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兴趣联盟 - 人机界面论坛

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    让iPhone成为下一代HMI

    nina 2012-02-17 11:41

      这是典型的一顿流程行业用户组会议自助早餐。同行们正在享用超高卡路里的不健康食品,并和其他的参会者窃窃私语。突然有一个人拿出他的iPad,开始查看邮件。过了一会儿,桌上的讨论就开始转变成他使用iPad的方式。然后他非常实事求是的说,自己可以使用平板电脑和无线互联网坐在这里连接工厂网络,了解流程运行的情况。如果必要,他还可以登录,甚至通过这台设备对流程进行控制。他和另外一个同事拥有登录的授权。上述这些并不是一个年轻的技术发烧友所做的,事实上此人是一个大约六十岁的老先生。而他所在的工厂是一家造纸厂。
      可能他对这项技术的内涵不以为然,但是我怀疑他没有意识到桌上的其他人已经发现这个创意是多么的引人入胜甚至有一点让人感到恐惧。这种通过互联网的接口非常实际,使用无线的方式以及随意就可以买到的苹果电脑,它可能代表着工业联网的一种趋势。下一步是什么?在Mac上控制化学工厂吗?这可能有点夸张了,但是如果它的安全性可以达到要求的话,为什么工业应用不能使用这种便捷的方式呢?
      无论是哪一家厂商的智能手机和平板电脑,都已经非常强大,可以作为工业网络的有益补充。苹果公司宣称,现在iPhone已经可以使用42万5千个应用插件,所以如果有扩展到工业网络的插件,绝对不要感到吃惊。同时,谷歌安卓平台上的应用数量也毫不逊色。
      很多工业系统供应商,尤其是那些脱胎于大型企业级控制平台供应商的厂商控制工程网版权所有,都在开发这些应用插件,为流程和离散制造业的工厂网络进行扩展。这个概念并不是全新的,早期版本的人机界面(HMI)就具有当特殊事件发生时,向操作员手机发送自动语音和文本信息的功能。这在水处理行业的无人值守泵站中应用比较普遍。最初使用的时间可以追溯到20世纪90年代,今天仍然还在使用。
      然而,由于无线网络的高速增长和以太网的快速扩展,今天的应用却要复杂的多。一旦系统与互联网连接,所有的这些阻隔都将消失,无论它们是好是坏。并且,智能手机和平板电脑应用程序难以置信的增长速度,使得从任何地方连接任何信息都将成为可能。当技术精英关注制造业的时候,可以想象很多功能的开发可能就是明天的事情。
      增加移动性
      绝大多数主流控制系统供应商都已经通过无线设备添加了某种程度的移动工作HMI功能,通常都是适用坚固的工业等级的笔记本电脑,比如松下的Toughbook,尽管其联网能力并不是十分强大。然而,同iPad或者智能手机相比,它们过于笨重而且昂贵。消费级产品通常被认为过于娇贵,不能胜任在危险区域工作。此外,支持者还认为在炼油行业并不需要在每一个地方的每一台设备都拥有工业电脑的性能。在绝大多数场合,消费级产品已经足够了,而且它们可以做到人手一台。
      发展的驱动力
      "管理层希望可以随时随地查看生产状况,操作员希望可以远程调整流程,所有这些需求都推动着移动接入的发展,"研华工业自动化公司自动化I/O产品经理Mark Lochhaas说道:"使用智能手机访问SCADA或者HMI的数据,是一种在小型智能无线平台的瘦客户端功能。理论上,任何可以浏览互联网的设备都可以动态、实时或通过云端访问自动化数据。服务器必须能够支持移动应用程序,而移动设备也必须要有这个与主机兼容的应用程序。"
      关注此类产品开发的并不一定都是大型控制系统提供商,一些支持联网的中小型企业更加希望尝试新鲜事物。绝大部分驱动力来自IT方面,因为在这个领域中移动应用增长迅猛。"IT与工厂车间的融合,使整个工厂都被联网,包括从工厂车间的单个设备连接,到供应链管理系统与企业其他业务的整合。"Wind River公司M2M解决方案总监Brian Vezza说道:"M2M、云和智能设备的结合,为工业、能源、医疗和其他的市场带来了新的商业机会。在制造业中,M2M设备可以让工厂经理和企业领导以及其他相关的负责人对运行环境、资源、对象和物品都有一个更加深刻的理解。通过将M2M设备和其他设备(比如周边设备)信息的集成,使用分析或者其他控制和业务逻辑,企业可以更加智能,企业的价值也会随之提升。

