בתחילה, רוב יישומי ה-HMI המשובצים הוקדשו לטיפול במשימות ספציפיות במכשיר בודד. HMI משובץ טיפוסי ישמש להחלפת הכפתורים, המחוונים, המודדים האנלוגיים וגלגלי האגודל בלוח הפעלה פשוט של המכונה. הוא יתקשר עם הבקר של המכונה (בדרך כלל בקר לוגי לתכנות (PLC)) דרך קישור תקשורת טורית במהירות נמוכה- ולא יתקשר עם התקנים, בקרים או מחשבים אחרים.
תכנות של HMIs משובצים בסיסיים אלה נעשה על מחשב, והתוכנית המהידור מורדת ל-HMI באמצעות תקשורת טורית. HMIs משובצים משתמשים במערכות הפעלה קנייניות (OS) וחומרה, דבר שעלול לעלות ביוקר. לאחר התכנות, לא ניתן לשנות או לשנות את ה-HMI המוטבע אלא אם כן הוא מתוכנת מחדש במחשב, ה-HMI נסגר ותוכנית חדשה נטענת.
למרות העלויות והמגבלות הגבוהות הללו, מערכות HMI משובצות מציעות שיפורים אדירים בגמישות, בביצועים ובעלות ביחס לפתרונות הקיימים של ממשק מפעילים קוויים-.
החיסכון המשמעותי ביותר נובע מביטול כניסות ויציאות PLC עבור כל התקני ממשק המפעיל. עם התקני ממשק מפעיל- מותקנים בלוח קשיח, כל כפתור דורש כניסת PLC נפרדת מתאימה, כל אור מונע על ידי פלט PLC דיסקרטי, כל מד דורש פלט PLC אנלוגי, וכל גלגל אגודל וכל פוטנציומטר מחוברים לכניסת PLC אנלוגית. לא רק שזה היה מאוד יקר מלפנים, אלא שזה היה סיוט.
עם ממשק מפעיל עם חוט קשיח, פשוט הוספת נורות חיווי דורשת קידוח חורים בפאנל הקדמי של המארז, התקנת האורות ושלטי השמות שלהם, חיבור האורות בחזרה ליציאות ה-PLC ותכנות מחדש של ה-PLC. זה מניח שיש מספיק מקום בלוח הקדמי ויציאות PLC רזרביות. לעומת זאת, המשימה של תכנות מחדש של ה-HMI וה-PLC להוספת סמלי מחוון נוספים היא פשוטה יחסית.
עבור מכונות ויישומים אחרים הדורשים מספר רב של לחצנים, אורות, מדידים וגלגלי אגודל או פוטנציומטרים-כולם עם PLC I/O-משובצים יכולים לספק חיסכון משמעותי בעלויות. בנוסף, HMIs משובצים עשויים להיות מסוגלים לספק תכונות מתקדמות כגון טרנדים ותרשימים, שיכולים להחליף את מקליטי התרשימים.
HMI Evolution
על מנת להתפתח ממשק מפעיל מכונה בסיסי בבידוד למערכת מתקדמת, HMIs משובצים משתמשים באותם שינויים טכנולוגיים שהניעו את האבולוציה של מערכות SCADA (כלומר, מחשבי PC ומערכות הפעלה Windows).
בתחילת שנות ה-90, מחשבים אישיים הוכנסו למפעלים ולמפעלים, שלעתים קרובות אירחו את SCADA ותוכנות דומות בחדרי בקרה. מאוחר יותר במאה, הוצגו מחשבים תעשייתיים כדי לאפשר ליישומי HMI מתקדמים לעבור לרצפת המפעל.
לאחר חוסר רצון ראשוני בשוק עקב ביצועים גרועים בזמן אמת- והאתחולים מחדש תכופים של Windows, ה-HMI המתקדמים המבוססים על-מחשבים הפכו לסטנדרט דה פקטו, ונשמעו צלצול מוות עבור SCADA קנייניות ומערכות HMI מתקדמות אחרות.
