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La scelta di uno schermo HMI deve tenere conto di sei vincoli contemporaneamente, e questi vincoli sono in conflitto tra loro. Una maggiore luminosità aumenta la temperatura interna, un vetro di copertura più spesso migliora la durata ma riduce la sensibilità al tocco, e un pannello più grande spinge l'interfaccia verso un collegamento seriale. Gli acquirenti che risolvono i conflitti nell'ordine corretto – prima le condizioni, poi il pannello, infine l'interfaccia – ottengono un'interfaccia macchina che resiste all'ambiente in cui verrà installata, anziché una che si limita ad adattarsi allo spazio disponibile.
Si tratta del display e del pannello touch che l'operatore utilizza per azionare una macchina.
Un display HMI combina un modulo di visualizzazione, un sensore tattile, un vetro di copertura e l'interfaccia meccanica che li monta sul pannello di controllo. Non è il controllore stesso: il controllore logico programmabile o la scheda di controllo della macchina producono l'interfaccia, mentre il display la visualizza e accetta gli input. Questa separazione è importante in fase di selezione, perché determina quali decisioni spettano al fornitore del pannello e quali al fornitore del sistema di controllo.
Per un acquirente, la definizione pratica è l'assemblaggio che deve essere sigillato all'interno dell'involucro, letto alla distanza di lavoro dell'operatore, toccato con i guanti in uso e collegato a un host la cui uscita è già fissa.
Prima ancora di aprire una scheda tecnica, sono sei le condizioni che determinano le specifiche.
Le condizioni rilevanti sono la luce ambientale in corrispondenza del display, la temperatura interna dell'aria in corrispondenza del display, la distanza di visualizzazione dell'operatore e il minimo dettaglio che deve essere leggibile, il regime di utilizzo dei guanti e di pulizia, la distanza del cavo dall'unità principale e il ciclo di lavoro con la relativa durata prevista. Ciascuna di queste condizioni è misurabile o stimabile e ognuna limita le opzioni.
Gli acquirenti che partono dalle dimensioni del pannello solitamente tornano a queste condizioni in un secondo momento, dopo che il progetto meccanico è stato definito, quando le modifiche sono costose. Inserirle direttamente nei requisiti richiede solo un'ora e previene questo problema.
L'altezza del carattere determina le dimensioni, mentre il contenuto determina la risoluzione.
Nella maggior parte degli impianti, l'interfaccia HMI di una macchina viene letta a una distanza compresa tra 500 mm e 1,000 mm, e ulteriormente in presenza di un pannello di controllo a sospensione o di una grande stazione di controllo. La specifica utilizzabile è l'altezza del carattere più piccolo a tale distanza, che viene convertita in un numero di pixel una volta noto il passo dei pixel del pannello. Una risoluzione superiore a tale distanza è utile solo quando il contenuto presenta effettivamente dettagli fini: grafici di tendenza, tracce di forme d'onda, sovrapposizioni di immagini di telecamere o tabelle diagnostiche complesse.
Una procedura pratica consiste nel definire le dimensioni in base ai requisiti di leggibilità, quindi verificare se la risoluzione scelta visualizza la schermata più densa nell'interfaccia senza ridimensionamento. Il ridimensionamento è il costo nascosto: un'interfaccia progettata per una risoluzione e ridimensionata a un'altra perde di chiarezza e spesso aumenta la latenza.
La leggibilità è un rapporto, non un valore di luminanza.
Una macchina posizionata in un ambiente di lavoro luminoso deve competere con l'illuminazione artificiale e, all'aperto, con la luce solare diretta. Ciò che raggiunge l'occhio dell'operatore è la luce emessa dal display più la luce riflessa dalla sua superficie frontale e, in presenza di elevati livelli di luminosità ambientale, la componente riflessa diventa predominante. Il trattamento antiriflesso distribuisce la riflessione, il rivestimento antiriflesso la riduce e l'incollaggio ottico elimina i riflessi interni tra il display e il vetro di copertura.
La conseguenza, in termini di selezione, è che un pannello di luminosità moderata con la superficie frontale adeguata può superare in prestazioni un pannello più luminoso con una superficie frontale lucida e non incollata, e lo fa a una potenza inferiore e a una temperatura interna inferiore. Laddove il livello di luminosità ambientale sia effettivamente elevato, le specifiche dovrebbero indicare il requisito di contrasto in tali condizioni, anziché un valore in nit.
