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HMI Hardware-Handbuch für OEM Teams

Was ist ein HMI Panel? Hardware-Ebenen und OEM Integration

Ein HMI Panel ist die bedienerseitige Hardware, die verwendet wird, um den Maschinenstatus anzuzeigen und Befehle zu empfangen. Der physische Aufbau kann Grafiken, Tasten oder Touch-Sensoren, ein Anzeigefenster und Modul, Schaltung, Stecker, Dichtung und Gehäuseschnittstelle enthalten. Laufzeitsoftware, SPS-Logik, Sicherheitslogik und endgültige Maschinenvalidierung bleiben getrennt, es sei denn, das Projekt weist sie zu.

OberflächeGrafik, Ansicht, Reinigung und Bedieneraufgaben
EingabeTasten, Berührung, Anzeigen und Rückmeldungen
VerbindungAnzeige, Schaltung, Steuerung und Anschluss
GrenzeGehäuse, Software, Eigentum und Validierung

JASPER’s kundenspezifische HMI-Baugruppe umfasst die physische Bedienerschnittstelle: die Teile, die ein Benutzer sieht, berührt, drückt, liest, reinigt und in die Ausrüstung einbaut. Ein OEM sollte die Gehäusedaten, Bedieneraufgaben, Eingabemethode, Besitz von Display und Elektronik, Stecker-Schnittstelle, Umgebung, Montagemethode und Validierungsanforderungen bereitstellen, bevor dieser Frontplattenstapel festgelegt wird.

Warum das “HMI-Panel” eine Projektdefinition benötigt

HMI bedeutet Mensch-Maschine-Schnittstelle. Der Ausdruck beschreibt eine Funktion, nicht eine universelle Teilenummer oder Architektur.

In einer Diskussion über das Steuerungssystem könnte ein Ingenieur verwenden HMI für die grafischen Bildschirme, Navigation, Alarmverhalten, Benutzerberechtigungen und Laufzeit, die mit einer SPS verbunden ist. In einer mechanischen Zeichnung, HMI Bedienfeld kann die Blende, Abdeckscheibe, Membrantastatur, Anzeigeöffnung, Dichtung und verkabelte Frontbaugruppe bedeuten. Ein Einkaufsteam kann denselben Ausdruck für ein komplettes Marken-Terminal verwenden, das bereits Anzeige, Prozessor, Betriebssystem, Laufzeit, Kommunikation und Gehäuse enthält.

Alle drei Verwendungen sind üblich. Probleme entstehen, wenn ein Angebot, eine Zeichnung oder eine Verantwortlichkeitsmatrix das Wort verwendet, ohne anzugeben, welches gemeint ist.

Käufer- oder Ingenieurbegriff Physischer Inhalt, der enthalten sein kann Inhalt, der außerhalb des Teils verbleiben kann
HMI-Panel Vorderfläche, Tasten- oder Touchschicht, Displayöffnung, Anzeigen, Schaltung, Stecker, Dichtung Displayelektronik, Prozessor, Laufzeit, SPS-Logik
HMI-Frontplattenbaugruppe Bedienerschichten und deren mechanische/elektrische Verbindung Maschinensteuerung, Schaltschrankverdrahtung, Software, endgültige Systemvalidierung
HMI Terminal Anzeige, Touch-Eingabe, Prozessor, Kommunikation, Laufzeit, Gehäuse SPS-Programm, Feldgeräte, Maschinensicherheitssystem
Bedienerschnittstelle Funktionale Beschreibung, wie der Benutzer Informationen erhält und Befehle gibt Keine feste Hardware-Grenze, es sei denn, das Projekt definiert sie
Steuerpult Kann das HMI sowie Schalter, Lampen, Notfallsteuerungen, Verkabelung und Gehäuse enthalten Hängt vom Schaltschrankbauer und dem OEM-Umfang ab
Anzeige-Modul LCD oder ein anderes Display mit eigenem mechanischem und elektrischem Anschluss Abdecklinse, Touch-Sensor, Frontgrafiken, Gehäuse, Anwendungssoftware

ISA101 deckt HMI Arbeiten ab, wie Bildschirmnavigation, Grafiken, Alarme, Sicherheit und Schnittstellen zu Programmen und Datenbanken in Fertigungsanwendungen.[4] Das ist eine nützliche Erinnerung, dass die vollständige HMI Disziplin über die Hardware der Frontplatte hinausgeht. Die Stückliste und die Zeichnung sollten die physische Baugruppe getrennt von den Verantwortlichkeiten für Bildschirm und Steuerungssystem ausweisen.

HMI Terminologiekarte, die Frontplattenhardware, Terminal, Laufzeit, SPS und Maschinensystem trennt
Das Wort HMI kann mehrere Grenzen beschreiben. Die Zeichnung und die Stückliste müssen angeben, welche gemeint ist.

Ein HMI ist eine Kette, keine einzelne Fläche

Der Bediener interagiert nicht direkt mit einem PLC-Register oder einem Display-Pixel. Eine physische und logische Kette sitzt zwischen der Person und der Maschine.

Bedienaufgabe
    -> sichtbare Beschriftung, Symbol, Taste, Touch-Bedienfläche, Display oder Anzeigeelement
    -> physische Eingabe- oder Anzeigeebene
    -> Sensor, Schalter, Schaltung, Steckverbinder oder Display-Schnittstelle
    -> Steuerungseingang und HMI-Laufzeitumgebung
    -> SPS, Maschinensteuerung, Kommunikation und Feldgeräte
    -> Maschinenreaktion
    -> visuelle, taktile, akustische oder haptische Rückmeldung an den Bediener

Jeder Pfeil ist eine Schnittstelle, die einen Verantwortlichen benötigt.

