Zijn HMI's de vergeten Edge-gateways?

Introductie

Bij Advantech nemen we actief deel aan tal van activiteiten van de klant waarbij toonaangevende edge-intelligentie wordt gebruikt om gateway-functionaliteit aan te bieden. Niet verwonderlijk, gezien onze positie als marktleider in de bevoorrading van industriële computers en onze aanvullend software- en intelligente communicatie-hardwareinstellingen.

Wat ons echter wel verrast, is dat één onderdeel van het systeem vaak over het hoofd wordt gezien in deze gesprekken. Wij bespreken vaak de voorziening van een industriële rek- of box-pc om intelligentie te bieden op de uiteenlopende edge-punten in een systeemarchitectuur. Zo bespreken wij edge-computersystemen voor geografisch uiteenlopende architecturen via de implementatie van intelligente cellulaire routers, die software kunnen hosten voor toepassingen zoals protocolvertaling of AI-inferentie. In vele van deze gesprekken omvat de architectuur ook bepaalde vereisten op het gebied van de visualisatie, op het niveau van de lokale machine, voor het overzicht van de site/productielijn of voor het toezicht op de werking van een volledig systeem. Deze HMI-apparaten worden vaak beschouwd als lokale eindpunten voor gegevens die worden ingekocht of gemaakt in andere apparaten. Hierdoor loopt men echter een grote kans mis om het algemene ontwerp van het systeem te vereenvoudigen door het HMI-apparaat te gebruiken als een onafhankelijke intelligente edge-gateway.

Essentiële rol HMI-software in automatisering

HMI-software die wordt geleverd als een integraal deel van een displaypaneel of als een afzonderlijke softwaretoepassing voor de installatie op een paneel of industriële pc, is een fundamenteel onderdeel van automatiseringsarchitectuur, wat informatie biedt aan ingenieurs en operatoren en hen de mogelijkheid biedt te communiceren met de onderliggende processen en apparaten.

De autonome controller.

Zelfs in de steeds meer onderling verbonden wereld van vandaag treden er nog steeds situaties op waarin operators van procesinstallaties niet kunnen of willen verbinden met externe systemen en apparaten. Een typisch voorbeeld zou zijn waar een ouder of eenvoudiger PLC-type apparaat wordt gebruikt in een machine of proceslijn. De operators en ingenieurs moeten nog steeds communiceren met het systeem, maar de onderliggende PLC's ondersteunen geen uitgebreide cloudconnectiviteit.

In deze gevallen kan een HMI van de gepaste grootte en capaciteit worden gebruikt als een autonome controller die als interface kan dienen voor een aantal mimische panelen, evenals de virtuele bediening met een drukknop van één enkele machine tot een verfijnde visualisatie, historiek en alarmpakket voor een volledige productielijn of gedistribueerd proces, met een combinatie van drukknoppen en recept-gebaseerde bedieningsopties. De HMI wordt effectief een zelfstandig SCADA-systeem met een scherm, wat qua kosten een interessante optie is voor gebruikers waar een opstelling met meerdere schermen niet noodzakelijk is.

Het grafische eindpunt.

In deze casus wordt het HMI-paneel beschouwd als een visualisatiepakket voor een industriële pc of soortgelijk, welke de edge-intelligentie biedt voor de machine, lijn of het proces.

Hier levert een edge-apparaat de intelligentie op de site, doorgaans als gateway. Het biedt gegevensverrijking, samenvoeging en filtering, wat leidt tot bruikbare inzichten die vervolgens omhoog worden gecommuniceerd naar de onderneming. Het kan ook gebruikerstoepassingen hosten om de lokale gegevens te bewerken om de bedienings- en beheersstrategieën te rangschikken bovenop de verbonden apparaten. In dergelijke gevallen kan de HMI gewoon een display met aanraakscherm zijn dat wordt aangedreven door visualisatiesoftware op het edge-apparaat, maar vaker zal deze functionaliteit bieden gelijk aan die van een autonome controller. Het is vaak zo dat de HMI onafhankelijk van het edge-apparaat werkt en rechtstreeks communiceert met het onderliggende proces om de basisgegevens op te halen.

De HMI als gateway

Het concept een HMI-apparaat te gebruiken als de gateway van een systeem biedt een aantal voordelen. Op het gebied van de architectuur is de gateway een put waar gegevens van apparaten van een lagere orde samenkomen en dit is uiteraard zo voor elk punt waar de HMI wordt geïmplementeerd. 

Door mechanismen aan te bieden op basis waarvan gebruikerstoepassingen kunnen worden geïmplementeerd op de HMI-hardware en communiceren met de gegevens in de HMI, kunnen gebruikers het protocol van het apparaat en de gegevensherstelcapaciteiten van het HMI-systeem optimaal benutten. Dit biedt de mogelijkheid om te besparen op tal van weken ontwikkeling en de toepassingen kunnen worden toegespitst op hun paradigma-expertise en ervaring binnen de industrie. Bovendien betekent het gebruik van HMI-software, zoals de Advantech HMINavi, dat de hogere communicatie met de protocollen die gebruik maken van IT-protocollen zoals MQTT, SQL en ODBC of via directe connectiviteit naar clouddiensten zoals AWS of Azure kan worden bereikt via een eenvoudige configuratie zondre code, wat opnieuw enorme besparingen op de ontwikkeling voor gebruikers kan opleveren.