Nella maggior parte dei casi, è il guanto a determinare la tecnologia touch, più di quanto non faccia l'interfaccia.
La tecnologia touch capacitiva proiettata con profilo ottimizzato gestisce guanti sottili da esame o in nitrile e offre il miglior risultato ottico. Guanti da lavoro spessi, mani bagnate e forte contaminazione riducono l'accoppiamento al di sotto del limite di recupero previsto dalla calibrazione, rendendo più pratico un pannello resistivo o un design ibrido con tasti fisici. Quando la macchina viene azionata durante il funzionamento, la soluzione più sicura prevede di mantenere le funzioni più utilizzate sui comandi fisici e di riservare la superficie touch alle schermate di configurazione e secondarie.
Eseguire la validazione con i guanti del cliente e con la superficie bagnata, sullo spessore del vetro di produzione, anziché con un dito nudo su un campione di valutazione.
Selezionare l'interfaccia dall'uscita host e collegare il cavo.
Quando il sistema host fornisce un'uscita video standard, un display con un controller di temporizzazione integrato elimina la fase di conversione e la relativa latenza. Se il display si trova a un metro o più di distanza, un collegamento differenziale come LVDS o un collegamento serializzatore su una singola coppia di fili rappresenta la scelta più affidabile; il collegamento RGB parallelo è adatto per brevi tratti interni. Il connettore deve avere un bloccaggio sicuro e il cavo un raggio di curvatura definito, poiché un pannello di controllo viene sottoposto a manutenzione più frequentemente rispetto a un dispositivo di consumo.
Prima di rilasciare il progetto meccanico, è opportuno verificare le opzioni di interfaccia e i relativi limiti di distanza, poiché da esse dipendono la posizione del connettore e il percorso del cavo.
Il pannello rileva il clima dell'ambiente chiuso, non quello della stanza.
Un pannello di controllo sigillato può funzionare a temperature comprese tra 10 e 20 gradi superiori alla temperatura ambiente, e la retroilluminazione contribuisce ulteriormente al riscaldamento. Le specifiche dovrebbero indicare la temperatura interna dell'aria in corrispondenza del display, i requisiti di avvio a freddo e il ciclo di lavoro previsto, poiché questi fattori determinano la variazione di temperatura e la durata effettiva della retroilluminazione. La tenuta è una caratteristica del pannello frontale assemblato: la guarnizione o il pannello frontale incollato, la cornice e la superficie dell'involucro insieme determinano il grado di protezione IP, fondamentale per la pulizia e il lavaggio.
Quando la macchina viene pulita con getti d'acqua o prodotti chimici, i materiali del gruppo frontale sono importanti tanto quanto la classificazione, e i detergenti utilizzati devono essere specificati nei requisiti. Il sistema di qualità alla base del modulo è documentato nella pagina delle certificazioni di qualità , mentre le istruzioni per l'installazione sono raccolte nella pagina delle FAQ.
Progetta il percorso di sostituzione mentre il progetto è aperto.
Ci si aspetta che l'interfaccia uomo-macchina (HMI) di una macchina continui a funzionare per un decennio o più, quindi le specifiche dovrebbero indicare il livello minimo di luminanza dopo un certo numero di ore alla luminosità effettivamente utilizzata, e il design dovrebbe consentire la sostituzione del pannello frontale senza smontare l'involucro. Anche la continuità di fornitura è un criterio di selezione: una classe di pannello standard con un avviso di cessazione della produzione documentato ha un valore maggiore nell'arco di dieci anni rispetto a una specifica leggermente migliore associata a un componente di un unico fornitore.
L'accesso per la manutenzione, la posizione del connettore e la lunghezza del cavo sono elementi che rientrano nella stessa decisione, poiché il costo di un intervento di riparazione è solitamente la voce di spesa maggiore in caso di guasto sul campo.
A fare la differenza sono gli strumenti di lavoro e la resa produttiva, non il prezzo del pannello.