Zum Beispiel ein gedrucktes START Das Symbol kann Eigentum des grafischen Kunstwerks sein, aber sein Berührungsziel gehört zum Sensordesign, sein Kanal gehört zur Schaltungs- und Anschlusskarte, sein angenommener Zustand gehört zum Controller, seine Berechtigungslogik gehört zur Software, und die Maschinenbewegung gehört zum Steuersystem. Der Lieferant des Frontpanels kann den endgültigen Befehl nicht validieren, indem er nur das gedruckte Symbol überprüft.

ISO 9241-210 behandelt das humanzentrierte Design für interaktive Systeme und erkennt ausdrücklich an, dass sowohl Hardware- als auch Softwarekomponenten die Interaktion beeinflussen.[5] Für ein OEM-Projekt bedeutet dies, dass die Aufgabe des Bedieners und der Nutzungskontext definiert werden sollten, bevor das Team nur über Materialien, Farben oder Displaygröße diskutiert.

Bediener-zu-Maschine HMI Signalflusskette, die physisches Bedienfeld, Controller, Software, SPS, Reaktion und Rückmeldung zeigt
Jeder Übergang ist eine Schnittstelle mit einem Besitzer, Eingabe-, Ausgabe- und Validierungsverantwortung.

Welche Hardware-Ebenen kann ein HMI-Panel enthalten?

Ein HMI-Panel enthält nicht immer jede der unten aufgeführten Ebenen. Der Stapel wird aus der Bedieneraufgabe, der Anzeigearchitektur, dem Gehäuse, der Elektronik, der Umgebung und der Service-Strategie ausgewählt.

Ebene oder Komponente Hauptfunktion Kritische Schnittstelle zur Definition
Gedruckte Überlagerung, starre Oberfläche oder Abdeckungslinse Beschriftungen, Symbole, Warnhinweise, Markenkennzeichnung, reinigbare Bedienoberfläche Grafik, Farbe, Oberfläche, chemische Einwirkung, Sichtbereich
Taktiler Tastenknopf, Membranschalter, Silikontaste oder Berührungssensor Wandelt eine Bedieneraktion in einen elektrischen Eingang um Zielgröße, Kraft- oder Berührungsverhalten, Kanalzuordnung, Rückmeldung
Abstandshalter, Träger, Klebstoff oder optischer Spalt Steuert Trennung, Verklebung, Unterstützung und Ausrichtung Dickenstapel, Ausschnitte, Ebenheit, Klebefläche, Nachbearbeitungsplan
Anzeige Fenster Bietet einen geschützten visuellen Pfad zu einem Display Aktiver Bereich, sichtbarer Bereich, Blendenmaske, Toleranz, Parallaxe
Display-Modul Erzeugt visuelle Informationen Umriss, aktiver Bereich, Montage, Stromversorgung, Datenschnittstelle, Wärme
Anzeige oder Hintergrundbeleuchtung Bietet Status, Orientierung oder Sichtbarkeit Ort, Farbtdefinition, Helligkeitsziel, Lichtabschirmung
PCB, FPC, Leiterplatte oder Verkabelung Leitet Eingänge, Beleuchtung, Display- und Anschlussignale Pinbelegung, Strom, Spannung, Biegebereich, Erdung, Testpunkte
Controller- oder Schnittstellenplatine Scant Eingänge, treibt Ausgänge, bearbeitet Signale, kommuniziert Firmware-Eigentum, Protokoll, Diagnose, Update-Pfad
Stecker, Flansch oder Kabel Verbindet das Bedienfeld mit der Host-Elektronik Gegenstück, Ausrichtung, Sicherung, Leitung, Servicezugang
Dichtung, hinterer Klebstoff, Blende oder Gehäuse Positioniert und schützt die Baugruppe Datumschema, Kompression, Oberfläche, Befestigungen, Eindringgrenze

Ein Stapel sollte sowohl als Querschnitt als auch in einer Explosionsansicht dokumentiert werden. Ein nützlicher Querschnitt identifiziert:

  • Bedienerseite und Maschinenseite;
  • aktive Anzeige- und sichtbare Öffnung anzeigen;
  • Berührungs- oder Tastfeld-Ebene;
  • grafische und Maskierungsebenen;
  • Klebeband- und Dichtungsbereich;
  • PCB oder FPC Unterstützung;
  • Anschluss und Kabelausgang;
  • Gehäusekante, Befestigungselement oder Montagefläche;
  • kritische Spalten, Kompressionszonen und Sperrzonen; und
  • welche Maße vom Paneellieferanten, Displaylieferanten und OEM Gehäuse kontrolliert werden.
Detaillierte HMI Panel-Hardware-Stapelung vom Bedienfeld zur Anzeige, Schaltung, Stecker, Dichtung und Gehäuse
Nur konzeptioneller Stapel. Nicht jedes HMI enthält jede Schicht, und die endgültige Konstruktion ist projektspezifisch.

Die Vorderfläche ist ein funktionaler Teil

Die sichtbare Oberfläche ist keine Dekoration, die nach Fertigstellung der Elektronik hinzugefügt wird. Sie trägt Anweisungen, identifiziert Zustände, steuert den Sichtpfad, schützt die Eingabeschicht und legt fest, was der Bediener unter realen Beleuchtungs-, Handschuh-, Reinigungs- und Körperhaltungsbedingungen finden kann.

