Weintek – создание инновационных продуктов благодаря совершенству

В начале была кнопка, а с кнопкой были лампочки и выключатели. Потом появились устройства, впоследствии ставшие электронными панелями, и появились интегральные схемы. Появились персональные компьютеры и программное обеспечение, а появление Интернета проложило путь к тому, что информация распространялась везде и повсюду. Так начиналось современное развитие взаимодействия человека и машины, а с этим и такое понятие, как человеко-машинный интерфейс, или просто ЧМИ. 

Человеко-машинный интерфейс, помимо интеграции технологий, может генерировать получаемую информацию от датчиков, периферийных уст-ройств, интерфейсов распознавания и других устройств. Это, в свою очередь, позволяет улучшать взаимодействие с оператором, его опыт как пользователя, а также повысить сложность взаимодействия и производительность. Так, в наши дни ЧМИ ограничивается не единичным взаимодействием (один оператор – одна машина), а охватывает задачи по управлению сложными системами или целыми заводами.

Мировой рынок человеко-машинных интерфейсов (ЧМИ) в 2021 году оценивался в 4,34 млрд долларов США и, как ожидается, к 2029 году увеличится в два раза, достигнув отметки 8,10 млрд долларов США, что означает среднегодовой темп роста в 8–9% в течение прогнозируемого периода. Неотъемлемой частью ЧМИ и его значительной долей являются средства визуализации или же панели оператора. А значит, и их развитие в текущем десятилетии будет идти аналогичными темпами.

Одно из исследований непосредственно рынка панелей оператора, проведённое ARC Advisory Group, показывает, что одной из основных движущих сил развития этого рынка является внедрение концепции Интернета вещей (IoT), за счёт чего панели оператора могут обеспечивать расширенные функциональные возможности, такие как удалённое управление и обслуживание, прямое подключение к центральным диспетчерским и серверам или локальным узлам, взаимодействие с облачными сервисами, программирование, проектирование и т.д. Так, большинство производителей ЧМИ, а с ними и панелей оператора, уже предлагают устройства, готовые к применению в условиях развивающейся концепции Индустрии 4.0. Ведущие компании в своём развитии, как правило, полагаются не только на свои разработки и техническую базу, но и на технологические тенденции, популярные в мире, за счёт чего они и остаются лидерами.

Рост российского рынка панелей оператора не отставал от мирового, но этот рост в основном был обусловлен присутствием иностранных производителей, уход которых значительно повлиял на его дальнейшее развитие. Несмотря на призывы к импортозамещению, в России так и не сформировался рынок панелей оператора, наполненный отечественными разработками, способными полностью закрыть потребности заказчиков и при этом отвечать современным технологическим стандартам и соответствовать концепции Индустрии 4.0. При этом в России есть производители как оборудования АСУ ТП в целом, так и панелей операторов в частности, которые предлагают продукцию в определённых нишах, где они достигли соответствующего уровня компетенций, которая совсем не уступает по своим характеристикам и возможностям продукции мировых производителей. Хотя с их уходом и появилось уникальное окно возможностей для отечественных кампаний, но на развитие потребуется время. К тому же без мирового опыта, тенденций развития и новых технологических разработок развитие собственного рынка будет практически невозможным. Да и покрыть все потребности рынка АСУ ТП будет также затруднительно. 

Как уже было сказано выше, уход целого ряда зарубежных производителей и разработчиков сильно повлиял на российский рынок панелей оператора и затруднил перспективы его развития, но всё же есть компании, которые остались, в той или иной степени. И одна из таких компаний, являющаяся мировым лидером в области ЧМИ и панелей оператора и в чем-то даже локомотивом развития в этом направлении, – это Weintek (рис. 1). За свою без малого тридцатилетнюю историю компания прошла значительный путь в своём становлении и развитии, внеся немалый вклад в области человеко-машинного интерфейса. 

Имея опыт лидерства на рынке ЧМИ, компания Weintek была одним из первых производителей, представивших в 2009 году широкоэкранную полноцветную панель формата 16:9 с диагоналями 7 и 10 дюймов. До этого большинство производителей ЧМИ ориентировались на 5-, 7-дюймовые модели с оттенками серого и 10-дюймовые 256-цветные модели. Работая с наиболее интуитивно понятным и многофункциональным программным обеспечением собственной разработки EasyBuilder, панели Weintek были и остаются чрезвычайно конкурентоспособными. В течение 5 лет новые модели панелей стали самыми продаваемыми в мире, а сенсорные экраны с диагональю 7 и 10 дюймов и соотношением сторон 16:9 стали стандартом в отрасли (рис. 2).