Waarom hardware en software samen inkopen?

Het spreekt voor zich dat er leveranciers bestaan die HMI-hardware leveren en andere leveranciers die SCADA-software aanbieden. Waarom zou iemand beide kopen bij één leverancier? De reden hiervoor is dat deze benadering een aantal voordelen biedt:

• Minder leveranciers

Er zijn verborgen kosten verbonden aan iedere leverancier bij wie een bedrijf koopt. Een overeenkomst moet worden onderhandeld over de algemene voorwaarden, de kwaliteit moet worden geverifieerd, bestellingen moeten worden verzonden, etc. Hardware en software inkopen biij één enkele leverancier verlaagt de kosten die verbonden zijn aan een tweede leverancier.

• Hardware/software compatibiliteit

Hardware en software inkopen bij één enkele leverancier garandeert dat de software correct werkt. Het belang hiervan wordt onmiddellijk duidelijk op het moment van de initiële aankoop, maar is nog belangrijker wanneer onze apparatuur wordt geïmplementeerd in de praktijk. Het is een realiteit in deze moderne wereld dat software wordt bijgewerkt met patches omwille van de meest uiteenlopende redenen. Bug fixes, veiligheidsupdates of gewoon de doorlopende ontwikkeling houden allemaal de mogelijkheid in dat incompatibiliteit met de onderliggende, geïmplementeerde hardware ontstaat. Als één enkele leverancier erbij betrokken wordt, is het veel minder waarschijnlijk dat dergelijke situaties zich voordoen.

• Schaalbaarheid

Gebruikers doen vaak beroep op meerdere HMI-toepassingen die variëren in zowel complexiteit van de gegevensverwerking als de visualisatievereisten, de grootte van het onderliggende paneel en de kenmerken van de omgeving. Onafhankelijke softwareleveranciers hanteren doorgaans een minimale platformvereiste die de implementatie uitsluit op de eenvoudigere, kleine panelen die doorgaans worden gebruikt voor de bediening van enkelvoudige machines, terwijl leveranciers van bedieningspanelen van enkelvoudige machines zelden de uitgebreide functionaliteit aanbieden die is vereist voor SCADA-type bewerkingen van een hogere orde. Dit betekent dat ingenieurs moeten leren werken met meerdere softwarepakketten en deze moeten onderhouden, wat opnieuw verborgen kosten inhoudt voor de operator.

De Advantech HMINavi-oplossing

HMINavi is een hoog functioneel SCADA-pakket geoptimaliseerd voor de implementatie in een HMI-omgeving met één scherm, wat bijzonder relevant is voor OT-ingenieurs die PLC-gegevens willen weergeven en deze integreren in IT-cloudomgevingen en MES-systemen. Het is beschikbaar op een groot scala aan gegevenspanelen, paneel-pc's en industriële pc's voor zowel algemene als specifieke applicatiehardwareplatforms. Dit biedt gebruikers de mogelijkheid een consequente omgeving te implementeren over een breed scala aan toepassingen, wat de verborgen kosten aanzienlijk van uiteenlopende displaypakketten die op verschillende punten worden gebruikt aanzienlijk vermindert.

Het neemt een voortdurend evoluerende lijst over van protocol stuurprogramma’s/apparaatmappen voor meer dan 500 algemene apparaten zoals PLC’s voor de eenvoudige integratie in nagenoeg elke procesautomatisering omgeving, samen met uplink-protocollen voor het gebruik als een protocol gateway, het vertalen en doorsturen van gegevens tussen anderzijds incompatibele peer-systemen, of als interface te dienen tussen de OT- en IT-omgevingen via enkel-punt en klik-configuratie.

Een uitgebreide set van dynamische, grafische primitieven biedt de mogelijkheid gegevensrijke en intuïtieve operator interfaces te bouwen en te implementeren, terwijl real-time trendweergave ook wordt ondersteund om opkomend gedrag te kunnen weergeven. Uitvoerbewerkingen worden goed ondersteund via een gamma van bi-directionele grafische primitieven, samen met receptblokken, planning, scripts en macro-uitvoering.  Een volledig alarmpakket biedt operatoren een proactieve melding van buiten bereik vallende omstandigheden via uiteenlopende optionele methoden, samen met de mogelijkheid terug te komen op gebeurtenissen die hebben geleid tot de alarmsituatie en deze te analyseren op basis van een gegevenshistoriek die gegevens kan exporteren in een aantal formaten.

Deze combinatie van klassieke HMI-functionaliteit, in combinatie met flexibele uplink-capaciteiten en de mogelijkheid naast elkaar te bestaan en gegevens te delen met andere actieve toepassingen op dezelfde fysieke HMI-hardware maken HMINavi een overtuigende propositie voor gebruikers die een van de eerder vermelde architecturen implementeert. Dankzij HMINavi wordt het bedieningspaneel het centrale punt voor alle functionaliteit, wat resulteert in minder complexiteit, lagere kosten en minder risico geassocieerd met de ontwikkeling van de site. Bovendien kan het hoge functionaliteitsniveau van de configuratie-omgeving zonder code veel tijd en kosten besparen bij de samenstelling van een systeem.

Inhoud Gemaakt Door:

Tim Taberner (IIoT Technical Sales Director Advantech Europe)

ChiaHung Hung (IIoT Product Sales Management Advantech Europe)