Grafik- und Aufgabenabbildung

Jede Taste oder jeder Berührungspunkt sollte einer definierten Aufgabe und einem Kanal zugeordnet sein. Die Grafiken sollten Folgendes identifizieren:

  • normale Befehle;
  • Status- und Warninformationen;
  • Werte oder Einheiten, die sichtbar bleiben müssen;
  • Tasten, deren Funktion sich je nach Bildschirm ändert;
  • eingeschränkte oder sicherheitsrelevante Aktionen;
  • Anzeigeorte;
  • Anzeige-Masken und inaktive Rahmen;
  • Sprach- und Symbolanforderungen; und
  • Service- oder Wartungsinformationen.

Die Grafikdatei, der Schaltplan, das Anzeige-Layout und die Softwareoberfläche sollten dieselbe Benennungs konvention verwenden. Wenn eine Datei einen Kanal nennt K3, eine andere ihn nennt RESET, und die Software ihn nennt input_07, wird ein später Integrationsfehler wahrscheinlicher.

Oberflächen-, Reinigungs- und Betrachtungsbedingungen

Das Projekt sollte die tatsächlichen Reinigungsmittel, den Kontaktverschleiß, die erwarteten Verunreinigungen, Innen- oder Außenexposition und Blickwinkel definieren. Eine allgemeine Aussage wie industrielle Umgebung ist nicht ausreichend, um eine Oberfläche, ein Drucksystem, eine Beschichtung, einen Klebstoff oder eine Abdichtungsdetails auszuwählen.

JASPER’s industrielle Steuerungsanwendungsseite zeigt die Art des Maschinensteuerungskontexts, in dem Beschriftungen, taktile Positionierung, Display-Sichtbarkeit, Reinigung, Anschlussführung und Gehäuseanpassung zusammen überprüft werden müssen. Die endgültigen Anforderungen gehören weiterhin zum spezifischen Geräteprogramm.

Eingabemethoden: Tasten, Touch oder beides

Die HMI Eingabemethode sollte der Aufgabe des Bedieners folgen und nicht einer Vorliebe für eine flache oder modern aussehende Oberfläche.

Membrantasten

Ein Membranschalter kann diskrete elektrische Kontakte in einer dünnen Frontplattenkonstruktion bereitstellen. Taktilkuppen können ein physisches Klicken geben; nicht-taktile Zonen können ein flacheres Gefühl bewahren. Dieser Weg eignet sich für Befehle, die von festen Positionen, wiederholbaren Tastenorten, einfachem Matrixverhalten oder Betrieb ohne Anzeige profitieren.

Das Design benötigt noch eine genehmigte Betätigungsverhalten, Schaltkreiszuordnung, Überlagerungsgeometrie, Leitungsführung, Anschluss, Unterstützung und Gehäusedetails. Eine fühlbare Kuppel korrigiert weder eine flexible Unterlage noch eine Taste, die außerhalb der natürlichen Reichweite des Bedieners liegt.

Silikon- oder mechanische Tasten

Erhabene Tasten können die Fingerposition, den Hub und die Handschuhverwendung verbessern. Sie fügen Höhe, bewegliche Geometrie, Unterstützung und Dichtungsflächen hinzu. Der OEM sollte festlegen, ob die Tastaturmatte, PCB, Gehäuse, Lichtleiter und Befestigungsmerkmale eine gelieferte Baugruppe oder separate Teile sind, die vom Endmontierer kombiniert werden.

Kapazitiver Touch

Kapazitive Touch-Steuerung kann eine durchgehende Frontoberfläche ohne Tastenhub erzeugen. Der Controller, das Elektrodenlayout, das Abdeckmaterial, die Abdeckstärke, die Verklebung, nahegelegene Leiter, Erdung, Abschirmung, Feuchtigkeitsverhalten, Handschuhanforderungen und die Firmware-Anpassung beeinflussen alle das Ergebnis.

Die Designrichtlinien für kapazitive Sensoren von Microchip behandeln die Effekte der Abdeckung und der Abschirmung als Eingaben für das Sensordesign, nicht als kosmetische Nachgedanken.[7] Eine dickere oder geänderte Abdeckung kann das Verhältnis zwischen Finger und Elektrode verändern, während Leiterbahnen oder unbeabsichtigte Berührungsflächen eine Abschirmung erfordern können. Daher müssen Abdeckungslinse, Sensor, Controller, Gehäuse und Einstellungsverantwortung als eine Kette überprüft werden.

Hybride Eingabe

Ein HMI kann ein Display, kapazitive Berührung, Membrantasten, Notfallsteuerungen und Anzeigen kombinieren. Hybride Designs sind nützlich, wenn häufige oder kontextabhängige Aktionen auf dem Bildschirm erfolgen sollen, während kritische, wiederholte oder mit Handschuhen durchgeführte Aktionen von festen physischen Tasten profitieren.

Das Vorhandensein eines Touchscreens schließt physische Steuerungen nicht automatisch aus. Der OEM sollte entscheiden, welche Aktionen verfügbar bleiben müssen, wenn das Display unlesbar ist, die Software die Bildschirme wechselt oder der Bediener die Schnittstelle nicht direkt ansehen kann.

Anzeige-Fenster, Touch-Sensor und Anzeigemodul sind verschiedene Teile

Diese Begriffe werden in frühen Diskussionen oft vermischt.

Anzeige-Fenster

Ein Anzeige-Fenster ist der transparente oder offene Betrachtungsbereich auf der Vorderseite. Es kann eine aufgedruckte Maske, eine harte Oberfläche, klarer Klebstoff, Luftspalt, Dichtung oder andere optische/mechanische Details umfassen. Es erzeugt kein Bild.