Продолжая последовательно ставить перед собой более высокие цели, в 2017 году компания начинает интеграцию в свою продукцию возможностей IIoT, чтобы представить одно из самых эффективных доступных решений, готовое для приложений Индустрии 4.0. При этом не ограничиваясь традиционными архитектурами ЧМИ, команда разработчиков Weintek интегрировала одну из самых популярных на сегодняшний день сред разработки CODESYS в свою новую серию панелей оператора cMT X. Благодаря этому ЧМИ теперь могут выступать в роли полноценного программируемого логического контроллера. И это только небольшая часть разработок, инноваций или же достижений компании Weintek. На сегодняшний день у компании есть несколько классов или направлений устройств для различных приложений, включая как классические панели оператора, так и ЧМИ-контроллеры, виртуальные (безэкранные) ЧМИ, панели с подключением по беспроводным стандартам связи, IoT-шлюзы и даже полноценный ПЛК с системой модулей ввода/вывода. За счёт своего подхода к разработке и производству устройств, в том числе ЧМИ, Weintek по праву занимает лидирующие позиции в этом высокотехнологичном направлении. Так в чём же он заключается?..

Прежде всего в постоянном совершенствовании своих продуктов и, конечно же, в создании новых функций и форматов ЧМИ, которые будут идеально подходить к своему интерфейсному решению. То есть не только стандартные панели, которые могут отображать графическую информацию. Человеко-машинные интерфейсы дают персоналу возможность отслеживать и управлять машинными задачами через своего рода графический пользовательский интерфейс (GUI). Связь с функциями машинного уровня более высокого уровня обеспечивает более сложную совместимость. А учитывая, что современные автоматизированные системы всё больше полагаются на различные приводы, датчики, переключатели, элементы управления и устройства ввода-вывода, многие из новейших ЧМИ должны иметь возможность выполнять задачи, связанные с обслуживанием таких производственных функций. Там, где ЧМИ принимают форму автономного оборудования, они всё чаще включают в себя функции программируемого логического контроллера (ПЛК), а также возможность подключения к программируемым контроллерам автоматизации (ПАК) более высокого уровня, ПК или системным контроллерам. Но для использования подобных более сложных функций и выполнения постоянно растущего числа задач ЧМИ должно обладать более мощным процессором. Так, Weintek стал использовать во многих своих устройствах двухъядерный процессор с тактовой частотой 1 ГГц, а в своей новой линейке панелей cMTx – уже четырёхъядерный процессор с частотой 1,6 ГГц. Такое совершенствование, и где-то даже незначительное, прослеживается во всех линейках продукции Weintek, и прежде всего, в их классических панелях оператора. В сериях i, iE, XE семейств MT8000 или более старой MT6000, при смене процессора, а с ним и частоты от 400 Мгц до 1 ГГц, растёт объём оперативной флеш-памяти с 64 Мбайт вплоть до 4 Гбайт. От серии к серии увеличивается и количество передаваемых цветов от 65 536 до 16,7 млн для более лучшего отображения. Увеличивается количество портов, а с ними и количество протоколов обмена с различными устройствами. Подобные изменения позволяют устройствам Weintek оставаться актуальными и предоставляют широкий выбор для их применения как в простых, так и в сложных системах. Например, инженеру, который делает простую обвязку небольшой технологической машины, может не понадобиться множество функций и вычислительных мощностей. Здесь же Weintek может предложить классическую 4,3-дюймовую панель MT8053iE. Хотя и она обладает достаточным современным функционалом, не присущим классическим панелям оператора, – это возможность удалённого доступа, а также сквозного подключения к ПЛК. Напротив, в других случаях пользователю может потребоваться более мощный ЧМИ для выполнения расширенного круга задач управления. Здесь Weintek готов предложить устройства, как было сказано выше, на базе более производительного процессора и с поддержкой среды программирования CODESYS.

Это показывает гибкость подхода в разработке устройств ЧМИ, и что Weintek может предложить необходимый и соответствующий вариант для решения проектных задач, даже если требуется менее традиционное решение, такое как безэкранный ЧМИ.

