обеспечить надёжное обнаружение касаний даже когда операторы работают в плотных нитриловых, кожаных или изолирующих рабочих перчатках.

Ключевые эксплуатационные преимущества для промышленных систем управления

Многосенсорная технология оптимизирует работу предприятия и снижает совокупную стоимость владения благодаря следующим инженерным преимуществам:

• Ускоренное обучение операторов: Операторы взаимодействуют с промышленными экранами с помощью привычных жестов, например сведения пальцев для масштабирования. В результате руководители предприятий сокращают сроки обучения новых инженерных сотрудников.
• Упрощённая разработка HMI: Разработчики объединяют несколько подменю на одном интерактивном экране с динамическими всплывающими окнами. Благодаря этому инженеры создают более компактные и понятные прикладные программы HMI.
• Объединение оборудования: Многосенсорные дисплеи устраняют необходимость во внешних клавиатурах, трекболах и механических кнопках. В результате производители панелей экономят место внутри корпуса и снижают затраты на сборку.
• Повышенная устойчивость к внешней среде: Твердотельные экраны PCAP имеют цельную стеклянную поверхность, устойчивую к пыли, маслам, химическим брызгам и механическому износу.

Сравнительный анализ: односенсорные и многосенсорные системы HMI

Для выбора подходящей архитектуры интерфейса необходимо оценить конкретные эксплуатационные возможности:

Пример применения: многопользовательский контроль SCADA на химических предприятиях

Рассмотрим сложный химический завод по перегонке, управляемый распределённой системой управления (DCS) и промышленными панелями PCAP высокого разрешения.

Стратегия внедрения

• Проверка безопасности: Для запуска опасных последовательностей открытия и закрытия клапанов система управления требует жеста безопасности двумя руками: одной рукой нужно удерживать значок ключа безопасности, а другой — нажимать переключатель привода.
• Детальный мониторинг: Инженеры сводят пальцы для увеличения масштаба подробных схем трубопроводов и контрольно-измерительных приборов (P&ID), чтобы проверять контуры давления в реальном времени, не теряя общего представления о процессе.

Результаты эксплуатации

Двойное подтверждение безопасности полностью исключает случайное срабатывание клапанов. Кроме того, инженеры предприятия изолируют аварийные сигналы процесса до 40% быстрее, мгновенно увеличивая масштаб затронутых участков системы.

Об исходном авторе

Chen Ming — ведущий инженер по автоматизации и специалист по интерфейсам «человек — машина» с более чем 15-летним практическим опытом работы в промышленных системах управления. Он специализируется на разработке защищённых интерфейсов операторов, архитектур визуализации SCADA и отказоустойчивых архитектур управления для автомобильных сборочных линий, нефтеперерабатывающих заводов и энергетических предприятий в Азии и Северной Америке.