Definition:

  • aktive Anzeigefläche;
  • sichtbarer Bereich anzeigen;
  • Fensteröffnung und Maskenüberlappung;
  • Ausrichttoleranz;
  • Betrachtungswinkel;
  • Oberflächenfinish und Reflexionen;
  • zulässiger Luftspalt oder Klebverfahren;
  • Reinigungs- und Kratzanforderungen; und
  • Montage- und Ersatzstrategie.

Touchsensor

Der Touch-Sensor erkennt den Kontakt oder die Position des Bedieners. Er kann vom Display getrennt sein und kann seinen eigenen FPC, Controller, Erdung und Tuning verwenden. Die aktive Fläche des Touchscreens und die aktive Fläche des Displays stimmen nicht automatisch überein, nur weil ihre nominale Diagonale identisch ist.

Displaymodul

Das Displaymodul erzeugt das Bild. Es hat seine eigene Umrissform, aktive Fläche, Montagefunktionen, Stromversorgung, Signalschnittstelle, Anschluss, Betriebsgrenzen, Hintergrundbeleuchtung, thermisches Verhalten und Lebenszyklus.

Bevor die Frontplatte bearbeitet wird, sollte OEM die aktuelle Anzeigezeichnung und die Revision bereitstellen. Eine Webauflistung, nominale Bildschirmgröße oder ein Screenshot reichen nicht aus, um das sichtbare Öffnungsmaß und den Montagestapel zu kontrollieren.

Komplettes Display-Touch-Modul

Einige Projekte beschaffen ein Display und einen Touch-Sensor als gebundenes Modul. Andere montieren die Abdeckungslinse, den Touch-Sensor und das Display separat. Die Zeichnung sollte angeben, wer verantwortlich ist für:

  • Touch-zu-Display-Ausrichtung;
  • Verklebung zwischen Frontscheibe und Touchsensor;
  • Display-Montage;
  • Optische Abnahme;
  • Touch-Abstimmung;
  • Kabelverlegung;
  • Modultest;
  • Reparatur oder Ersatz; und
  • Garantieverantwortung.

Diese Ressource schreibt keine Luftspalt- versus optische Verklebungsparameter vor. Diese Entscheidung erfordert eine separate optische, mechanische, Prozess-, Kosten- und Servicebewertung.

HMI Anzeigefenster, berührungsempfindliche aktive Fläche und Orientierungspunkte des Anzeigemoduls
Die nominale Bildschirmgröße bestimmt weder die sichtbare Öffnung noch die Touch-Ausrichtung. Verwenden Sie die tatsächlichen Modulszeichnungen und gemeinsamen Bezugspunkte.

Schaltkreis-, Steuerungs- und Anschlussgrenzen

Die physische Vorderfläche wird erst dann nützlich, wenn ihre Kanäle korrekt mit der Elektronik verbunden sind.

PCB, FPC und gedruckte Schaltung

Eine Schaltungsschicht kann leiten:

  • diskrete Tastenkontakte;
  • Touchelektroden;
  • LED Stromversorgung und Steuerung;
  • Anzeige Stromversorgung und Daten;
  • Kommunikation;
  • Masse- und Abschirmverbindungen;
  • Testpunkte;
  • Identifikations- oder Konfigurationssignale; und
  • Steckverbinderpins.

Die Zeichnung sollte einen passiven Leitungsweg von einer aktiven Steuerplatine unterscheiden. Eine PCB hinter einem Frontpanel bedeutet nicht unbedingt, dass der Panel-Lieferant Firmware, Kommunikation oder Maschinenlogik besitzt.

Steuerplatine

Ein Controller kann Tasten scannen, Berührungsmessungen verarbeiten, Anzeigen steuern, ein Display verwalten oder mit dem Host kommunizieren. Definieren Sie:

  • Hardware-Verantwortlicher;
  • Schaltplan- und Layout-Verantwortlicher;
  • Bauteil- und Firmware-Verantwortlicher;
  • Programmiermethode;
  • Kommunikationsschnittstelle;
  • Start- und Update-Verhalten;
  • Diagnoseverhalten;
  • Verantwortung für elektrische Tests; und
  • Endgültige Softwarevalidierung.

Wenn der OEM den Controller liefert, muss die Frontplattenzeichnung trotzdem die mechanische Montage, den Steckverbinderstandort, die Erdung und die elektrische Schnittstelle identifizieren. Wenn ein Lieferant die Platine integriert, sollte das Angebot genau angeben, welche Funktionen und Tests enthalten sind.

Steckverbinder- und Servicezugang

Die Auswahl des Steckverbinders ist eine Integrationsentscheidung, kein Detail des Nachkaufs. Überprüfen:

  • passender Steckverbinder und Pinbelegung;
  • Einfügerichtung;
  • Riegelung und Halterung;
  • Kabel- oder Leitungsführung;
  • Biegen und Zugentlastung;
  • Montagereihenfolge;
  • Zugang nach der Installation des Displays oder Gehäuses;
  • Elektrische Abstände und Ausschlussbereiche;
  • Testzugang; und
  • Feldersatzanforderungen.

Ein elektrisch korrektes Verbindungselement kann dennoch unbrauchbar sein, wenn das Gehäuse die Verriegelung blockiert oder den Anschluss durch eine scharfe Biegung zwingt.

Gehäuse, Montage, Dichtung und Abdichtung

Die Frontplatte und das Gehäuse bilden eine mechanische Grenze.

Mögliche Montagearten umfassen hinten klebend, Dichtungskompression, Blendenaufnahme, Bolzen, Schrauben, Klammern, Halterungen oder Kombinationen. Die richtige Wahl hängt von der Größe des Panels, dem Oberflächenmaterial, der Ebenheit, der Service-Strategie, der Belastung, der Display-Masse, der Umgebung und der Montageabfolge ab.

