HMI銜接終端與物聯網 避免高危工序可能意外
DIGITIMES企劃
檢視工業智能化其實不光是物聯網的通訊核心技術,成功關鍵反而是物聯網極致的兩個終端,物件終端與資料檢視、分析後端的兩個端點縝密配合,才能達到工業4.0的智能生產終極目標。
工業4.0發展中 多元網通技術整合是一大重點
在工業4.0智慧生產應用中,從生產工站的端點或是智能化設備端點,至後端的HMI人機介面終端,均會直接影響智慧產線升級的最終成效,由於IoT關鍵的網通技術已日趨成熟,除有線網路外,可使用的無線網通技術包含Wi-Fi、LP Wi-Fi、Bluetooth/Bluetooth LE、2G/3G/4G/Lte/GPRS、ZigBee、Zwave、6LoWPAN、WiHART、RFID等,對整合終端與產線環境的現場總線網路已綽綽有餘,除可在基本有線網絡條件下進行整合,甚至可搭配短距離無線網通技術做為IoT基礎網路備援,提供更穩固、緊密的物聯網應用支援。
智慧工廠4.0除HMI成為整合重點外,設備終端或智慧物件上的感測、通訊技術整合也是實踐智慧化應用關鍵,為了無縫整合IoT應用目的,升級生產設備、智慧物件所需的IoT網通技術支援、微型化感測元件支援就顯得益形重要。例如,Intel即針對IoT應用關鍵的無線通訊需求,發展推出微型化3G數據機(XMM 6255)。
以XMM 6255為例,終端元件尺寸僅較一美分硬幣略大,在單一晶片即可提供獨立3G數據機網通需求,甚至可用以整合感測元件模組組成網路感應器,或用於穿戴式、安全裝置與工業設備所需的IoT連網解決方案。
而在產線進行智慧化升級過程中,並不是進行終端、線路或感測器佈署量增加即可,而由IoT即時與大量回收的海量資訊,若沒有經過智慧化機制彙整、呈現甚至在生產現場快速產生圖表與對應操作機制,基本上也是難以達到智慧生產升級的效益,而HMI人機介面終端,即可在產線智慧化整合需求下,扮演相當關鍵的角色。
HMI人機介面終端 為產線檢視生產數據的重要設備
HMI人機介面終端可以說是檢視產線、或工站重點資訊的重要終端,由於IoT為讓工站設備可進行設備間通訊與資訊交換操作,當IoT技術導入工廠後,可有助於提升產量、改善製造品質、提升產品生產效能等,傳統工廠裡可能有多條產線、複雜物料、有限人力與既定的生產標準化流程,在工廠未升級智慧化應用前,早期投入的生產管理人力,可能會有效率不彰問題,搭配使用半自動、全自動的生產設備協助工廠生產。
然而現今工廠自動化雖已導入控制系統協助簡化生產管理,但也因為控制系統架構、通訊技術差異,導致自動控制系統多為個別獨立系統、或是僅有部分產線能達到完全自動化操作,而生產設備、機台運行資訊再經由上傳至控制後端、再轉至生產管理伺服器、工作主機等,這類無深度整合的自動化系統,終將被物聯網所取代。
至於透過物聯網概念的網通系統升級,其實重點在於透過每個終端、設備間的通訊溝通架構,讓生產設備、機台間可以相互通訊的平行架構,達到生產資訊共享、即時監看、快速傳遞與整合效用,達到工業4.0 Cyber-Physical System目標。
IoT產生的海量資訊 可透過HMI或工業電腦銜接整合
而智慧工廠的大量感測器(Sensor)與激增的輸出入介面,由於底層通訊協定不同,運用圖控軟體整合難度也會相對提升,一般會透過中間的通訊層來銜接HMI設備,甚至可用工控電腦或是進階型的HMI彙整交換不同通訊協定傳來的感測與控制資訊,再透過圖控軟體進行進一步整合。
以HMI或是工控電腦進行生產資料初步彙整、分析或兼具上傳至應用與管理系統中,讓設置於工站或產線上的HMI設備可即時進行生產管理、控制操作與遠端控制等應用,實踐智慧工廠的基本架構。HMI人機介面設備若採開放架構,若可在開發整合時透過不同網通設備橫向或縱向整合,亦可將生產資訊與企業的ERP(Enterprise Resource Planning)系統進行整合,讓現場生產資訊可即時與生產決策機制進行更快速有效的整合。
利用HMI設置 可避免操作人員接近高危加工站點
尤其是HMI搭配圖控系統,在IoT設備的系統整合上,反而可以創造極佳的整合優勢,例如HMI本身即可有完善的生產資料日誌紀錄、警示紀錄、趨勢分析、稽核追蹤等資訊,搭配更直觀的圖形化圖表與數據呈現,便於生產管理人員在產線上隨時查閱或進行生產決策,提升生產智慧化的附加效益,同時也可確實掌控生產過程可能有的警訊提示,甚至現場即可調閱生產日誌快速評估分析可能改善方式。
HMI人機介面設計,在終端設計上也呼應生產環境惡劣設置條件要求,例如在高危應用條件的環境設計要求,在HMI設備大多提供高強度的硬體設計因應,設備本身即具一定程度強固表現,而HMI設置也可讓操作人員遠離高危生產設施,例如車隊監控、煉油設施、天然氣儲存處理應用現場,透過遠端控制進行監控與決策,避免生產設施操作人員須深入險境才能進行操控,減少不必要的工安意外事故。