Панели оператора, но без экрана

Безэкранные ЧМИ Weintek представляют собой устройства для монтажа на DIN-рейку, которые имеют все аппаратные средства и возможности классических панелей оператора, но без экрана (рис. 3). Дополненные возможностью подключения посредством Wi-Fi, данные устройства позволяют операторам машин или обслуживающему персоналу использовать для подключения свои смартфоны, планшеты и ПК. За счёт чего для доступа нет необходимости подходить непосредственно к машине или шкафу, что позволяет размещать оборудование в труднодоступных местах, а также появляется возможность делиться одновременным доступом с несколькими пользователями. Так, подобное решение было реализовано в одном из проектов OEM-производителя энергетического оборудования и водонасосных станций. Станции располагаются на достаточно удалённых друг от друга участках, при этом некоторые из них на открытых, под воздействием окружающей среды. Что, в свою очередь, может потребовать дополнительной защиты, если используется классическая панель оператора, и/или использования панели с прочным корпусом и более дорогим дисплеем, защищённым от воздействия окружающей среды и хорошо читаемым при солнечном свете. Использование безэкранного ЧМИ Weintek позволило разместить всё оборудование в защищённом корпусе самой станции, оставив снаружи только Wi-Fi-антенну. Таким образом, оператор просто подъезжал к станции и, даже не выходя из машины, подключался с помощью планшета или телефона к устройству – проверить или отрегулировать необходимые настройки станции, сбросить сигналы тревоги и т.д., а дальше переезжать к следующей точке. Также Weintek не забывает и про более традиционные стандарты подключения, такие как HDMI. В модели FHDX-820 этот вариант подключения позволяет использовать мониторы или даже телевизоры сторонних производителей с большой диагональю. Так, для организации локальной диспетчерской использовался 60-дюймовый телевизор для отображения статуса работы и других значений (включая предупреждения) для дежурного оператора в небольшом цехе.

Но инженеры Weintek в своих разработках применяют, на первый взгляд, вроде бы незначительные для промышленной автоматизации функции, но ставшие для нас привычными и неотъемлемыми в бытовой электронике, а точнее, в наших смартфонах и планшетах. И это – управление жестами или функция мультитач. В некоторых моделях ЧМИ своей флагманской линейки cMTx, Weintek использует высококачественные ёмкостные сенсорные экраны, за счёт чего взаимодействовать с панелями стало удобнее и проще. Теперь некоторые функции управления можно реализовать с помощью жестов, а это позволит освободить пространство интерфейса проекта и увеличить полезную область для визуализации данных. А также упростить использование и управление за счёт таких привычных действий, как прокрутка, касание, удержание, масштабирование и др.

Использование HMI для задач управления

Традиционно для решения задач управления в различных областях промышленности используются программируемые логические контроллеры (ПЛК). Weintek, в свою очередь, не остался в стороне и разработал свой ПЛК – cMT-CTRL01 и систему модулей ввода/вывода – iR. Но куда более интересным является их решение по объединению ЧМИ и функций ПЛК в одном устройстве. Это решение, которое интегрирует в себе высокопроизводительную панель оператора серии cMTx с контроллером (в соответствии со стандартом IEC 61131-3) и системой исполнения (Control Runtime System) среды CODESYS. За счёт использования многоядерного процессора данное решение способно не только обрабатывать визуализацию данных и интерфейс оператора, но и управлять логикой контроллера, при этом эти две системы работают независимо и не влияют друг на друга, что гарантирует стабильное выполнение логики контроллера CODESYS без каких-либо возможных прерываний из-за обработки сложной графики экрана (рис. 4).  Выделенный канал данных между двумя системами позволяет блоку отображения очень быстро получать управляющую информацию от системы управления, что гарантирует эффективность обмена информацией. Конфигурирование CODESYS и управление проектом может осуществляться со стороны дисплея, также включая и состояние ПЛК, информацию о сети, данные/теги и регистры в реальном времени. Коммуникационные возможности снабжаются интерфейсами Ethernet и CAN-шиной, что делает передачу данных стабильной и высокоэффективной. А производительность такого решения ничем не уступает по показателям классическим ПЛК, так как время битовой операции составляет всего 10 наносекунд (10–9). 

Куда больше возможностей применения для такого решения даёт наличие богатых библиотек изображений, драйверов поддержки более 300 различных протоколов ПЛК, в том числе MQTT, OPC UA клиент/сервер, а также служб удалённого доступа EasyAccess 2.0 и т.д. 

Сочетание решения ЧМИ cMTx + CODESYS с модульной системой iR при построении системы управления позволит, в принципе, обойтись без традиционного использования отдельного узла в виде ПЛК. А сама система будет включать в себя все стандартные и распространённые типы дискретных и аналоговых сигналов, а также такие протоколы, как CANopen, MODBUS TCP/IP или EtherCAT (рис. 5).

Не только ЧМИ

Сегодня уже около 20 миллиардов устройств имеют возможности подключения к Интернету вещей (IoT).

С увеличением подобных устройств всё бо́льшими становятся и объёмы передаваемых данных, что, в свою очередь, провоцирует появление технологий, позволяющих максимально эффективно использовать пропускную способность создаваемых систем. И одним из компонентов таких технологий, особенно в промышленности, являются шлюзы (рис. 6).