Verwenden Sie gemeinsame Bezugspunkte

Definieren Sie mindestens:

  • Panel-Umriss-Bezugspunkt;
  • Display-Zentrum- oder aktive-Bereich-Bezugspunkt;
  • Taste- oder Zielbereich-Bezugspunkt;
  • Gehäuseöffnung;
  • Befestigungs- oder Positionierungsmerkmale;
  • Anschluss- und Leitungsführung;
  • Dichtungspfad;
  • Sperrzonen; und
  • Toleranzverantwortlicher für jedes Passungsmerkmal.

Ohne gemeinsame Bezugspunkte können das Overlay, der Touchsensor, das Display, PCB und das Gehäuse jeweils die einzelnen Zeichnungen erfüllen, während die montierte Schnittstelle dennoch fehlplatziert erscheint.

Weisen Sie einer losen Schicht keine IP-Schutzart zu

IEC 60529 klassifiziert die Schutzarten, die durch Gehäuse bereitgestellt werden.[6] Eine Frontabdeckung, Dichtung oder Klebstoff kann zur Schutzstrategie beitragen, aber die Klassifizierung gehört zur getesteten Gehäusekonfiguration und deren definierten Nähten, Befestigungen, Kompression, Anschlüssen, Öffnungen und Montageprozess.

Gehen Sie nicht davon aus, dass ein abgedichteter Membranschalter oder eine Abdecklinse automatisch dem gesamten HMI-Panel, Schrank oder der Maschine die gleiche Schutzklasse verleiht.

HMI Frontplatten-Dichtung, Klebstoff, Blende, Stecker und Gehäusedichtgrenze
Die Eindringleistung gehört zur bewerteten Gehäusekonfiguration, einschließlich Nähte, Kompression, Öffnungen und Montage.

Service und Austausch

Entscheiden Sie, ob das HMI:

  • dauerhaft verklebt ist;
  • von der Vorderseite entfernbar ist;
  • von hinten abnehmbar;
  • als komplettes Modul ersetzt;
  • durch den Austausch eines Displays, einer Tastenebene oder einer Platine repariert; oder
  • nur im Werksservice.

Diese Entscheidung ändert Klebstoffe, Dichtungen, Befestigungen, Kabelzugang, Tests und Ersatzteilstrategie.

Die Rückmeldung muss den Bedienkreislauf schließen

Eine Eingabe ohne verständliches Feedback kann den Bediener unsicher lassen, ob der Befehl erkannt, akzeptiert, abgelehnt oder noch in Bearbeitung ist.

Feedback-Typ Was es bestätigen kann Hauptintegration abhängig
Taktiler Einrastpunkt oder Hub Physische Tastenbewegung oder Kontaktereignis Tastenkonstruktion, Unterstützung, Kraft, Hub
Visuelle Tastenanzeige Lokaler Status in der Nähe einer Steuerung LED Position, Lichtisolierung, Gestaltung, Treiberlogik
Anzeigeantwort Befehl, Status, Wert, Alarm oder nächster Schritt Laufzeit, Anzeige, Steuerung, Bildschirmdesign
Akustisches Signal Erkennung, Warnung oder Abschluss Signalgeber, Umgebung, Softwarelogik
Haptische Rückmeldung Berührungsbestätigung ohne Tastweg Aktuator, Montagemasse, Treiber, Firmware

Rückmeldung sollte nicht nur als LED erforderlich oder Signalton bei BerührungDefinieren Sie das Ereignis, den Zeitinhaber, die Zustandsbedeutung, die Sichtbarkeits- oder Hörbarkeitsbedingung und das Verhalten bei Fehlern oder deaktivierten Befehlen.

Hardware- und Software-Verantwortlichkeitsmatrix

Verwenden Sie eine Matrix vor der Angebotserstellung und erneut vor der Freigabe des Designs.

Funktion oder Lieferung Lieferant der Frontplatte Anzeige-/Touch-Lieferant OEM Elektronik-/Software-Team Endgültiger Geräteintegrator
Gedruckte Grafiken und physisches Tastenlayout Auf zugelassene Gestaltung und Zeichnung bauen Eingabe, wo die Modulgeometrie das Layout beeinflusst Aufgabennamen und Kanalzuordnung genehmigen Installierte Sichtbarkeit und Zugriff bestätigen
Berührungssensor- oder Membraneingabeschicht Wie angeboten bauen/integrieren Moduldaten oder gebundenen Sensor liefern, falls zutreffend Definieren Sie Steuerung, Schwellenwerte, Firmware, Diagnostik Validieren Sie mit Gehäuse, Umgebung und Bediener
Anzeige Fenster und Maske Erstellen Sie nach genehmigtem Stapel und Toleranzen Liefern Sie aktive/sichtbare Fläche und Modulschema Genehmigen Sie bildschirmsichere Bereiche Installierte Ansicht und Ausrichtung validieren
Anzeigemodul Nur integrieren, wenn ausdrücklich enthalten Gesteuertes Modul und Schnittstelle bereitstellen Anzeige und eigene Laufzeit steuern Validieren Sie das thermische, mechanische und Systemverhalten
PCB/FPC und Stecker Erstellen oder in kontrollierte Dateien integrieren Passende Schnittstelle bereitstellen, wo zutreffend Eigene Schaltung/Firmware, sofern nicht anders angegeben Kabelbaum, Erdung und Servicezugang bestätigen
Gehäusedichtung und Montage Lieferung der enthaltenen Teile/Funktionen gemäß Zeichnung Modul-Montageeinschränkungen bereitstellen Elektrische Erdungsanforderungen definieren Eigenes Gehäuse, Kompression, Befestigungen und endgültiges Eindringresultat
HMI Bildschirme, Alarme, Navigation, Berechtigungen Nicht in der physischen Baugruppe enthalten, außer ausdrücklich vertraglich vereinbart In der Regel nicht enthalten Eigenes Design und Validierung Im gesamten Gerät validieren
PLC, SCADA, Sicherheit und Maschinenreaktion Außerhalb der physischen Baugruppe Außerhalb des Modulumfangs Eigene Steuerungslogik und Kommunikation Eigene Endsystem- und Konformitätsprüfung

Die Zellen können je nach Projekt variieren. Der Zweck ist es, eine unausgesprochene Lücke zu verhindern.