      管理层希望随时随地了解生产状况,操作员希望能够远程调整流程,所有这些都推动着移动接入的发展。
      设计应用程序
      尽管供应商在设备选型上存在某些相似性,但它们在功能上还是有着很大的差别。在这里,我们要讨论的应用程序是作为产品平台的扩展(不是那些类似节约计算器或者配置选择器的程序),并且可以现货供应(典型的例子比如在iTune上购买应用程序),而不是那些为了专门应用进行的专门设计。这并不是说它们不会进行任何的定制化,而是定制是由具体的个人用户完成的。这些应用程序也并不昂贵,通常售价低于10美元,有的甚至免费。
      一些公司为了某些特殊类型的硬件界面设计了应用程序,而其他一些公司则更关注平台。这里有两个例子可以对比:Opto 22和ProSoft Technology公司。尽管它们的应用都具备人机界面的功能,但是在控制、基本概念和方法上都有所不同。
      案例一:Opto 22 公司
      Opto 22公司发布了专为SNAP PAC系统与使用苹果iOS设备(包括iPhone、iPod Touch和iPad)通讯的iPAC iOS应用程序。该程序通过无线网络连接到控制网络,并搜索相关的设备。一旦找到设备,建立通讯就是一件非常简单的事情。公司宣称,拥有合适安全权限的用户可以检测SNAP I/O节点和PAC控制策略变量,执行类似开启/关闭数字输出节点这类控制功能,将数值写入到模拟输出当中控制工程网版权所有,变换控制变量和表项。还可以检索、查看并保存I/O节点和标签名称,用作未来参考。
      "对于我们来说,不需要硬件接口。通过安装在运行iOS操作系统的移动设备上的iPAC应用(这里主要指苹果产品),需要的第一件事就是无线网络,"Opto 22公司副总裁Benson
      Hougland说:"主要的原因就是这些移动设备没有以太网接口,所以获取信息的唯一方式就是使用某种类型的无线。所有的这些设备都可以使用Wi-Fi,但是它们并不是都支持3G网络。你需要做的第二件事情,是无线连接控制网络,但问题是多少人可以从无线网络连接到控制系统网络当中,因为大部分人目前还无法接入。控制网络理所当然应该是一个安全网络,今天,大多数人已经认识到强大的安全功能是任何无线网络硬件的一部分,否则就不能部署无线网络。"
      "这并不意味它就成了一款可以与任何硬件设备相连接的HMI工具。该产品进行了专门设计,可以与Opto
    22的控制器及其处理器进行通讯。在试车、故障诊断、维护和类似的工序中,它非常实用。目前它只针对使用Opto 22硬件的客户设计,未来产品还会增加更多的功能。"
      位于美国犹他州盐湖城的Process Engineering Resources公司,是Opto 22公司的一家客户。该公司正在尝试使用iPAC作为其X射线金属矿石分析仪的扩展。"我们使用最多的iPhone应用程序是用来控制我们的采样系统,"系统工程师Dave Taylor谈到。但是他也指出针对iPhone的这项功能将不会向消费者发布。"它对安装人员最有用。我们可以站在距离分析仪20到30英尺的多项转换器前面,使用iPhone选择一组数据流。你可以直接激活I/O,确认其是否正在工作,或进行其他诸如此类的操作。"
      Taylor补充道,能够确认是否所有的元件都在运行,以及所有的流量都是他们所需要的,而不会经常出现反复地运行,是非常重要的一步。 "我曾经使用PC和无线连接来做这件事情,而现在使用手持设备要方便多了。"他说道。

