Seleção de Displays HMI Industriais: Combinando Painel, Tela Sensível ao Toque e Interface com a Máquina

A escolha de uma tela HMI depende de seis restrições simultâneas, que muitas vezes são conflitantes. Maior brilho aumenta a temperatura interna, uma camada de vidro mais espessa melhora a durabilidade, mas reduz a sensibilidade ao toque, e um painel maior exige uma interface serial. Os compradores que resolvem os conflitos na ordem correta — primeiro as condições, depois o painel e, por último, a interface — obtêm uma interface de máquina que resiste ao ambiente, em vez de uma que simplesmente se encaixa no espaço disponível.

O que é uma tela HMI, em termos de seleção?

Trata-se do conjunto de tela e toque que um operador utiliza para controlar uma máquina.

Uma tela HMI combina um módulo de exibição, um sensor de toque, um vidro de cobertura e a interface mecânica que os integra ao painel de controle. Ela não é o controlador: o controlador lógico programável ou a placa de controle da máquina gera a interface, e a tela a apresenta e recebe os dados de entrada. Essa separação é importante durante a seleção, pois determina quais decisões pertencem ao fornecedor do painel e quais pertencem ao fornecedor do sistema de controle.

Para um comprador, a definição prática é a de um conjunto que deve ser selado dentro da caixa, lido à distância de trabalho do operador, manuseado com as luvas em uso e conectado a um host cuja saída já está definida.

Comece pela máquina, não pelo módulo.

Seis condições definem a especificação antes mesmo de qualquer folha de dados ser aberta.

As condições que importam são a luz ambiente no visor, a temperatura interna do ar no visor, a distância de visualização do operador e o menor detalhe que deve ser legível, o uso de luvas e o regime de limpeza, a distância do cabo até o computador principal e o ciclo de trabalho com sua vida útil esperada. Cada uma delas é mensurável ou estimável, e cada uma elimina opções.

Os compradores que começam definindo um tamanho de painel geralmente retornam a essas condições posteriormente, após o projeto mecânico estar finalizado, quando as alterações são caras. Incluí-las nos requisitos iniciais leva apenas uma hora e evita esse problema.

Tamanho e resolução a partir da posição do operador

A altura do caractere determina o tamanho, e o conteúdo determina a resolução.

Na maioria das instalações, a leitura da interface homem-máquina (IHM) de uma máquina é feita a uma distância de 500 mm a 1,000 mm, podendo ser ainda maior quando se utiliza um painel pendente ou uma estação de controle de grande porte. A especificação útil é a altura do menor caractere a essa distância, que se converte em contagem de pixels assim que o espaçamento entre pixels do painel for conhecido. Uma resolução superior a esse ponto só é útil quando o conteúdo apresenta detalhes realmente precisos: gráficos de tendências, traçados de formas de onda, sobreposições de câmeras ou tabelas de diagnóstico complexas.

Uma sequência prática é definir o tamanho com base nos requisitos de legibilidade e, em seguida, verificar se a resolução escolhida exibe a maior densidade de pixels possível na interface, sem redimensionamento. O redimensionamento é o custo oculto: uma interface projetada para uma resolução e redimensionada para outra perde nitidez e, frequentemente, ganha latência.

Brilho, revestimentos e o problema da luz refletida

A legibilidade é uma proporção, não um valor de luminância.

Uma máquina em um ambiente de produção bem iluminado compete com a iluminação geral e, em ambientes externos, com a luz solar direta. O que chega aos olhos do operador é a luz emitida pelo visor mais a luz refletida por sua superfície frontal, e em níveis de luminosidade ambiente elevados, a componente refletida predomina. O tratamento antirreflexo dispersa a reflexão, o revestimento antirreflexo a reduz e a colagem óptica elimina as reflexões internas entre o visor e o vidro de cobertura.

A consequência para a seleção é que um painel de brilho moderado com a superfície frontal adequada pode superar um painel mais brilhante com uma superfície frontal brilhante e sem colagem – e isso ocorre com menor consumo de energia e menor temperatura interna. Quando o nível de luminosidade ambiente for realmente alto, a especificação deve indicar o requisito de contraste nessas condições, em vez de um valor em nits.

Tecnologia touch e as luvas que os operadores realmente usam.

A luva determina a tecnologia de toque com mais frequência do que a interface.

A tela sensível ao toque capacitiva projetada, com perfil otimizado, é ideal para exames com luvas finas ou de nitrilo, proporcionando o melhor resultado visual. Luvas de trabalho grossas, mãos molhadas e alta contaminação reduzem a aderência a níveis que a otimização permite recuperar, sendo nesses casos que um painel resistivo ou um design híbrido com teclas físicas se torna a opção mais prática. Quando a máquina é operada em funcionamento, o design mais seguro mantém as funções mais utilizadas nos controles físicos, reservando a superfície sensível ao toque para configurações e telas secundárias.

Valide com as luvas do cliente e com a superfície molhada, na espessura do vidro de produção, em vez de com um dedo nu em uma amostra de avaliação.