HMI Verantwortlichkeitsmatrix für Frontplatten-Hardware, Anzeige, Software, SPS, Gehäuse und Validierung
Die Projektverantwortung kann sich ändern, aber jede Zeile benötigt vor der Freigabe des Designs einen namentlich genannten Verantwortlichen.

Wählen Sie die HMI-Architektur nach Systemgrenze

Architektur Beste Passform Hauptvorteile Hauptbeschränkungen und Fragen
Gedrucktes Bedienfeld mit diskreten Tasten und Anzeigen Feste Befehle, kein grafisches Display, einfache Host-Eingabe Dünne Schnittstelle, feste Positionen, direkte taktile Optionen Begrenzte dynamische Informationen; Host muss Eingaben interpretieren und Rückmeldungen steuern
Frontplatte mit Anzeigefenster und physischen Tasten Dynamische Informationen plus feste Befehle Klare Trennung zwischen Bildschirm und wiederholten Bedienelementen Erfordert Display-Ausrichtung, Blendensteuerung, Tasten-/Display-Zuordnung und Montageverantwortung
Abdecklinse oder Overlay mit Touchsensor über/um ein Display Umkonfigurierbare Schnittstelle und durchgehende Frontoberfläche Flexible Bildschirmlayouts, abwischbare Oberfläche, weniger bewegliche Tastenteile Touch-Abstimmung, Abdeckstapel, Erdung, Verhalten bei Feuchtigkeit/Handschuhen, Feedback und Software werden kritisch
Integriertes, mit Strom versorgtes HMI-Terminal Standard-Maschinenplattform mit Prozessor, Kommunikation, Laufzeit und Gehäuse Weniger kundenspezifische Hardware-Schnittstellen; etabliertes Software-Ökosystem Kann Form, Branding, Lebenszyklus, Reparatur, Kosten und Lieferbarkeit einschränken; der physische Anpassungsumfang ist enger
Hybrid-Anpassungsfeld Feste Tasten, Touch/Display, Anzeigen und kundenspezifische Mechanik in einer Baugruppe Ordnet jede Aufgabe dem am besten geeigneten Steuerungstyp zu Höchste Schnittstellenanzahl; Verantwortungs-, Toleranz- und Validierungsmatrix müssen eindeutig sein

Eine kundenspezifische Frontplattenbaugruppe ist nicht immer die richtige Lösung. Ein standardmäßiges HMI-Terminal kann besser sein, wenn das Software-Ökosystem, die Zertifizierung, die Kommunikation und der Austausch vor Ort wichtiger sind als kundenspezifische Form oder Markenauftritt. Ein tastaturloses Display kann besser sein, wenn die Maschine nur feste Befehle und Statusanzeigen benötigt.

HMI Architekturvergleich für feste Tasten, Anzeige und Tasten, Touch-Display, Standard-Terminal und Hybrid-Panel
Wählen Sie die Architektur basierend auf den Aufgaben des Bedieners und den Systemgrenzen, nicht nach einer bevorzugten Eingabetechnologie.

OEM Integrations-Workflow

Dies ist eine Integrationssequenz, kein Versprechen, dass ein Lieferant jeden Schritt besitzt.

1. Definieren Sie Bedieneraufgaben und Systemzustände

Listen Sie auf, was der Bediener sehen, entscheiden, eingeben, bestätigen und wovon er sich erholen muss. Beziehen Sie ein: normalen Betrieb, Einrichtung, Wartung, Reinigung, Alarm, deaktiviert, Start und Fehlerbedingungen.

2. Ziehen Sie die Systemgrenze

Erstellen Sie ein Blockdiagramm, das folgendes identifiziert:

  • Frontfläche;
  • Tasten oder Touchsensor;
  • Anzeige;
  • Stromkreis und Anschluss;
  • Steuerung;
  • HMI Laufzeit;
  • SPS- oder Maschinensteuerung;
  • Kommunikation;
  • Gehäuse; und
  • Stromversorgung und Erdung.

Weisen Sie jedem Block und jeder Schnittstelle einen Eigentümer zu.

3. Mechanische Bezugspunkte und das Stack-Konzept einfrieren

Verwenden Sie kontrollierte Zeichnungen für das Gehäuse, Display, Touch-Modul, PCB, Anschluss und Frontplatten-Umriss. Definieren Sie aktive Bereiche, sichtbare Bereiche, Bond-Zonen, Dichtungsweg, Kabelroute, Befestigungen, Servicezugang und Toleranzverantwortung.

4. Artwork, Kanäle und Software-Namen ausrichten

Erstellen Sie eine Querverweisung, die Folgendes abdeckt:

  • gedruckte Beschriftung;
  • physisches Ziel;
  • Schaltungskanal;
  • Anschlussstift;
  • Steuergeräteeingang/-ausgang;
  • Softwareobjekt; und
  • angezeigte oder maschinelle Reaktion.