      案例二:ProSoft Technology公司
      ProSoft Technology公司宣称,该公司最近发布的ProSoft i-View移动应用程序可以帮助用户方便地使用iPad、iPhone或者iPod Touch实时监控工厂运行状况。从功能上来说,使用这个程序,可以借助Wi-Fi或者蜂窝式远程网络,无线连接任何在EtherNet/IP或者Modbus TCP网络上运行的PLC/PAC设备。在安全性方面,用户必须能够访问无线网络并对CPU进行设置。在配置的过程中,程序需要用户指定一个匹配的安全代码作为网络访问密码和PAC中CPU的安全标签。当用户启动ProSoft i-View的时候,安全码必须与CPU相匹配,才能建立连接。这样做防止了那些只是简单下载了程序但未经授权的用户侵入系统。对于无线网络,在任何工业应用中选择技术和供应商的时候,都需要考虑安全的问题。比如说,ProSoft Technology公司的工业热点(Industrial Hotspot)无线电台,就采用了WPA2-PSK和802.11i RADIUS安全技术,防止未经授权的访问以及对网络的更改。该产品得到了来自应用工程师领导团队的充分支持,并开发了一系列相关的工具,比如ProSoft Wireless Designer软件。
      在安装的过程中,用户必须在ProSoft i-View内部对标签进行配置,然后建立差异容忍度。一旦开始运行,程序就可以采用列表和图形的方式显示实时的PLC状态值。系统还可以发出警报信息,包括本地提醒功能,比如在出现与设置点有差异的时候,通知维护团队。通过蜂窝网络连接,这些工程师能够实时监控变量,并在任何手机网络可以覆盖的地方进行调整。
      "应用的例子有很多,"Prosoft公司市场公关专员Adrienne Lutovsky如是说道:"系统集成商已经借助我们的蜂窝无线通讯使用应用程序,对设备进行远程故障诊断。例如乳制品行业的小包装生产,就需要这个应用程序对控制系统保持密切关注。最近的一个案例是条形码扫描仪,它已经扩展到了很多领域,比如质量控制。"
      ProSoft公司宣称一家跨国汽车制造巨头正在组装线的质量保证环节上评估这种方法的使用效果。具体来说,就是检查汽车是否存在泄露。检查人员会将汽车开到一个压力冲洗间中,在那里通过视觉评估每台车的内部,然后再借助HMI系统,人工记录发现的情况。而使用新的方法后,在所有的检测点,每一辆汽车上都会标注条形码,检测人员可以使用桌面电脑中的程序进行移动检测控制工程网版权所有,并使用ProSoft 802.11工业热点产品与PLC无线连接。汽车中任何没有通过压力冲洗检测的点都将被扫面出来,并被PLC自动记录在案,这样大大缩短了测试时间。
      可以提升绩效吗?
      时间会告诉我们,网络的性能能否达到人们的期待。任何智能手机的用户都必须要面对加载页面过慢或者网络瘫痪这些故障。尽管Wi-Fi和蜂窝网络性能一直在提升,有些地方的联网速度还是让人有些失望。这些经历将会最终决定这些应用能否普及。
      即便如此,我们还是可以抱着乐观的态度。"云连接非常简单,再搭配智能电脑和手机,就意味着这些信息可以随时随地轻易获取和使用,并且可以保证安全,"Wind River公司的Vezza说道:"采用安卓系统和iPad此类的智能设备与智能系统结合后,带来了强大的感知能力、准确性和控制能力,使企业领导能够实时地监督和管理企业资源,以达到其商业目标。这些目标可能包括提升产能、降低成本、提高客户响应速度、开发新品或者改善现有产品、改进服务质量等等。通过使用标准化的M2M设备开发工具包以及软硬件优化开发框架等,设备制造商可以专注于自身的产品附加值以及功能的差异化,而不用考虑基本的硬件、操作系统或者核心M2M软件。

      M2M、云以及智能消费级设备的结合,为工业、能源、医疗以及其他很多市场带来了新的商业机会。

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