Interface e comprimento do cabo

Selecione a interface a partir da saída do host e do percurso do cabo.

Quando o host fornece uma saída de vídeo padrão, um monitor com controlador de temporização integrado elimina a etapa de conversão e sua latência. Quando o monitor estiver a um metro ou mais de distância, uma conexão diferencial, como LVDS, ou uma conexão serializada em um único par de fios é a opção mais confiável; RGB paralelo é adequado para curtas distâncias internas. O conector deve ter um travamento seguro e o cabo um raio de curvatura definido, pois um painel de controle passa por manutenção com mais frequência do que um dispositivo de consumo.

É importante confirmar as opções de interface e seus limites de distância antes da liberação do projeto mecânico, pois a posição do conector e o percurso do cabo dependem delas.

Temperatura, vedação e o invólucro

O painel monitora o clima da área interna, não o da sala.

Um painel de controle selado pode operar a uma temperatura de 10 a 20 graus acima da temperatura ambiente, e a luz de fundo adiciona ainda mais calor. A especificação deve indicar a temperatura interna do ar no monitor, o requisito de inicialização a frio e o ciclo de trabalho esperado, pois esses fatores determinam a variação de temperatura e a vida útil da luz de fundo. A vedação é uma propriedade do painel frontal montado: a junta ou a parte frontal colada, a moldura e a superfície da caixa, em conjunto, determinam a classificação IP que é importante para a limpeza e lavagem.

Nos casos em que a máquina é limpa com jatos ou produtos químicos, os materiais da montagem frontal são tão importantes quanto a classificação, e os agentes de limpeza devem ser especificados nos requisitos. O sistema de qualidade do módulo está documentado na página de certificações de qualidade , e as orientações de instalação estão disponíveis na página de perguntas frequentes.

Garantia vitalícia, serviço e fornecimento

Projete o caminho alternativo enquanto o projeto estiver em aberto.

Espera-se que uma IHM (Interface Homem-Máquina) de máquina funcione por uma década ou mais, portanto, a especificação deve indicar o nível mínimo de luminância após um determinado número de horas de uso, considerando o brilho efetivamente utilizado, e o projeto deve permitir a substituição do painel frontal sem a necessidade de desmontar o gabinete. A continuidade do fornecimento também é um critério de seleção: um painel de classe padrão com aviso de descontinuação documentado tem mais valor ao longo de dez anos do que uma especificação ligeiramente melhor para um componente de um único fornecedor.

O acesso para manutenção, a posição do conector e a folga do cabo fazem parte da mesma decisão, pois o custo de uma visita de reparo geralmente é o maior custo em uma falha em campo.

Fatores determinantes de custo e onde eles se escondem

O que determina o peso é a ferramenta e o rendimento, não o preço do painel.

Os principais fatores de custo visíveis são o painel, o sensor de toque e o vidro de cobertura. Os que impactam o orçamento de um programa são as ferramentas para o vidro de cobertura, o rendimento da colagem, o número de códigos de peças distintos criados pela variação do design em uma família de máquinas e o esforço de validação multiplicado entre as variantes. Padronizar o painel, a pilha de toque e a interface, variando apenas o formato e a impressão do vidro de cobertura, geralmente é a maneira mais econômica de abranger uma família de produtos.

O projeto de potência e térmico também tem um custo: um painel mais brilhante requer uma fonte de alimentação maior e um melhor percurso do calor, e ambos aparecem mais tarde no programa, caso não estivessem na estimativa inicial.

Lista de verificação para seleção do arquivo do projeto

Confirme esses dez itens antes de finalizar o projeto.

• Luz ambiente no monitor e a necessidade de contraste nessas condições.

• Temperatura interna do ar no visor e a necessidade de inicialização a frio.

• Distância de visualização e o menor caractere que deve ser legível.

• Tipo de luva, agentes de limpeza e método de vedação.

• Saída do host, comprimento do cabo e posição do conector.

• Tamanho do painel e classe de resolução, com a tela de maior densidade selecionada para dimensionamento.

• Tecnologia tátil integrada às luvas, com teclas físicas para funções críticas.

• Materiais de montagem frontal, incluindo revestimento e impressão, e seus requisitos de durabilidade.

• A meta de vida útil é definida como um nível mínimo de luminância na luminosidade de serviço.

• Plano de serviço e fornecimento, incluindo aviso de descontinuação e uma alternativa.

As normas que dão suporte à especificação incluem a estrutura interna de segurança eletrônica da IEC 62368-1 e a Diretiva EMC da UE para a máquina finalizada. As expectativas de qualidade de fabricação para a montagem são publicadas pela IPC , as convenções de gabinetes e equipamentos pela NEMA e as diretrizes da plataforma de controle por fornecedores como Rockwell Automation e Siemens . As práticas de controle de estática para o manuseio dos módulos são publicadas pela EOS/ESD Association.

Selecionando a interface de exibição