5. Überprüfung der Umwelt- und menschlichen Faktoren

Dokumentieren Sie Beleuchtung, Haltung, Reichweite, Handschuhe, Reinigung, Feuchtigkeit, Kontamination, Vibration, Temperatur, erwartete Lebensdauer und unsachgemäße Nutzung. Trennen Sie Anforderungen auf Komponentenebene von Anforderungen an die komplette Ausrüstung.

6. Repräsentative Prototypen erstellen

Prototypen der Schnittstellen erstellen, die das höchste Risiko bergen. Eine gedruckte Erscheinungsprobe kann die Berührungsleistung nicht validieren. Ein nackter Touchsensor kann die Erdung des Gehäuses oder das Verhalten bei Feuchtigkeit nicht validieren. Ein Display-Modell kann den Zugang zu Steckverbindern nicht validieren.

7. Nach Verantwortungsstufe validieren

Verwenden Sie das Test- und Qualitätskontroll-Framework von JASPER als Ausgangspunkt für zeichnungsbasierte visuelle, dimensionsmäßige, Schaltungs-, Aktuierungs-, Verbindungs-, Steckverbinder- und Montageprüfungen. Der tatsächliche HMI-Plan muss für die angebotene Konstruktion bestätigt werden. Der OEM und der Integrator behalten weiterhin die Verantwortung für Controller-, Software-, Maschinen-, Umwelt- und endgültige Compliance-Validierung, es sei denn, der Vertrag legt etwas anderes fest.

OEM HMI Integrationsfluss von Operatoraufgaben und Systemgrenze bis zu Prototyp-, Validierungs- und Produktionskontrolle
Die Überprüfungssequenz hält mechanische, elektrische, Software- und Validierungsentscheidungen synchronisiert.

Häufige HMI Panel-Spezifikationsfehler

Ein Angebot nur auf Basis einer Frontansicht erstellen

Eine Darstellung definiert keine Schichten, Bezugspunkte, Anschluss, Elektronik, Montage, Dichtung oder Testverantwortung.

Anzeige, Touchsensor und Abdeckung als ein unbenanntes Teil behandeln

Sie haben unterschiedliche aktive Bereiche, Anschlüsse, Toleranzen, Lieferanten und Ausfallarten.

Den Frontplattenlieferanten zu bitten, “die SPS anzupassen”

Der Lieferant benötigt eine elektrische Schnittstelle, einen Anschlussplan und eine Verantwortlichkeitsaussage. Eine SPS-Marke oder ein Screenshot definiert nicht die physische HMI.

Die Eingangstechnologie auswählen, bevor die Aufgabe definiert wird

Eine flache Touch-Oberfläche kann mit Handschuhen, Augen-freier Bedienung oder festen Notfallaktionen in Konflikt stehen. Eine physische Tastatur kann mit dynamischen Bildschirmfunktionen oder einer durchgehend reinigbaren Oberfläche in Konflikt stehen.

Verwendung der nominalen Displaygröße als Werkzeugmaß

Die nominale diagonale Größe steuert nicht die aktive Fläche, sichtbare Fläche, Modulkontur, Maske, Anschluss oder Montagefunktionen.

Die Gehäuseeinheit ignorieren, bis das Bedienfeld fertig ist

Klebstoff, Dichtungskompression, Displayunterstützung, Anschlusszugang, Erdung und Ausrichtung hängen alle vom Gehäuse ab.

Einen Bauteil “IP65” nennen

Der Schutz gegen Eindringen ist eine Eigenschaft der bewerteten Gehäusekonfiguration, nicht eine Abkürzung für eine Überlagerung, Dichtung oder Schalterschicht.

Die Eigentümerschaft des Feedbacks nicht zu definieren

Der Bediener kann eine Tastenbewegung spüren, aber keine Anzeige des akzeptierten Zustands erhalten oder eine LED sehen, ohne zu wissen, ob sie Erkennung, Erlaubnis oder Maschinenaktion bedeutet.

Kombination von Prototyp- und Produktionskriterien

Frühe Muster können Aussehen, Passform, Tastreaktion oder Montageabfolge untersuchen. Produktionskriterien erfordern kontrollierte Zeichnungen, Prüfverfahren, Grenzwerte, Stichproben und Rückverfolgbarkeit.

OEM Eingabe-Checkliste für eine HMI Hardware-Überprüfung

Bereitstellen:

  1. Gerätetyp, Installationsposition und Aufgaben des Bedieners.
  2. Erforderliche Befehle, Anzeigen, Indikatoren, Alarme, Werte, Sprachen und Symbole.
  3. Bevorzugte Architektur: feste Tasten, Touch, Anzeige, Hybrid oder Standard-Terminal.
  4. Frontplatten-Umriss, Gehäuseöffnung, Montageflächen und Bezugssystem.
  5. Darstellung der Herstellerzeichnung des Displays, aktive Fläche, sichtbare Fläche, Umriss, Montage, Anschluss, Strom- und Datenschnittstelle.
  6. Anforderungen an den Touchsensor oder die Tasten, einschließlich Handschuhe, Rückmeldung, Hub, Kraft, Feuchtigkeit und gegebenenfalls Verantwortlichkeit für Feinabstimmung.
  7. Grafische Gestaltung, Farbreferenzen, Oberflächenbehandlung, Fenster, toter Frontbereich und Beleuchtungsanforderungen.
  8. PCB, FPC, Schaltung, Kanalzuordnung, Pinbelegung, Anschluss, Kabel- oder Leitungsführung und elektrische Grenzwerte.
  9. Controller, Firmware, Kommunikation, Diagnose und Verantwortlichkeit für Updates.
  10. Gehäusematerial, Ebenheit, Dichtungspfad, Befestigungen, Klebefläche und Wartungsstrategie.
  11. Beleuchtung, Betrachtung, Reinigung, Chemikalien, Feuchtigkeit, Temperatur, Vibration und andere reale Nutzungsbedingungen.
  12. Prototypenzweck, Inspektionsplan, Validierungsmatrix, Produktionsmenge, Rückverfolgbarkeit und Änderungssteuerungsanforderungen.