I fattori che incidono maggiormente sui costi visibili sono il pannello, il sensore tattile e il vetro di copertura. Quelli che invece influenzano il budget di un programma sono la realizzazione degli stampi per il vetro di copertura, la resa dell'incollaggio, il numero di codici articolo distinti creati variando il design all'interno di una famiglia di macchine e lo sforzo di validazione moltiplicato per le varianti. Standardizzare il pannello, il modulo touch e l'interfaccia, variando solo la forma e la stampa del vetro di copertura, è solitamente la soluzione più economica per coprire un'intera famiglia di prodotti.
Anche la progettazione energetica e termica comporta dei costi: un pannello più luminoso richiede una maggiore potenza e un percorso termico più efficiente, ed entrambi questi fattori entrano in gioco in una fase successiva del progetto, se non erano previsti nel preventivo iniziale.
Conferma questi dieci elementi prima di finalizzare il progetto.
La luce ambientale sul display e i requisiti di contrasto in tali condizioni.
Temperatura interna dell'aria visualizzata sul display e requisiti per l'avviamento a freddo.
Distanza di visualizzazione e dimensione del carattere più piccolo che deve essere leggibile.
Tipo di guanto, detergenti e metodo di sigillatura.
Uscita host, lunghezza del cavo e posizione del connettore.
Dimensioni del pannello e classe di risoluzione, con lo schermo più denso selezionato per il ridimensionamento.
Tecnologia touch integrata nei guanti, con tasti fisici per le funzioni critiche.
Materiali per l'assemblaggio frontale, inclusi rivestimento e stampa, e i relativi requisiti di durabilità.
Obiettivo di durata pari a un valore minimo di luminanza alla luminosità di servizio.
Piano di assistenza e fornitura, comprensivo di preavviso di interruzione del servizio e di un percorso alternativo.
Gli standard a supporto della specifica includono il quadro di sicurezza elettronica interno della norma IEC 62368-1 e la Direttiva EMC dell'UE per la macchina finita. Le aspettative di lavorazione per l'assemblaggio sono pubblicate da IPC , le convenzioni per involucri e apparecchiature da NEMA e le linee guida per le piattaforme di controllo da fornitori come Rockwell Automation e Siemens . Le pratiche di controllo statico per la movimentazione dei moduli sono pubblicate dall'associazione EOS/ESD.
Che cos'è uno schermo HMI?
Si tratta del gruppo display e touch screen utilizzato dall'operatore per azionare una macchina: un modulo display, un sensore touch, un vetro di protezione e un'interfaccia di montaggio, il tutto integrato nel pannello di controllo. Il controller genera l'interfaccia; lo schermo la visualizza e accetta gli input, motivo per cui i due componenti vengono specificati separatamente.
Qual è la differenza tra un PLC e un HMI?
Il PLC è il controllore che esegue la logica della macchina; l'HMI è l'interfaccia che visualizza lo stato e accetta l'input dell'operatore. In termini di selezione, il PLC determina l'uscita principale e l'interfaccia disponibile, mentre l'HMI gestisce le decisioni relative al pannello, al touch e alla tenuta.
Quanto costa un display HMI industriale?
Il prezzo unitario è determinato dalle dimensioni e dalla risoluzione del pannello, dalla luminosità, dalla variante di temperatura, dalla tecnologia touch e dal gruppo frontale. I costi maggiori nell'ambito di un programma sono rappresentati dagli stampi per il vetro di copertura, dalla resa dell'incollaggio, dal numero di varianti distinte e dalla validazione tra di esse; pertanto, la standardizzazione dello stack all'interno di una famiglia di macchine solitamente riduce il costo totale.
Un'interfaccia HMI necessita di un display ad alta luminosità?
Solo in presenza di luce ambientale effettivamente elevata. La leggibilità dipende dalla luminanza emessa rispetto alla luce riflessa, pertanto un pannello frontale antiriflesso e incollato può offrire prestazioni superiori rispetto a un display lucido più luminoso a consumi energetici e temperature interne inferiori. Specificare il contrasto nelle condizioni di installazione anziché indicare un valore in nit.
Inviate a CDTech le condizioni operative della macchina: luce ambientale, temperatura interna, distanza di visualizzazione, utilizzo di guanti e lunghezza del cavo; la risposta proporrà la combinazione di pannello, touch e interfaccia più adatta, indicando anche le implicazioni relative agli utensili.
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