В общих словах, шлюзы (в некоторых контекстах называемые преобразовате-лями протоколов) работают на нeсколь-ких сетевых уровнях. Они подключаются к разнородным сетям, устанавливая необходимые физические соединения и преобразования протоколов, где это применимо. Фактически шлюзы функционируют как агенты обмена сообщениями для сбора данных одной системы, а затем их интерпретации и отправки в другую сеть или систему. Некоторые же шлюзы вполне могут обрабатывать данные приложений с помощью встроенных микроконтроллеров, за счёт чего уменьшается количество машинных узлов, которые должны выполнять такие задачи. Разработка шлюзов IIoT – ещё одно направление, в котором развивается компания Weintek. И если кратко перечислить возможности их IIoT-устройств, то видно, что и в этом направлении Weintek имеет крепкие позиции и хорошие перспективы развития. Их шлюзы серии cMT G успешно могут интегрировать широкий спектр оборудования, синхронизировать процессы в нескольких местах, предоставлять контроль над потоками данных и доступом абонентов. Также возможен обмен данными устаревших платформ управления с современными и актуальными базами данных и SCADA-системами, есть возможности регистрации различных данных и событий (тревог), обмена сообщениями и резервного копирования журналов. И конечно же, шлюзы IIoT от Weintek могут выполнять функции устройств для периферийных вычислений – путём обработки и сжатия сигналов обратной связи только для релевантных или аномальных данных, могут передавать информацию в вышестоящие сети или облако. В дополнение, немаловажным фактором является и экономическая выгода. Но выгода не из-за стоимости самих устройств, а за счёт более простой и удобной модернизации готовых систем и их бесшовной интеграции (рис. 7, рис. 8). 


Непосредственно сами устройства включают в себя сверхбыстрые 32-разрядные процессоры RISC Cortex-A8 600 МГц, встроенную Flash/RAM память объёмом 256 Мбайт. А в зависимости от модели, несколькими COM и Ethernet-портами, а также возможностью Wi-Fi-подключения. Но больше хотелось бы отметить два новых устройства из этой серии – cMT-G03/04, а точнее, то, что они могут работать как мост последовательных интерфейсов и сетевой коммутатор соответственно. Для этого у модели cMT-G03 достаточно соединить через COM1:IN устройство верхнего уровня (Панель/SCADA), к COM2:OUT подключить существующее устройство (ПЛК), а у модели cMT-G04 есть для этого два сетевых разъёма (SW), через которые так же подключаются устройства верхнего уровня и существующий ПЛК. Такие соединения будут полностью прозрачными для системы, гарантируя, что текущее функционирование никак не пострадает, при этом нет необходимости иметь дополнительный COM-порт на устройстве или промышленный сетевой коммутатор. Также плюсом является и то, что не требуется какой-либо существенной модификации существующей сетевой архитектуры, так как техническому специалисту достаточно просто подключить коммуникационные кабели к существующей системе. Кроме того, как cMT-G03, так и cMT-G04 независимо взаимодействуют с машинными устройствами и преобразуют общие протоколы в MQTT, OPC UA и SQL для лёгкой передачи данных в IIoT. При этом новые модели шлюзов наследуют концепцию дизайна предыдущих моделей cMT-G01/G02, они также компактны, энергосберегающие, легки в установке. Кроме встроенной поддержки основных протоколов IIoT, cMT-G03/04 также поддерживают доступ через Weintek EasyAccess 2.0, который не только даёт возможность дистанционно управлять системой, но и поддерживает push-уведомления для мобильных устройств. При переходе на технологию IIoT новые модели cMT-G03/04 помогут решить проблему с обновлением систем, в которых присутствуют как новые устройства, так и устаревшие.

В заключение хотелось бы сказать, что при обзорном рассмотрении лишь небольшой части направления деятельности компании Weintek виден их серьёзный подход к собственному развитию, и что компания не ограничивается только традиционными архитектурами разработок ЧМИ. Аналогичный подход в совершенствовании виден и в таком не менее важном направлении, как соответствующее программное обеспечение. 

Компания Weintek предлагает не только высоконадёжные и актуальные на данный момент устройства ЧМИ, но и мощный пакет разработчика в виде собственного ПО – EasyBuilder, которое также является одним из преимуществ компании Weintek. Эта полноценная среда разработки проектов отвечает всем современным требованиям визуализации, при этом получает постоянные обновления с новыми функциями и возможностями. Но более подробно с ПО EasyBuilder и его возможностями ознакомимся в одной из следующих статей. 

Подводя итог, можно с уверенностью сказать, что компания Weintek абсолютно заслуженно занимает лидирующие позиции в области производства ЧМИ и не собирается сдавать своих позиций.   ● 

Литература

1. URL: https://www.controleng.com/articles/information-systems-the-evolution-of-the-hmi/.
2. URL: https://dl.weintek.com/public/Document/Whitepaper/WEINTEK_WP_7-19_V5.pdf.
3. URL: http://www.weintekusa.com/globalw/Datasheet/download/datasheets/Remote%20IO%20with%20CODESYS-programmable%20controller%20HMIs.pdf.

Автор – сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru