Il settore industriale è uno di quei bellissimi posti dove tutto può succedere. Un giorno può sembrare di aver raggiunto il massimo potenziale, per poi essere rivoluzionato il giorno successivo da una nuova tecnologia. In questo contesto, un componente essenziale è l’HMI, trasformatosi da semplice pannello in bachelite con interruttori e lampadine a incandescenza in una sofisticata interfaccia digitale. Ma di cosa si tratta esattamente? Quanti tipi di HMI esistono? In questo articolo parleremo di questo e molto altro.
Il ruolo degli HMI
HMI (Human-Machine Interface) è un termine che si applica specificamente ai sistemi di produzione e di controllo dei processi. Può essere definito come l’interfaccia che permette l’interazione diretta tra un operatore umano e un determinato dispositivo (o applicazione software), per il monitoraggio e controllo. Ad esempio, in una CNC potrebbe essere prevista un’interfaccia uomo-macchina basata su un display touchscreen, che consente ad un operatore di verificare l’avanzamento della lavorazione e di gestire la macchina in tempo reale.
In ambito industriale l’importanza degli HMI risiede nella loro capacità di rendere immediatamente accessibili dati complessi e di semplificare il controllo di operazioni critiche in real-time ed eseguire la registrazione e l’attivazione di eventi. Ma molto spesso gli HMI possono anche fungere da unità di controllo per le linee di produzione, dato che includono una memoria non volatile che può essere usata per salvare le istruzioni e possono. Può interfacciarsi con un PLC (Programmable Logic Controller) o con un Motion Controller e viene solitamente collegato ai database e ai programmi software del sistema SCADA per fornire in tempo reale informazioni sul funzionamento, dati diagnostici e informazioni di gestione.
Per quanto riguarda gli aspetti di progettazione e configurazione degli HMI, questi vengono definiti da specifici standard e normative che trattano aspetti diversi (es. ISA-101). Questo non significa che tutte le interfacce uomo-macchina siano uguali. Infatti, ogni HMI può avere delle caratteristiche più o meno avanzate, che lo rendono adatto a determinati campi di applicazione e condizioni operative.
Caratteristiche principali
Nonostante l’esistenza di un’infinità di modelli di HMI, possiamo identificare alcune caratteristiche principali comuni.
I componenti hardware comuni possono includere degli interruttori a membrana, tastierini in gomma e un’interfaccia touchscreen. Gli interruttori a membrana sono resistenti all’umidità e alla polvere, il che li rende adatti all’uso in ambienti difficili. I tastierini in gomma sono resistenti all’acqua, alla polvere e sono più ergonomici. Le interfacce touch screen utilizzano la tecnologia resistiva o capacitiva per identificare il tocco e possono semplificare l’interazione con l’HMI stesso.
Altre caratteristiche principali di un HMI sono:
- Affidabilità e Durabilità
- Interfaccia Utente Intuitiva
- Connettività e Integrazione
- Personalizzazione
1. Affidabilità e Durabilità
In ambito industriale gli standard sono elevati. Le interfacce uomo-macchina HMI devono essere in grado di funzionare in modo affidabile nel loro ambiente di utilizzo, anche quando le condizioni sono tra le più difficili. Ad esempio, potrebbero dover resistere a urti, vibrazioni, esposizioni a liquidi corrosivi e variazioni termiche, e persino dipendenti arrabbiati.
2. Interfaccia Utente Intuitiva
Per minimizzare gli errori operativi e non spingere gli operatori a sfogarsi sul dispositivo, è necessario che l’interfaccia utente (UI) degli HMI venga progettata in modo efficace. La navigazione e il layout dei display HMI devono essere progettati per facilitare un accesso rapido e semplice alle informazioni e ai controlli necessari, migliorando così l’interazione complessiva tra l’utente e la macchina. Ma anche per questo esiste una norma di riferimento.
3. Connettività e Integrazione
Per quanto riguarda la connettività e l’integrazione con altri dispositivi, in genere gli HMI supportano diversi protocolli di comunicazione standard e/o personalizzati. Questi dipendono dal modello specifico di HMI che si prende in considerazione.