המהפכה הבאה התרחשה בתחומים הקשורים של רוחב פס ורשתות. הודות להרחבת יכולות ה-Ethernet, רוחב הפס גדל באופן דרמטי, מה שאיפשר להתחבר בקלות למערכות יחד, ובכך לסיים ממגורות אוטומציה.
ההקדמה של תקני רשת כגון TCP/IP וארכיטקטורת SCADA המבוססת על PC- הפתוחה יותר ויותר אפשרה ליותר ויותר מכשירים מרוחקים כגון מחשבים ניידים ומחשבים משרדיים לגשת למידע מרצפת החנות.
לאחר הצגת SCADA מבוסס-מחשב, הצגת פלטפורמת Microsoft Windows CE OS אפשרה למפתחים לספק רבים מהכלים והיכולות של מערכות SCADA מבוססות PC-למגוון רחב של מכשירים מרוחקים בקיבולת קטנה יותר. כתוצאה מכך, ספקים רבים התחרו בבניית פלטפורמות-בעלות נמוכות, והורידו את מחירי החומרה.
במקביל, האינטרנט סלל את הדרך לחילופי מידע בין מגוון רחב יותר של פלטפורמות חומרה, כולל HMIs משובצים, PLCs ומערכות SCADA. חבילות תוכנת HMI משובצות ומתקדמות החלו להציע גישה מרחוק, תחילה מדפדפנים ולאחר מכן מיישומים. זה היה יותר מסתם גורם נוחות, שכן מתן אפשרות למפעילים ולמנהלים לצפות במידע מכל מקום עזר למפעלים לפעול בצורה יעילה יותר עם פחות עבודה.
על ידי אימוץ של Windows CE והיורש המשובץ של Windows כמערכת ההפעלה הסטנדרטית, HMIs משובצים נראים ומתפקדים יותר כמו חבילות תוכנת HMI מתקדמות למחשב- ו-Windows-. עבור משתמשים רבים, HMIs משובצים מתאימים כעת ליישומים שלהם, ומאפשרים להם לעבור מ-HMI מבוססי מחשב-. זה מביא לחיסכון עצום בעלויות מכיוון שכל מה שקשור ל-HMI משובץ זול הרבה יותר, כולל תוכנות תכנות, רישיונות זמן ריצה, דמי אחזקת תוכנה שנתיים ופלטפורמות יעד.
שימוש ב-HMI מבוסס-מחשב בסביבה תעשייתית דורש מחשב מוניטור תעשייתי. עם HMI משובץ, פלטפורמה משופרת תעשייתית יכולה למלא את אותו תפקיד בעלות נמוכה משמעותית. תוכנת HMI משובצת מודרנית יכולה להימצא בפלטפורמות משובצות עם כוח עיבוד מוגבל, זיכרון ומשאבי חומרה אחרים, אך עדיין לספק תכונות מתקדמות כגון -ממשקים גרפיים ידידותיים למשתמש, גישה מרחוק ודיווח- בזמן אמת ומגמות של מדדי ביצועים מרכזיים.
גישה מרחוק וממשקים ידידותיים-למשתמש
מהנדסים ומפעילים מצפים שאותה קלות שימוש ופונקציונליות שהם מקבלים מהמכשירים האישיים שלהם יהיו נוכחים בסביבות העבודה שלהם, במיוחד כשמדובר ב-HMIs. עם הסמארטפונים והטאבלטים של היום מגדירים ציפיות המשתמשים לקישוריות אלחוטית, ממשקים גרפיים וניידות מעולה, אין זה מפתיע שהאלקטרוניקה הצרכנית הופכת לכוח מרכזי ב-HMI תעשייתי. למעשה, ארגונים רבים מקצצים בעלויות על ידי הפעלת מדיניות "הבא את המכשיר שלך" (BYOD) המאפשרת לצוות הייצור להשתמש בסמארטפונים ובטאבלטים שלהם כ-HMI נייד.
