Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Multidotykové displeje u operátorských panelů – i pro práci v rukavicích?

To, zda obsluha pracuje v rukavicích, bývá často první věc, která je brána v úvahu při rozhodování o použití operátorského panelového počítače s multidotykovým displejem – má se za to, že rukavice a multidotykový displej nejsou slučitelné. Jsou zde ale i další hlediska: cena nebo to, že mnohé softwarové nástroje a aplikace HMI dosud multidotykové ovládání nepodporují. Rozhodne-li se konstruktér zařízení pro multidotykový, nebo jednoduchý dotykový displej, závisí také na tom, jak složité zařízení bude ovládáno. Dost důvodů pro to, aby dodavatelé měli v nabídce oba typy operátorských panelů.  

Úlohy, které musí aplikační software rozhraní pro ovládání strojů (HMI) řešit, jsou stále složitější. Stroje a zařízení jsou součástí rozhlehlých komunikačních sítí a dochází k vertikální i horizontální integraci řídicích systémů. Neustále rostou požadavky na množství zobrazovaných dat, zvláště v souvislosti s moderními trendy, jako jsou analýzy výkonnosti výroby v reálním čase a tzv. smart manufacturing. Vyžadováno je efektivnější a transparentnější zobrazování informací a ovládání strojů a zařízení, od skladů, přes výrobní linky až po řízení celého závodu.

Multidotykové displeje mají mnoho předností, které lze využít v řízení složitých technologických celků v procesním průmyslu, stejně jako k ovládání stále složitějších a komunikační sítí propojených zařízení ve strojní výrobě. Ovládání gesty zjednodušuje práci a zlepšuje spolehlivost ovládání. Gesty lze ovládat posun objektů, jejich rotaci, zvětšení složitých detailů vizualizace nebo pohyb v dokumentech a tabulkách.

Způsob ovládání je stejný, jak jej znají uživatelé z tabletů a chytrých telefonů. Na multidotykovém displeji je dokonce možné psát všemi deseti prsty. Ovládání funkcí stroje je tak mnohem účinnější než u jednoduchých dotykových displejů. To s sebou nese také zlepšení produktivity výroby.

Ne vždy však lze výhody multidotykového displeje využít. Je třeba pamatovat na to, že operátoři mnohdy pracují v pracovních rukavicích, které snižují citlivost dotyku a znemožňují, aby uživatel vykonával přesná gesta. Jsou také případy, kdy lze výhody multidotykového displeje využít jen částečně. Třeba v běžném provozu je možné multidotykový displej bez problémů použít, ale při montáži a seřizování stroje, kdy technik musí pracovat v ochranných rukavicích a je pro něj velmi obtěžující si je sundat pokaždé, když chce vyhledat nějakou informaci na displeji operátorského panelu, např. najít položku v kusovníku nebo kapitolu v návodu k obsluze.

Pro využití multidotykových displejů zpravidla – přesněji řečeno stále ještě – nejsou vhodné podmínky tam, kde je kladen velký důraz na nízkou cenu zařízení, protože displej s kapacitním dotykovým ovládáním je dražší než odporový dotykový displej. Avšak určité možnosti využití multidotykového displeje i v těchto případech existují. Cenově citlivé jsou zpravidla menší stroje a jednodušší výrobní linky. Jestliže se konstruktérovi podaří všechny vizualizační, ovládací i řídicí funkce realizovat jedním operátorským panelem a nejsou třeba žádné další ovládací prvky, samostatný PLC apod., může tím uspořit tolik, že se použití jednoho, byť dražšího multidotykového panelového PC ukáže jako výhodné.

Úpravy aplikačního softwaru

Výhody multidotykového ovládání nelze využít, jestliže není k dispozici vhodný aplikační software. Německá studie Využitelnost HMI ve výrobě, jejímž autorem je Fraunhoferův ústav pro ergonomii a organizaci práce, v roce 2011 prověřila možnosti přizpůsobení aplikací HMI pro displeje s jednoduchým dotykovým ovládáním nebo multidotykové displeje. Studie konstatuje, že většina nástrojů pro zvětšování objektů (zoom) podporuje zobrazení přechodových stavů, což zjednodušuje jejich zavedení do aplikačního softwaru pro dotykové displeje. Ovšem když je třeba např. listovat rozsáhlejšími soubory v PDF nebo vyhledávat požadovanou část v audio- nebo videosouborech s návody a uživatelskými příručkami, bývá často nutné ovládací prvky pro dotykové ovládání navrhnout a naprogramovat. Ani operační systém s podporou multidotykového ovládání nezbavuje dodavatele softwaru HMI automaticky nutnosti přizpůsobit aplikační software z ovládání myší a klávesnicí na dotykové ovládání nebo např. nutnosti vytvořit nové šablony pro dotykovou navigaci v rozsáhlých tabulkách.