La scelta del giusto HMI per il tipo di applicazione
La selezione di un HMI adeguato necessita un’attenta valutazione dell’ambiente operativo, delle modalità di interazione previste e dei requisiti specifici di visualizzazione. Scegliere l’hardware giusto, come le dimensioni e la tecnologia del display, è fondamentale per assicurare che l’HMI sia adatto ai requisiti dell’applicazione. Per esempio, in ambienti polverosi o umidi, i touchscreen capacitivi potrebbero non essere la scelta ideale a causa della sensibilità al tocco accidentale.
Altrettanto importante è la scelta del software HMI, processo che dovrebbe essere guidato da una valutazione della compatibilità hardware, delle funzionalità supportate e dei requisiti specifici del progetto. L’ideale è esplorare soluzioni che offrano flessibilità in termini di personalizzazione e scalabilità, considerando anche il supporto a lungo termine e la community di sviluppatori, anche se spesso la scelta è limitata.
Differenza tra PC panel e HMI
Giusto per scrupolo, confrontiamo i Panel PC con gli Human-Machine Interface (HMI), dove la distinzione chiave riguarda la loro adattabilità e specializzazione.
I panel PC, intesi come computer industriali integrati con display (generalmente touchscreen), offrono un alto grado di versatilità per applicazioni complesse che richiedono l’esecuzione di software avanzato e la gestione simultanea di più funzioni.
Gli HMI, d’altro canto, sono ottimizzati per l’interfaccia uomo-macchina e vengono personalizzati e programmati per rispondere a specifiche esigenze di controllo e monitoraggio. In questo modo gli operatori possono accedere alle funzioni di cui necessitano in modo veloce ed intuitivo.
Ad esempio, in un impianto di produzione un HMI potrebbe essere configurato per gestire un singolo sistema di assemblaggio, prevedendo delle interfacce utente semplificate. Invece, un Panel PC potrebbe essere utilizzato per il coordinamento dell’intero processo produttivo e l’analisi dei dati, utilizzando determinati software e sfruttando il display integrato.
Tecnologie di Display per HMI
Gli HMI sono disponibili con diversi tipi di display. Alcuni dei display più comuni sono:
- Display LCD
- Display LED/OLED
- Display CCFL
Display a Cristalli Liquidi (LCD)
Gli LCD sono prevalenti negli HMI per il loro equilibrio tra qualità di visualizzazione, efficienza energetica e costi. La tecnologia LCD, in particolare quella TFT, consente una risoluzione elevata e un buon contrasto, fondamentali per la visualizzazione di dati complessi.
Display a LED e OLED
I display a LED offrono luminosità e durata superiori, mentre gli OLED si distinguono per contrasti eccezionali e angoli di visione estesi. Queste caratteristiche li rendono ideali per applicazioni che richiedono alta visibilità e qualità d’immagine.
E-Paper Display
Gli E-Paper sono particolarmente utili in condizioni di forte illuminazione ambientale, dove altri display soffrono di riflessi. Questa tecnologia, pur essendo meno comune negli ambienti industriali, offre vantaggi unici in termini di visibilità e consumo energetico.
Touchscreen Capacitivi e Resistivi
La scelta tra touchscreen capacitivi e resistivi dipende dalle specifiche esigenze operative: i primi offrono una maggiore sensibilità e precisione, mentre i secondi sono noti per la loro robustezza e affidabilità in ambienti industriali difficili.
Conclusione
L’avanzamento degli HMI e dei relativi display rappresenta una pietra miliare nell’evoluzione dell’automazione industriale. Mentre la tecnologia continua a progredire, l’integrazione di funzionalità avanzate come l’intelligenza artificiale e l’analisi predittiva promette di portare l’interazione uomo-macchina a livelli mai visti prima, spianando la strada a un futuro di maggiore connettività, efficienza e innovazione nell’industria 4.0.