Wenn einige Eingaben noch nicht ausgewählt sind, markieren Sie sie als offen und weisen Sie einen Verantwortlichen sowie ein Entscheidungsdatum zu. Verstecken Sie keine unerledigte Schnittstelle hinter Empfehlung durch den Lieferanten.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einem HMI-Panel und einem HMI-System?

Ein HMI-Panel ist die physische, bedienerorientierte Hardware oder das Terminal. Ein HMI-System umfasst ebenfalls die Laufzeitsoftware, das Bildschirmverhalten, Schnittstellen zum Steuergerät, Daten, Kommunikation, Berechtigungen, Alarme und Maschinenreaktionen. Definieren Sie die Grenze in der Stückliste und der Verantwortlichkeitsmatrix.

Ist ein HMI-Panel dasselbe wie ein Touchscreen?

Nein. Ein Touchscreen ist eine mögliche Eingabekomponente. Ein HMI-Panel kann Membrantasten, Silikontasten, Schalter, Anzeigen, ein Display ohne Touch, Touch ohne Display oder eine hybride Kombination verwenden.

Ist das Anzeigefenster dasselbe wie das Display?

Nein. Das Fenster ist der Betrachtungsbereich auf der Vorderfläche. Das Anzeigemodul erzeugt das Bild. Ihre sichtbaren Bereiche, aktiven Bereiche, Umrisse, Toleranzen und Montagedetails müssen ausgerichtet sein.

Bietet JASPER PLC-Programmierung oder SCADA-Software an?

Der bestätigte Umfang dieser Ressource ist die physische HMI Frontplattenbaugruppe von JASPER. Es umfasst nicht die PLC-Programmierung, SCADA-Software, industrielle PC-Versorgung, die vollständige Steuerungsschrank-Planung oder die abschließende Maschinenvalidierung.

Kann ein kundenspezifisches HMI-Panel eine PCB und einen Stecker enthalten?

Das kann es, wenn diese Elemente ausdrücklich im Zeichnung und Angebot enthalten sind. Das Projekt muss angeben, ob die PCB ein passives Routing oder ein aktiver Controller ist, wer das Schaltbild und die Firmware besitzt und welche elektrischen und funktionalen Tests erforderlich sind.

Hat die gesamte Maschine automatisch eine IP-Schutzart, wenn die Frontplatte abgedichtet ist?

Nein. Ein Frontpanel kann zu einem Schutzartdesign beitragen, aber das Ergebnis hängt vom gesamten Gehäuse, den Nähten, Befestigungen, Dichtungs-Kompression, Steckverbindern, Öffnungen und der Montage ab. Die endgültige Konfiguration erfordert eine entsprechende Bewertung und Prüfung.

Was sollte vor der HMI-Werkzeugbereitstellung überprüft werden?

Prüfen Sie Bedienaufgaben, Architektur, den Querschnitt des Schichtaufbaus, Gehäuse- und Displaybezüge, Touch- oder Tastenverhalten, Druckdaten, Schaltungs- und Steckverbinderbelegung, Montage und Dichtung, Umgebungsbedingungen, Verantwortlichkeitsmatrix, Prototypenzweck und Abnahmekriterien.

Überprüfen Sie den Hardware-Stapel vor der Werkzeugbereitstellung

Senden Sie die Gehäusezeichnung, Anzeige-/Moduldaten, Artwork, Schlüssel- oder Berührungskarte, Schaltkreis- und Steckverbinderanforderungen, Montagekonzept, Umgebung und Verantwortlichkeitsmatrix über das JASPER Kontaktformular. Die erste Überprüfung sollte klären, was in die physische HMI Baugruppe gehört, was beim Elektronik- und Softwareteam bleibt und welche Schnittstellen noch einen Verantwortlichen benötigen.

Quellen

  1. JASPER Electronics, „Maßgeschneiderte HMI Montage für OEM Frontplatten und Bedienerschnittstellen.“ https://www.jasperele.com/products/hmi-assembly/
  2. JASPER Electronics, „Industrielle Steuerungsschnittstellen.“ https://www.jasperele.com/applications/industrial-control/
  3. JASPER Elektronik, “Membranschalterprüfung und Qualitätskontrolle.” https://www.jasperele.com/quality/testing/
  4. Internationale Gesellschaft für Automatisierung, “ISA101, Mensch-Maschine-Schnittstellen.” https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-standards-committees/isa101
  5. Internationale Organisation für Normung, “ISO 9241-210:2019, Ergonomie der Mensch-System-Interaktion – Teil 210: Human-zentriertes Design für interaktive Systeme.” https://www.iso.org/standard/77520.html
  6. Internationale Elektrotechnische Kommission, “IEC 60529:1989+AMD1:1999+AMD2:2013 CSV, Schutzarten von Gehäusen (IP-Code).” https://webstore.iec.ch/en/publication/2452
  7. Microchip Technology, “Leitfaden zur Gestaltung von kapazitiven Berührungssensoren AN2934.” https://onlinedocs.microchip.com/oxy/GUID-A8A0085D-58D1-4E41-A07D-B93BFDE11AFE-en-US-4/GUID-80CF1688-09E6-46D2-B2C6-44743EA74277.html