Studie Fraunhoferova ústavu našla poměrně málo funkcí používaných v praxi, které by zlepšily použití HMI s dotykovými displeji. Jsou to např. speciální tlačítka navržená tak, aby jejich plocha reagující na dotyk byla o něco větší než zobrazovaná plocha tlačítka, a bylo tak jednodušší se do nich „strefit“.

Méně závislí na tom, jaké změny nastávají v oblasti softwarových nástrojů pro HMI s dotykovými displeji, jsou uživatelé, kteří své aplikační programy vytvářeli bez omezení na určitou platformu a s využitím otevřených nástrojů používaných na webu nebo v jazyce Java. Pro web-based HMI existuje specifikace vydaná sdružením W3C s názvem Touch Events, nyní ve verzi 2, a pro jazyk Java je už od roku 2009 k dispozici multidotyková platforma MT4j. Ani zde však nic není automatické, aplikační software je třeba pro dotykové ovládání přizpůsobit – ale není třeba začít jej navrhovat úplně od začátku.

Není čas sedět a čekat, protože inovace v oblasti zařízení s multidotykovým ovládáním určené pro spotřebitelský trh přicházejí neuvěřitelně rychle. Uživatelé v průmyslu očekávají, že bude možné pro ovládání průmyslových zařízení, strojů a výrobních linek používat stejně pohodlné metody jako pro ovládání tabletů a chytrých telefonů.  

Multidotykové ovládání je stále běžnější

V současné době jsou již k dispozici první průmyslové ovládací panely s multidotykovým ovládáním a postupně se patrně stanou nejběžnějším prostředkem pro ovládání strojů a zařízení. Ti výrobci, kteří svá zařízení vybaví nejmodernější ovládací technikou, tak získají konkurenční výhodu.

Další výhody může uživatel získat, když pevný operátorský panel doplní přenosnou ovládací jednotkou. Řízení a vizualizace implementované v operátorském panelu a multidotykové ovládání v přenosné jednotce tak mohou být základem pro zcela nový koncept ovládání stroje.

Multidotykový displej a rukavice: jde to dohromady, nebo ne?

Nakonec se ještě jednou vraťme k rukavicím. V současné době jsou k dispozici projekční kapacitní multidotykové displeje, které lze ovládat i v rukavicích. Jde to, ovšem pohodlné a účinné to stejně není. Multidotykové displeje jsou totiž navrhovány tak, že se počítá s rozměry a obratností lidských prstů. Přizpůsobovat je pro práci v rukavicích, zvláště v silných pracovních rukavicích, by bylo nákladné. A dále, jednou z výhod projekčních kapacitních displejů je to, že pro jejich ovládání není třeba na displej nijak tlačit, stačí lehký dotek. Pro práci holou rukou je to příjemné, ale pro práci v silných rukavicích je to spíše nevýhoda.

Nakonec jsou to přece jen rukavice, co rozhoduje o tom, zda použít multidotykový displej, nebo nikoliv. Jinými slovy, v průmyslu stále bude prostor také pro jednoduché odporové dotykové displeje, bez multidotykového ovládání, kde práce v rukavicích není žádný problém.

V praxi se nejčastěji používají pětivodičové odporové dotykové displeje. Jsou dobrým kompromisem mezi méně přesnými čtyřvodičovými displeji a přesnějšími osmivodičovými displeji, které jsou však dražší a citlivější na nepříznivé vlivy prostředí. Odporové dotykové displeje ve verzi pro použití v průmyslovém prostředí zatím nikdy nejsou multidotykové (multidotykové odporové displeje sice existují, ale pro průmysl jsou příliš choulostivé a jejich životnost je krátká) a pro jejich ovládání je třeba vyvinout určitý tlak proti displeji.

Panelové počítače od firmy Kontron

Panelové počítače Micro Client 3 od společnosti Kontron pro dohled nad stroji a výrobními zařízeními a jejich ovládání a nová řada panelových počítačů OmniClient pro ovládání celých výrobních linek jsou dodávány buď s odporovým, nebo projekčním kapacitním displejem (tab. 1). Micro Client 3 má dvě rozhraní pro gigabitový Ethernet, dvě rozhraní USB 3.0 a dvě USB 2.0, jedno RS-232 a výstup pro externí displej (DVI, Display Port). Lze jej doplnit o rozhraní pro CAN, WiFi nebo čtečku RFID. Panelové počítače OmniClient mají již ve standardní verzi větší možnosti: tři gigabitová rozhraní pro Ethernet, dvě rozhraní Display Port, DVI-I a šest USB 2.0. Dále mohou být rozšířeny o osmnáct GPIO a dva sériové porty, které mohou být nakonfigurovány jako RS-232/485/422 nebo CAN. Dále je možné doplnit WiFi, WiFi s Bluetooth a RFID. Pro uživatelsky specifické rozšíření je v počítačích MicroClient 3 jeden volný slot mini PCIe, zatímco OmniClient má dva sloty pro mini PCIe a jeden PCIe x16.

Pro ukládání dat je k dispozici konektor SATA pro 2,5" datová média. OmniClient může navíc podporovat dva 3,5" pevné disky SATA. Micro Client 3 i OmniClient podporují malé a odolné paměti flash s konektorem mSATA. Micro Client 3 je dodáván se širokoúhlým projekčním kapacitním multidotykovým displejem se skleněným stínítkem, ale také s odporovými dotykovými displeji ve formátu 4 : 3 s úhlopříčkami 10,4" a 17".

Pro zajištění maximální spolehlivosti používá Kontron výhradně vysoce kvalitní součástky. Například pro zálohování napájení jsou to kondenzátory GoldCaps, pro podsvícení se používají LED s dobou života minimálně 50 000 h. K dispozici jsou varianty s čelní stranou s krytím z IP65, odolné proti prachu a vlhkosti.

Počítače mají certifikáty CE pro evropský trh i UL pro americký trh. Na trh byly uvedeny v listopadu 2012 na veletrhu SPS/IPC/Drives v Norimberku. Pilotní dodávky lze očekávat v prvním čtvrtletí 2013, sériová výroba začne ve druhém čtvrtletí 2013. Od začátku budou podporovat OS Windows XP, Windows 7 a Linux Embedded, řada OmniClinet i Windows 8.

Max Scholz, HMI product manager, Kontron

Obr. 1. Multidotykový displej, nebo ovládání v rukavicích?

Tab. 1. Panelové počítače Kontron

OmniClient

 

Micro Client 3

 

projekční kapacitní displej, multidotykový

projekční kapacitní displej, multidotykový

odporový pětivodičový displej, jednodotykový

odporový pětivodičový displej, jednodotykový

 

Výrobci, kteří chtějí využít multidotykové ovládání, mohou své náklady snížit integrací řídicích a vizualizačních funkcí do jednoho systému a jedné hardwarové platformy. Odpovídající nástroje – RTS Hypervisor, RTOS a vizualizační OS, lze získat přímo od firmy Kontron. Hardwarovým základem je multijádrový systém s funkcí virtualizace.

Přenosná zařízení s multidotykovým ovládáním mohou využít nové moduly založené na standardu ULP-COM a SoC Cortex A9 a A8 od výrobců NVIDIA, Freescale nebo Texas Instruments. Umožní konstruovat chytré telefony a tablety určené do průmyslových podmínek. Poptávka po takových zařízeních ze strany průmyslových podniků stále sílí.

Jak funguje projekční kapacitní dotykový displej? Základem je síť elektrod ve vertikálním a horizontálním směru (xy), které vytvářejí elektrické pole, jež se „promítá“ přes krycí sklo až na jeho vnější povrch a do jeho bezprostřední blízkosti. Snímáno je porušení tohoto pole předmětem, který se přiblíží k povrchu krycího skla. Nezáleží na tom, zda je předmět vodivý (holý prst) nebo nevodivý (prst v rukavici), a není třeba vyvíjet žádný tlak na povrch krycího skla, stačí přiblížení na dotyk.