משתמשי HMI קוראים כעת לחוויית ממשק מפעיל מאוחדת בכל המכשירים. הם רוצים שתוכנת HMI-בין אם משובצת או-מבוססת-תספק את אותה חוויית לוח מחוונים על פני סוגי חומרה מרובים, ממסכי HMI משובצים ועד לסמארטפונים וטאבלטים, ללא קשר למערכת ההפעלה.
בתגובה, מספר חבילות תוכנת HMI משובצות מציעות כעת את היכולות הללו. פתרונות תוכנה אלו יוצרים יישומים עבור התקני HMI משובצים שניתן לגשת אליהם ממחשבים אישיים, HMIs משובצים אחרים, סמארטפונים וטאבלטים.
על ידי מתן תמיכה ב-HTML5, פתרונות HMI אלו נגישים בקלות למסך ה-HMI הראשי, אך הם מותאמים לכל מכשיר התומך בתקן HTML5. תקן HTML5 משחרר את המשתמשים מהורדות איטיות של דפדפן אינטרנט או המתנה של חודשים ליצירת יישומים עבור המכשיר הספציפי שלהם, מכיוון שהוא מאפשר לספקי תוכנות HMI משובצות להפעיל במהירות אפליקציה כמעט לכל סמארטפון או טאבלט. ככל שמדיניות BYOD הופכת נפוצה יותר, תמיכת HTML5 תהפוך לדרישה מכיוון שהצוות משתמש במספר מכשירים בעבודה ודורש יישומים שעולים על הדפדפנים.
לא רק שהנתונים חייבים להיות מוצגים באותו אופן במכשירים כדי לשפר את יעילות הצוות, אלא שהם גם חייבים להיות קלים לגישה ולתמרן. בעוד שטכנולוגיית ריבוי-מגע עשויה להיראות כמו עוד תכונה של "גם אני", היא למעשה עוזרת למשתמשים לבצע פקודות עד פי שלושה מהר יותר מאשר מסכי מגע בודדים- מסורתיים.
ככל שיותר ויותר מכשירים כף יד משמשים לאחזור מידע, המשתמשים צריכים דרך מוכרת ומהירה לקיים אינטראקציה עם נתונים. Multi-Touch מביא את היכולות המוכרות של סמארטפונים וטאבלטים ליישומים תעשייתיים, כגון גלילה, התקרבות, סיבוב אובייקטים ותחקיר-למטה. במקום לבזבז זמן יקר במעבר בין מסכים עם תפריטים ופקודות נפתחות-במקרה חירום, משתמשי ריבוי-מגע יכולים למצוא את המידע הדרוש, ואז להתקרב לאזור הבעיה ולבצע שינויים תוך שניות.
העתיד נמצא סביבנו
ההתקדמות ב-HMI הרחיבה את מגוון התקני ממשק האוטומציה התעשייתית, וככל שיישומים הופכים משולבים יותר, ייתכן שיום אחד הוא יוחלף במונח חדש, כגון ויזואליזציה. אפשרות זו עשויה להיות אפילו גדולה יותר כאשר דנים ב-HMI משובץ.
הימים של HMI מבודדים, יקרים וקנייניים עם פונקציונליות מוגבלת וגישה רק על ידי המשתמש מול המכונה מסתיימים במהירות. יישומי HMI משובצים של ימינו מציעים רבות מהיכולות של SCADA ומערכות HMI מתקדמות אחרות, אך במחיר הרבה יותר אטרקטיבי, במיוחד עבור יישומי רצפת-מפעלים הדורשים פלטפורמה משופרת תעשייתית.
בעוד שבמקרים מסוימים עדיין יהיה צורך במפעילים ברצפת החנות, הריבוי של התקני HMI מרוחקים המתקשרים עם בקרים מקומיים ו-HMIs יגדיל מאוד את ניידות העובדים ואת הפרודוקטיביות. עתיד זה לא יחליף את הצורך בבני אדם, אלא יגדיל מאוד את טווח ההגעה שלהם על פני מפעלים ואזורי מפעל מרובים, ויאפשר להם ליישם במהירות את המומחיות שלהם כדי לשפר את הפעולות לפי הצורך.